你好，我是闪客。

上一讲咱们说到，通过初始化控制台的 tty_init 操作，内核代码已经可以很方便地在控制台输出字符啦！

用户也可以通过敲击键盘，或调用诸如 printf 这样的库函数，在屏幕上输出信息，或使用换行和滚屏等功能。这些都得益于 tty_init 这个初始化方法和它对外封装的小功能函数在底层的支撑。

时间初始化 time_init

我们继续看下一个初始化的倒霉鬼，time_init。

// init/main.c
void main(void) {
    ...
    time_init();
    ...
}

曾经我很好奇，操作系统是怎么获取到当前时间的呢？

当然，现在都联网了，它可以从网络上实时同步时间。但没有网络时，为什么操作系统启动之后可以显示出当前的时间呢？难道操作系统在电脑关机后，依然不停地在某处运行着，勤勤恳恳地数着秒表么？

当然不是，我们今天就打开这个 time_init 函数一探究竟。

打开这个函数后我又是很开心，因为它很短，且没有更深入的方法调用。

// init/main.c
#define CMOS_READ(addr) ({ \
    outb_p(0x80|addr,0x70); \
    inb_p(0x71); \
})

#define BCD_TO_BIN(val) ((val)=((val)&15) + ((val)>>4)*10)

static void time_init(void) {
    struct tm time;
    do {
        time.tm_sec = CMOS_READ(0);
        time.tm_min = CMOS_READ(2);
        time.tm_hour = CMOS_READ(4);
        time.tm_mday = CMOS_READ(7);
        time.tm_mon = CMOS_READ(8);
        time.tm_year = CMOS_READ(9);
    } while (time.tm_sec != CMOS_READ(0));
    BCD_TO_BIN(time.tm_sec);
    BCD_TO_BIN(time.tm_min);
    BCD_TO_BIN(time.tm_hour);
    BCD_TO_BIN(time.tm_mday);
    BCD_TO_BIN(time.tm_mon);
    BCD_TO_BIN(time.tm_year);
    time.tm_mon--;
    startup_time = kernel_mktime(&time);
}

太棒了呀！

那我们主要就是看看 CMOS_READ 和 BCD_TO_BIN 都是啥意思，展开讲一下就明白了。

CMOS_READ

先看 CMOS_READ。

#define CMOS_READ(addr) ({ \
    outb_p(0x80|addr,0x70); \
    inb_p(0x71); \
})

简单来说，这里就是对一个端口先 out 写一下，再 in 读一下。

这是 CPU 与外设交互的一个基本玩法，CPU 与外设打交道基本是通过端口。它往某些端口写值来表示要这个外设干嘛，然后从另一些端口读值来接受外设的反馈。

至于这个外设内部是怎么实现的，对使用它的操作系统而言，这是个黑盒，无需关心。那对于我们程序员来说，就更不用关心了。

如果直接讲 CMOS 这个外设的交互你可能没什么感觉，我们看看Linux 0.11与硬盘的交互。

最常见的就是读硬盘了，我们来看硬盘的端口表。

读硬盘就是，往除了 0x1F0 以外的后面几个端口写数据，告诉要读硬盘的哪个扇区，读多少。然后再从 0x1F0 端口一个字节一个字节地读数据，这就完成了一次硬盘读操作。

如果你觉得这个解释还不够具体，那我们再来个具体的版本。

1. 在 0x1F2 写入要读取的扇区数。
2. 在 0x1F3 ~ 0x1F6 这四个端口写入计算好的起始 LBA 地址。
3. 在 0x1F7 处写入读命令的指令号。
4. 不断检测 0x1F7 （此时已成为状态寄存器的含义）的忙位。
5. 如果第四步得到的结果为不忙，则开始不断从 0x1F0 处读取数据到内存指定位置，直到读完为止。

是不是对 CPU 最底层是如何与外设打交道的有点感觉了？是不是也不难？其实就是按照人家的操作手册，然后无脑按照要求读写端口就行了。

当然，读取硬盘的这个无脑循环，可以 CPU 直接读取并做写入内存的操作，这样就会占用 CPU 的计算资源。

但我们也可以交给 DMA 设备去读，解放 CPU。Linux 0.11和硬盘的交互，通通都是按照硬件手册上的端口说明来操作的，实际上也是做了一层封装。

好了，我们已经学会了和一个外设打交道的基本玩法了。

那我们的代码中要打交道的是哪个外设呢？就是 CMOS。

它是主板上的一个可读写的 RAM 芯片，你只要在开机时长按某个键就可以进入设置它的页面。

我们的代码其实就是与它打交道，获取它的一些数据而已。

我们回过头来看代码。

// init/main.c
static void time_init(void) {
    struct tm time;
    do {
        time.tm_sec = CMOS_READ(0);
        time.tm_min = CMOS_READ(2);
        time.tm_hour = CMOS_READ(4);
        time.tm_mday = CMOS_READ(7);
        time.tm_mon = CMOS_READ(8);
        time.tm_year = CMOS_READ(9);
    } while (time.tm_sec != CMOS_READ(0));
    BCD_TO_BIN(time.tm_sec);
    BCD_TO_BIN(time.tm_min);
    BCD_TO_BIN(time.tm_hour);
    BCD_TO_BIN(time.tm_mday);
    BCD_TO_BIN(time.tm_mon);
    BCD_TO_BIN(time.tm_year);
    time.tm_mon--;
    startup_time = kernel_mktime(&time);
}

前面几个赋值语句 CMOS_READ 就是通过读写 CMOS 上的指定端口，依次获取年月日时分秒等信息的。具体咋操作代码上也写了，也是按照 CMOS 手册要求的读写指定端口就行了，我们就不展开了。

所以你看，其实操作系统程序，也是要依靠与一个外部设备打交道来获取这些信息的，并不是它自己有什么魔力。操作系统最大的魅力，就在于它借力完成了一项伟大的事情，借 CPU 的力，借硬盘的力，借内存的力，还有现在借 CMOS 的力。

至于 CMOS 又是如何知道时间的，这个就不在我们讨论范围了。

BCD_TO_BIN

我们再来看 BCD_TO_BIN，它的意思就是将 BCD 转换成 BIN。因为从 CMOS 上获取的这些年月日都是 BCD 码值，需要转换成存储在我们变量上的二进制数值，所以需要一个小算法来转换一下，没什么意思。

最后一步 kernel_mktime 也很简单，就是根据刚刚的那些时分秒数据，计算从 1970 年 1 月 1 日 0 时起到开机当时经过的秒数，作为开机时间，存储在 startup_time 这个变量里。

如果你想深入研究可以仔细看看这段代码，不过我觉得这种细节不看也可以。

startup_time = kernel_mktime(&time);

// kernel/mktime.c
long kernel_mktime(struct tm * tm)
{
    long res;
    int year;
    year = tm->tm_year - 70;
    res = YEAR*year + DAY*((year+1)/4);
    res += month[tm->tm_mon];
    if (tm->tm_mon>1 && ((year+2)%4))
        res -= DAY;
    res += DAY*(tm->tm_mday-1);
    res += HOUR*tm->tm_hour;
    res += MINUTE*tm->tm_min;
    res += tm->tm_sec;
    return res;
}

所以这一讲的 time_init 的最终目标，其实就是计算出了一个 startup_time 变量而已，至于这个变量今后会被谁用，怎么用，那就是后话了。

总结时刻

好了，总结一下。

这节课，我们重点学习了时间初始化time_init方法，time_init 方法通过与 CMOS 端口进行读写交互，获取到了年月日时分秒等数据，并借此计算出了开机时间 startup_time 变量。

到这里，相信你逐渐也体会到了，此时操作系统好多地方都是用外设要求的方式去询问的，比如硬盘信息、显示模式，以及今天的开机时间的获取等。

所以至少到目前为止，你还不应该感觉操作系统有多么的“高端”，很多时候它都是很繁琐的，读人家的硬件手册，获取到想要的信息，拿来给自己用，或者对其进行各种设置。

但你一定要耐得住寂寞，真正体现操作系统设计的强大之处的，还在后面。

我是闪客，欲知后事如何，且听下回分解。