CMOS

Ein Complementary Metal Oxide Semiconductor (= CMOS) ist eigentlich ein elektronischer Baustein, aber im Bereich der Betriebssystemprogrammierung ist damit meistens der Batterie-gepufferte SRAM eines x86- bzw. x86-64-Computers gemeint. In diesem speichert das BIOS Informationen beispielsweise über die angeschlossene Hardware. Außerdem wird darin die momentane Uhrzeit und das Datum gespeichert und von einer Echtzeituhr aktualisiert.

Inhaltsverzeichnis

1 Aufbau
2 Programmierung
- 2.1 Assembler Beispielcode
- 2.2 C/C++ Beispielcode
3 Weblinks

Aufbau

Im CMOS werden folgende jeweils 1 Byte große Felder gespeichert. Die mit BCD markierten Einträge sind standardmässig im BCD-Format kodiert. Die Kodierung kann aber auch im Statusregister B (Bit 2) geändert werden. Dabei ist allerdings zu beachten, dass die momentanen Werte im Register an die neue Kodierung angepasst werden müssen und dies nicht von selbst geschieht.

Offset	Beschreibung
0x00	Sekunde (BCD)
0x01	Alarmsekunde (BCD)
0x02	Minute (BCD)
0x03	Alarmminute (BCD)
0x04	Stunde (BCD)
0x05	Alarmstunde (BCD)
0x06	Wochentag (BCD)
0x07	Tag des Monats (BCD)
0x08	Monat (BCD)
0x09	Jahr (letzten zwei Stellen) (BCD)
0x0A	Statusregister A
0x0B	Statusregister B
0x0C	Statusregister C (schreibgeschützt)
0x0D	Statusregister D (schreibgeschützt)
0x0E	POST-Diagnosestatusbyte
0x0F	Shutdown-Statusbyte
0x10	Typ der Diskettenlaufwerke
0x11	reserviert
0x12	Typ der Festplattenlaufwerke
0x13	reserviert
0x14	Gerätebyte
0x15	Größe des Basisspeichers in kB (niederwertiges Byte)
0x16	Größe des Basisspeichers in kB (höherwertiges Byte)
0x17	Größe des Erweiterungsspeichers in kB (niederwertiges Byte)
0x18	Größe des Erweiterungsspeichers in kB (höherwertiges Byte)
0x19	Erweiterungsbyte 1. Festplatte
0x1A	Erweiterungsbyte 2. Festplatte
0x1B - 0x2D	Reserviert / vom BIOS abhängig
0x2E	CMOS-Prüfsumme (höherwertiges Byte)
0x2F	CMOS-Prüfsumme (niederwertiges Byte)
0x30	Erweiterter Speicher (niederwertiges Byte)
0x31	Erweiterter Speicher (höherwertiges Byte)
0x32	Jahrhundert (BCD)
0x33 - 0x3F	Reserviert / vom BIOS abhängig

0x0A - Statusregister A

Bit

Beschreibung

7

Zeit-Update-Zyklus (1 = Update läuft => Zeitangaben undefiniert)

6-4

Zeit-Basis (Standard = 010b = 32768 Hz)

3-0

Auswahl-Bits zum Einstellen der Wiederholrate des periodischen Interrupts. Frequenz = 65536 Hz / 2^Rate-Bits
Rate-Bits	Teiler	Frequenz	Periode	Bemerkung
0000b	0	-	-	kein Interrupt
0011b	2³=8	8192 Hz	122.070 µs	Minimum
0100b	2⁴=16	4096 Hz	244.141 µs
0101b	2⁵=32	2048 Hz	488.281 µs
0110b	2⁶=64	1024 Hz	976.562 µs	Standard
0111b	2⁷=128	512 Hz	1.953125 ms
1000b	2⁸=256	256 Hz	3.90625 ms
1001b	2⁹=512	128 Hz	7.8125 ms
1010b	2¹⁰=1024	64 Hz	15.625 ms
1011b	2¹¹=2048	32 Hz	31.25 ms
1100b	2¹²=4096	16 Hz	62.5 ms
1101b	2¹³=8192	8 Hz	125 ms
1110b	2¹⁴=16384	4 Hz	250 ms
1111b	2¹⁵=32768	2 Hz	500 ms

0x0B - Statusregister B

Bit	Beschreibung
7	Zeit-Update (0 = Zeit aktualisieren, 1 = Zeit-update anhalten)
6	Periodischer Interrupt mit Rate aus Statusregister A (0 = deaktiviert (Standard), 1 = aktiviert)
5	Alarm Interrupt wenn Uhrzeit = Alarmzeit (0 = deaktiviert (Standard), 1 = aktiviert)
4	Update-Interrupt (0 = deaktiviert (Standard), 1 = aktiviert)
3	Rechtecks-Frequenz mit Rate aus Statusregister A erzeugen (0 = deaktiviert (Standard), 1 = aktiviert)
2	Daten Modus (0 = BCD, 1 = Binär)
1	24 Stundenformat (0 = 12 Stunden, 1 = 24 Stunden (Standard))
0	Sommerzeit (0 = deaktiviert (Standard), 1 = aktiviert)

0x0C - Statusregister C

Bit	Beschreibung
7	Interrupt-Request (1 = RTC hat Interrupt angefordert)
6	IRQ-Quelle ist periodischer Interrupt (0 = nein, 1 = ja)
5	IRQ-Quelle ist Alarm-Interrupt (0 = nein, 1 = ja)
4	IRQ-Interrupt ist Update-Interrupt (0 = nein, 1 = ja)
3-0	Reserviert

0x0D - Statusregister D

Bit	Beschreibung
7	Gültigkeit der Daten im CMOS (0 = ungültig, 1 = Daten sind gültig)
6-0	Reserviert

0x0E - POST-Diagnosestatusbyte

Bit	Beschreibung
7	Stromversorgung (0 = OK, 1 = Stromversorgung war unterbrochen)
6	CMOS-Prüfsumme (0 = OK, 1 = Prüfsumme falsch)
5	Konfiguration im CMOS stimmt mit ermittelten Werten überein (0 = OK, 1 = nein)
4	Speichergröße im CMOS == ermittelte Speichergröße (0 = ja, 1 = nein)
3	Laufwerk bzw Controllerfehler (0 = OK, 1 = Fehler)
2	Uhrzeit gültig (0 = OK, 1 = Fehler)
1	Fehler bei Adapterinitialisierung (0 = OK, 1 = Fehler)
0	Timeout beim Adapter-ID lesen

0x0F - Shutdown-Statusbyte

80286-Prozessoren konnten nicht vom Protected Mode in den Realmode zurückgeschaltet werden. Zu diesem Zweck war ein Prozessor-Reset nötig. Das Shutdown-Statusbyte dient dazu dem BIOS anzuzeigen, ob der PC neu gebootet oder der Prozessor nur im Realmode neu gestartet werden soll.

Wert	Beschreibung
0x00	Normale Ausführung des POST
0x01	Chip Satz Initialisierung für Real Mode
0x02	Power-On Reset durchführen
0x03	Power-On Reset durchführen
0x04	int 0x19-reboot
0x05	EOI an PIC ausgeben, Tastatur resetten, Sprung zur Addresse [0x0040:0x0067]
0x06	Sprung zur Addresse [0x0040:0x0067] ohne EOI
0x07	zurück zu Int 0x15, Funktion 0x87 (Block im Extenden Memory verschieben)
0x08	zurück zum POST Speicher Test
0x09	zurück zu Int 0x15, Funktion 0x87 (Block im Extenden Memory verschieben)
0x0A	JMP zu [0x0040:0x0067]
0x0B	IRET zu [0x0040:0x0067]
0x0C	RET zu [0x0040:0x0067]

0x10 - Typ der Diskettenlaufwerke

In diesem Byte wird der Typ der Diskettenlaufwerke gespeichert, wobei in den Bits 4-7 der Typ des ersten Laufwerks gespeichert ist und in den Bits 0-3 der Typ des zweiten Laufwerks. Die Typen sind wie folgt kodiert:

0000b = Laufwerk nicht vorhanden
0001b = 5 1/4 - 360 kB
0010b = 5 1/4 - 1.2 MB
0011b = 3 1/2 - 720 kB
0100b = 3 1/2 - 1.44 MB (sollte eigentlich heutzutage der Standard sein)
0101b - 1111b sind unbenutzt

0x12 - Typ der Festplattenlaufwerke

In diesem Byte wird der Typ der Festplattenlaufwerke gespeichert, wobei in den Bits 4-7 der Typ des ersten Laufwerks gespeichert ist und in den Bits 0-3 der Typ des zweiten Laufwerks. Die Typen sind wie folgt kodiert:

0000b = Laufwerk nicht vorhanden
0001b - 1110b = Typen 1-14
1111b = Typ laut Erweiterungsbyte der Festplatte

0x14 - Gerätebyte

Hier werden Informationen über die allgemeine Hardwarekonfiguration des PCs gespeichert.

Bits	7-6	5-4	3	2	1	0
	Anzahl Floppys	Display-Typ	Display vorhanden?	Keyboard vorhanden?	Mathematischer Koprozessor vorhanden?	Floppy

Anzahl Floppys
Auf diesen Wert nur verlassen wenn Floppy=1

00b  1 Floppy-Laufwerk
01b  2 Floppy-Laufwerke

Display-Typ

00b  BIOS-Display-Adapter
01b  CGA (40 Spalten)
10b  CGA (80 Spalten)
11b  Monochrom

0x2E & 0x2F - CMOS-Prüfsumme

Die CMOS-Prüfsumme ist eine 16 Bit grosse, byteweise Summe der Werte der Bytes von 0x10 bis 0x2D.

Programmierung

Die Programmierung des CMOS ist denkbar einfach: Die sieben niederwertigen Bits des I/O Ports 0x70 dienen als Offset (siehe Tabelle). Das höchste Bit sollte nicht verändert werden, es dient als NMI-Maskierungsregister. Durch Lesen bzw. Schreiben des I/O Ports 0x71 kann dann der Wert an diesem Offset gelesen bzw. geschrieben werden.

Assembler Beispielcode

;Ein Makro um ein Byte aus dem CMOS auszulesen
;Der einzige Parameter ist das Offset des Bytes welches gelesen werden soll
;Rückgabe ist das gelesene Byte in AL

%macro read_byte 1
  in al, 0x70         ;Bit 7 des Ports sichern
  and al, 10000000b
  or al, %1           ;Offset (Parameter 1) dazumixen
  out 0x70, al        ;Offset setzen
  in al, 0x71         ;Byte lesen
%endmacro

C/C++ Beispielcode

#define CMOS_PORT_ADDRESS 0x70
#define CMOS_PORT_DATA    0x71

/**
 * Liest ein Byte aus den CMOS
 *  @param offset Offset im CMOS
 *  @return Gelesener Wert
 */
uint8_t cmos_read(uint8_t offset) {
  uint8_t tmp = inb(CMOS_PORT_ADDRESS);
  outb(CMOS_PORT_ADDRESS, (tmp & 0x80) | (offset & 0x7F));
  return inb(CMOS_PORT_DATA);
}

/**
 * Schreibt ein Byte in das CMOS
 *  @param offset Offset im CMOS
 *  @param val Zu schreibender Wert
 */
void cmos_write(uint8_t offset,uint8_t val) {
  uint8_t tmp = inb(CMOS_PORT_ADDRESS);
  outb(CMOS_PORT_ADDRESS, (tmp & 0x80) | (offset & 0x7F));
  outb(CMOS_PORT_DATA,val);
}

Weblinks

Real Time Clock / CMOS Setup Reference (englisch)
CMOS-Aufbau (englisch)
Bochs's CMOS map (englisch)
BIOS Kompendium (deutsch)