作者：南京航空航天大学 计算机科学与技术学院 金航
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我们到现在的NEMU，只能进行计算，无法进行任何和外界的交互，因为不具有输入输出功能。
本节的任务：加入I/O设备以及I/O指令。
每个设备都位于微处理器的某个（或多个）端口上，微处理器通过这个端口和设备进行交互。
控制设备运行：由微处理器通过OUT指令将数据送到设备的端口上，然后设备送该端口读走数据，得知CPU想让自己做什么事情。
反馈设备信息：设备总是将处理好的信息放到端口上，然后CPU通过IN指令从该端口处读入数据。
由此可知，x86提供了一组专门用于读写外部设备的指令：IN和OUT。
如例子给出的代码：
movl $0x0, %al
movl $0x3f9, %edx // 0x3f9串口地址
outb %al, (%dx)即是直接将数据，即AL寄存器的内容，送到0x3f9号端口上。这种编址方式诞生于8086时期，那个时候的许多设备，比如早期的打印机，以及早期8086机的若干周边控制器设备（如8254，8259）等都是直接使用IN和OUT指令直接编程控制的（现在有了驱动程序，由驱动程序控制外设）。
即将内存地址空间与I/O地址空间相关联，最典型的例子就是我们的显存。这种情况下，我们仅需要用正常的内存读写指令对内存进行操作，即在不知不觉中完成了对外部设备的操作（如绘图）。这种编程方式深受程序开发者喜爱。
我们知道，NEMU的实质是模拟的计算机硬件，那么在这个层面上，外部设备理所当然是连接在硬件上的。因此，NEMU的框架中已包含好了同样是被用代码模拟好的硬件。位于nemu/src/device目录下。包括：串口、时钟、键盘、VGA。
在nemu/src/device/io/port-io.c中有对端口I/O的模拟，请自行阅读。需要注意的有：
- 结构体
PIO_t，里面记录着端口I/O的映射关系，其实例化的结构体数组为maps[]，指示当前有多少个映射关系的变量为nr_map。 add_pio_map()函数用于注册一个映射关系，其参数的意义依次为：端口映射关系的首地址、注册的端口号个数（连续的）、回调函数（即对该设备读写的时候调用的函数）pio_read()函数用于CPU微处理器从设备端口读取数据。pio_write()函数用于CPU微处理器向设备端口写入数据。pio_space数组用于存放端口上的数据。
nemu/src/device/device.c是NEMU整个设备模块的核心。通过SDL库模拟计算机的标准输入输出（还记得SDL库吗？在PA0末尾我们首次编译NEMU的时候是不是很多人没有安装SDL组件？）需要注意的有：
init_device()函数用于对设备进行初始化，因此需要在初始化NEMU的阶段调用。device_update()负责设备的模拟操作，是整个NEMU控制设备的核心函数，该函数在cpu_exec()中的每趟循环都被调用一次，以刷新设备。
稍后再来谈nemu/src/device/io/mmio.c是对内存I/O的模拟，我们在下面讲VGA和显存的时候再讲。
- 认真读讲义 & 看Talk & 读框架代码 & 读近期问题汇总
- 定义宏
HAS_DEVICE - 调用
init_device()对设备进行初始化
- 输出的原理：通过串口输出，串口的实现见
nemu\src\device\serial.c - 实现
IN和OUT两条指令（在nemu\src\cpu\exec\system.c中） - 通过正常执行
_putc()函数（该函数定义在trm.c中）成功运行nexus-am\apps\hello项目（记得先定义宏HAS_SERIAL，然后再在该路径下使用make run）
- 理解原理：
nemu/src/device/timer.c中模拟好了时钟的功能，当CPU需要读取时即把当前的时间放在端口上等待CPU取走（这里和真实机器的情况不同，真是机器是随时都把数据放到端口上，并不是要读的时候才计算并放置）。 - 我们需要在
nexus-am\am\arch\x86-nemu\src\ioe.c实现_uptime()函数，原始的样子：
unsigned long _uptime() {
return 0;
}- 提示：把
0修改为返回系统启动后经过的毫秒数即为正确实现，思考一下：什么和什么做差就是系统启动后的毫秒数呢？系统启动的时间又记录在哪里呢？答案就在ioe.c中，请自行思考。 - 成功运行
timetest项目，让其每秒输出一句话。 - 成功运行跑分项目
dhrystone，coremark和microbench。
- 理解键盘的
键盘码，通码和断码的概念。 - 仔细阅读讲义关于NEMU中键盘设备的工作原理
- 理解NEMU中对键盘设备的实现（在``中）
- 实现
_read_key()函数，框架已给出，在ioe.c中：
int _read_key() {
return _KEY_NONE;
}- 提示：最少三条语句就可以实现。参考操作：检查键盘状态寄存器状态，是否有按键按下；若没有，返回NONE；若有，从键盘的数据寄存器读取并返回键盘码。
- 成功运行测试项目
keytest。
nemu/src/device/io/mmio.c文件里面是对内存I/O的模拟，请自行阅读。需要注意的有：
- 函数
add_mmio_map()在vga.c中进行初始化的时候被调用，用于申请一段显存地址空间。 mmio_read()和mmio_write()是给CPU拿来访问内存I/O的空间使用的，需要在memory.c的paddr_read()和paddr_wirte()函数中，先对要访问的地址进行判断（提示：使用is_mmio()函数进行判断），然后再决定是否对应调用这两个函数进行显存I/O的访问。- 实现
_draw_rect()函数，该函数用来画矩形。 - 成功运行测试项目
videotest。
- 首先了解概念：我们通过在
fb指针上取偏移找到该显存地址。 - 设置一个
指针p指向fb内存空间。 - 首先让
p指向坐标(x,y)处。 - 写一个循环，我们按行来写显存数据，即
遍历h趟（当然，有兴趣和耐心的同学可以考虑按列来写）。 - 每一趟我们把一行长度的显存数据复制到显存中对应区域。
- 注意时刻判断不要让你的x坐标或y坐标指向了屏幕大小以外的区域。
- 温馨提示：框架中带的那个画矩形函数中原有的内容可以全删了，然后再开始写。
打字小游戏位于nexus-am/apps/typing目录，使用命令
make ARCH=x86-nemu run来运行吧！
在nexus-am\am\arch\x86-nemu\include\x86.h中提供了inb()，inl()，outb()，outl()四个函数帮大家通过函数的形式用内联汇编封装好了IN和OUT指令，直接调用他们吧（他们在编译时会被编译成IN或OUT指令后给CPU进行执行指令）！