Điều gì thực sự xảy ra trên phần cứng PC hiện đại đã khởi động ở chế độ MBR BIOS 16 bit khi bạn lưu trữ một byte như '1'(0x31) vào bộ đệm khung văn bản VGA (chế độ 03) tại địa chỉ tuyến tính vật lý B8000? Làm thế nào chậm là một mov [es:di], eaxcửa hàng với MTRR cho khu vực đó được đặt thành UC? ( Experimental thử nghiệm trên một máy tính xách tay Kaby Hồ iGPU chỉ ra rằng clflushopt vào WC là xấp xỉ tốc độ tương tự như UC cho bộ nhớ VGA. Nhưng mà không clflushopt, movcửa hàng để nhớ WC không bao giờ rời khỏi CPU và không cập nhật màn hình ở tất cả, chạy siêu nhanh .)

Nếu đó không phải là SMI cho mọi cửa hàng, có cách nào để ước tính chi phí này trên một phần bộ nhớ WB trong không gian người dùng, cho các thử nghiệm hiệu suất mà không thực sự khởi động lại vào chế độ thực không? (ví dụ: sử dụng trang BSS làm bộ đệm khung giả vờ không thực sự hiển thị ở bất cứ đâu).

Glyph phông chữ tương ứng xuất hiện trên màn hình trong lần làm mới tiếp theo, nhưng liệu quét phần cứng có thực sự đọc được ASCII char từ VRAM (hoặc DRAM cho iGPU) và ánh xạ sang glyphs phông chữ bitmap không? Hoặc có một số phần mềm chặn trên mỗi cửa hàng hoặc một lần cho mỗi vblank để phần cứng thực sự chỉ phải xử lý bộ đệm khung bitmap?

Khởi động BIOS kế thừa được biết đến là sử dụng Chế độ quản lý hệ thống (SMM) để mô phỏng USB kbd / mouse dưới dạng thiết bị PS / 2. Tôi tự hỏi nếu nó cũng được sử dụng cho bộ đệm khung chế độ văn bản VGA. Tôi giả sử nó được sử dụng cho các cổng I / O VGA để cài đặt chế độ nhưng thật hợp lý khi bộ đệm khung văn bản có thể được hỗ trợ bởi phần cứng. Tuy nhiên, hầu hết các máy tính dành toàn bộ thời gian của chúng ở chế độ đồ họa, do đó, việc bỏ hỗ trợ CTNH cho chế độ văn bản có vẻ như là điều mà các nhà cung cấp có thể muốn làm. (OTOH blog này gợi ý rằng bộ điều khiển VGA vereb homebrew có thể thực hiện chế độ văn bản khá đơn giản.)

Tôi đặc biệt quan tâm đến các hệ thống sử dụng iGPU trong Intel Skylake, nhưng sẽ quan tâm đến các iGPU trước / sau của Intel và AMD, và các GPU rời mới hoặc cũ.

. có thể làm cho các cửa hàng chỉ là một giao dịch PCI thay vì SMI.)

Máy tính để bàn của riêng tôi là i7-6700k trong mobo Asus Z170 Pro Gaming, không có thẻ bổ trợ chỉ iGPU với màn hình 1920x1200 trên đầu ra DVI-D. Tôi không biết chi tiết về hệ thống Kaby Lake i5-7300HQ @Eldan đang thử nghiệm, chỉ có mô hình CPU.

Tôi đã tìm thấy bằng sáng chế US20120159520 của Phoenix BIOS từ năm 2011 , mô phỏng video kế thừa bằng uefi . Thay vì yêu cầu các nhà cung cấp phần cứng video cung cấp cả trình điều khiển ROM tùy chọn chế độ thực 16 bit và UEFI , họ đề xuất trình điều khiển VGA chế độ thực ( int 10hchức năng, v.v.) gọi trình điều khiển video UEFI do nhà cung cấp cung cấp thông qua các móc SMM.

Tóm tắt
[...] ROM tùy chọn video chung ROM thông báo cho trình điều khiển SMM video chung về yêu cầu dịch vụ video. Thông báo như vậy có thể được thực hiện bằng cách sử dụng ngắt quản lý hệ thống phần mềm (SMI). Sau khi thông báo, trình điều khiển SMM video chung thông báo cho trình điều khiển video UEFI của bên thứ ba về yêu cầu dịch vụ video. Trình điều khiển video của bên thứ ba cung cấp các dịch vụ video được yêu cầu cho hệ điều hành. Theo cách này, trình điều khiển đồ họa UEFI của bên thứ ba có thể hỗ trợ nhiều hệ điều hành khác nhau, ngay cả những trình điều khiển không hỗ trợ các giao thức hiển thị UEFI.

Phần lớn mô tả bao gồm xử lý int 10hcác cuộc gọi và những thứ tương tự như đã rõ ràng bẫy IVT, do đó có thể dễ dàng chạy mã tùy chỉnh kích hoạt SMI trên mục đích. Phần có liên quan là những gì họ mô tả cho các cửa hàng trực tiếp vào bộ đệm khung chế độ văn bản cần hoạt động ngay cả đối với mã không kích hoạt bất kỳ ngắt phần mềm hoặc phần cứng nào. (Khác với CTNH kích hoạt SMI trên các cửa hàng như vậy, họ nói rằng họ có thể sử dụng nếu được hỗ trợ.)

Hỗ trợ bộ đệm văn bản

[0066] Trong các phương án nhất định, các ứng dụng có thể thao tác trực tiếp bộ đệm văn bản của VGA . Trong một phương án như vậy, trình điều khiển SMM video chung 130 hỗ trợ điều này theo một trong hai cách, tùy thuộc vào việc phần cứng có cung cấp bẫy SMI khi truy cập đọc / ghi vào vùng nhớ 740 KB-768 KB (nơi đặt bộ đệm văn bản) hay không.

[0067] Khi bẫy SMI khả dụng, phần cứng sẽ tạo SMI trên mỗi lần truy cập đọc hoặc ghi. Sử dụng địa chỉ bẫy của bẫy SMI, cột và hàng văn bản chính xác có thể được tính và hàng và cột tương ứng trong màn hình văn bản ảo được truy cập.

Cách khác, bộ nhớ bình thường được bật cho vùng này và, bằng cách sử dụng SMI, trình điều khiển SMM video chung định kỳ 130 để quét các thay đổi trong bộ đệm văn bản phần cứng mô phỏng và cập nhật màn hình văn bản ảo tương ứng được duy trì bởi trình điều khiển video. Trong cả hai trường hợp, khi phát hiện thay đổi, ký tự được vẽ lại trên màn hình văn bản ảo.

Đây chỉ là một bằng sáng chế của nhà cung cấp BIOS và không cho chúng tôi biết phần lớn phần cứng thực sự hoạt động như thế nào, hoặc nếu các nhà cung cấp khác làm những việc khác nhau. Về cơ bản, nó xác nhận rằng một số phần cứng tồn tại có thể bẫy trên các cửa hàng trong phạm vi đó. (Trừ khi đó chỉ là một khả năng giả định mà họ quyết định đưa vào bằng sáng chế của họ.)

Đối với trường hợp sử dụng mà tôi có, bẫy chỉ khi làm mới màn hình sẽ nhanh hơn rất nhiều so với bẫy trên mọi cửa hàng nên tôi tò mò phần cứng / phần sụn nào hoạt động theo cách nào.

Động lực cho câu hỏi này

Tối ưu hóa bộ đếm thập phân ASCII tăng dần trong RAM video trên Intel Core thế hệ thứ 7 - liên tục lưu trữ các chữ số mới cho bộ đếm văn bản ASCII vào cùng một vài byte RAM video.

Tôi đã thử nghiệm phiên bản mã trong không gian người dùng 32 bit trong Linux, trên bộ nhớ WB, hy vọng sẽ tính gần đúng tình huống movntivà các cách khác nhau để CPU đồng bộ hóa bộ đệm WC của nó với RAM video sau mỗi cửa hàng (hoặc có thể thỉnh thoảng trong một ngắt hẹn giờ). Nhưng điều này không thực tế nếu tình huống bộ tải khởi động ở chế độ thực không chỉ lưu trữ vào DRAM, mà thay vào đó kích hoạt SMI.

Trên bộ nhớ WB, movnticác cửa hàng xả bằng một lock xor byte [esp], 0phần nhanh hơn so với xả bằng clflushopt. Nhưng @Eldan báo cáo không cải thiện tốc độ cho những người có bộ nhớ VGA sau khi lập trình MTRR để biến nó thành WC. (Và tốc độ tương tự như đối với bản gốc làm cửa hàng bình thường, chỉ ra rằng theo mặc định framebuffer VGA là UC. Một số BIOS cũ đã có một tùy chọn để làm cho bộ nhớ VGA WC , mà họ gọi là USWC = Uncached Viết đầu cơ kết hợp.)

Đây không phải là vấn đề trong thế giới thực nên tôi không tìm cách giải quyết thực tế ; mặc dù sẽ rất thú vị nếu biết việc lưu trữ thủ công byte pixel vào chế độ đồ họa VGA có thể nhanh hơn nhiều hay không.

Tóm lược

1. Có bất kỳ / tất cả các hệ thống hiện đại thực sự kích hoạt SMI trên mỗi cửa hàng cho bộ đệm khung chế độ văn bản không?
2. Nếu không, chúng ta có thể tính gần đúng một cửa hàng WC + clflush cho bộ đệm khung, bằng cách sử dụng một cuộn giấy + thứ gì đó trong không gian người dùng trên bộ nhớ WB không? Vì vậy, chúng ta có thể dễ dàng hồ sơ với perfcác quầy hiệu suất.
3. Nếu các BIOS và / hoặc phần cứng khác nhau sử dụng các chiến lược khác nhau, các chiến lược đó là gì? (Tôi không muốn biết chi tiết, chỉ là một mức độ cao như "SMI mỗi vblank để đồng bộ bộ đệm khung VGA với bộ đệm khung phần cứng thực tế")
4. Liệu một thẻ video PCIe hoặc PCI với mã văn bản VGA phần cứng sẽ nhanh hơn bất kỳ GPU tích hợp nào thực sự làm gì? Tôi đoán một giao dịch ghi PCIe thực tế sẽ chậm hơn so với việc chờ đợi một cửa hàng đạt DRAM, nhưng việc ghi PCIe sẽ rẻ hơn SMI trên mỗi cửa hàng. Một sân bóng / thứ tự so sánh cường độ sẽ rất thú vị.

Những câu hỏi này đều có liên quan cao, nhưng tôi có thể chia nhỏ câu hỏi này nếu không có nhiều sự trùng lặp như tôi mong đợi.

Có bất kỳ / tất cả các hệ thống hiện đại thực sự kích hoạt SMI trên mỗi cửa hàng cho bộ đệm khung chế độ văn bản không?

Đối với thẻ video, tôi rất nghi ngờ nó. Các nhà sản xuất thẻ video đã có logic "lấy dữ liệu pixel từ char + thuộc tính" được tích hợp vào phần cứng từ những năm 1980 (nó có trước VGA và không thay đổi nhiều kể từ CGA), và chỉ cắt và dán logic đó vào từng thiết kế mới hơn mà không quan tâm nhiều đến nó .

Đối với những thứ hoàn toàn không phải là thẻ video (ví dụ: các công cụ quản lý hệ thống từ xa sử dụng mạng LAN) tôi không biết nhưng nghi ngờ là không (thường chúng sử dụng CPU quản lý đặc biệt thay vì CPU / s chính để nó hoạt động ngay cả khi máy tính hoạt động đã "tắt").

Nếu không, chúng ta có thể tính gần đúng một cửa hàng WC + clflush cho bộ đệm khung, bằng cách sử dụng một cuộn giấy + thứ gì đó trong không gian người dùng trên bộ nhớ WB không?

Nếu bạn không ở trong không gian người dùng, bạn có thể thay đổi MTTR (trên tất cả các CPU - MTRR phải khớp và có một chuỗi đặc biệt liên quan) để tạo ra một vùng RAM "không bị chặn"; hoặc sử dụng PAT trong các bảng trang (dễ dàng hơn nhiều so với việc gây rối với MTRR, đặc biệt là nếu bạn vẫn đang sử dụng phân trang, nhưng hành vi hơi khác nhau do vẫn cần sự liên kết bộ đệm). Nếu bạn ở trong không gian người dùng thì bạn sẽ phải dựa vào bất cứ thứ gì mà HĐH / kernel cung cấp, và (tùy thuộc vào hệ điều hành đó), OS / kernel có thể không cung cấp bất kỳ cách nào để làm điều này cả.

Tuy nhiên; ngay cả khi bạn tìm cách làm cho (một khu vực) RAM không bị tách rời thì nó vẫn sẽ không giống nhau, bởi vì bạn sẽ ghi trực tiếp vào thứ gì đó được gắn vào bộ điều khiển bộ nhớ được tích hợp trong CPU (CPU có thể ghi rất nhanh ) thay vì nói chuyện với một cái gì đó ở đầu kia của liên kết PCI (sẽ có độ trễ cao hơn và băng thông thấp hơn từ phía CPU). Ngay cả đối với video tích hợp (về mặt kỹ thuật là cùng một chip RAM cuối cùng), ghi vào VRAM đi qua một con đường rất khác (có thể ánh xạ lại / GART / phân trang trong thẻ video, được thực hiện bằng thanh ghi VGA "chế độ ghi", được thực hiện bởi thanh ghi VGA mặt nạ bit / mặt phẳng, vv).

Liệu một thẻ video PCIe hoặc PCI với mã văn bản VGA phần cứng sẽ nhanh hơn bất kỳ GPU tích hợp nào thực sự làm gì?

Để ghi từ CPU sang VRAM; thông thường video được tích hợp nhanh hơn đáng kể so với các thẻ rời (ít nhất là ghi đơn giản từ CPU sang bộ đệm khung tuyến tính trong đó không có "logic ghi" nào của VGA có liên quan).

Đối với ước tính sân bóng cực kỳ thô; Tôi mong muốn một lần ghi vào RAM sẽ vào khoảng 150 chu kỳ và một lần ghi vào PCI sẽ gần 1000 chu kỳ. Đối với SMI, tôi mong đợi một vài trăm chu kỳ trễ trước khi SMI đến CPU, sau đó là chi phí cho đường ống CPU tuôn ra, sau đó khoảng 500 chu kỳ để lưu trạng thái của CPU (và cùng trạng thái tải trên đường trở về); sau đó mã của phần sụn sẽ phải tìm ra nguyên nhân của SMI (vài trăm chu kỳ khác?) trước khi có thể biết đó là ghi vào VRAM chứ không phải là thứ gì khác; sau đó nó sẽ phải kiểm tra trạng thái CPU đã lưu và tìm và giải mã hướng dẫn thực hiện ghi (vì nó không thể biết dữ liệu nào được ghi, nếu đó là ghi byte / word / dword, v.v.) trong khi đưa vào tài khoản trạng thái CPU trước đó (CPU ở chế độ nào, kích thước mã,XADD, Vân vân). Tiếp theo, nó sẽ phải phân tích trạng thái của các thanh ghi VGA (mô phỏng) (chế độ ghi, mặt nạ ghi, kích hoạt mặt phẳng, bất kỳ điều khiển nào mà ngân hàng 64 KiB được ánh xạ vào vùng kế thừa, chiều cao phông chữ, ...). Về cơ bản; để mô phỏng SMI của bộ đệm khung ghi vào chế độ văn bản; Tôi hy vọng nó sẽ mất hàng chục nghìn chu kỳ trước khi mã của phần sụn bỏ qua một chi tiết nhỏ nhưng quan trọng bị chôn vùi giữa một lượng lớn phức tạp, khiến nó làm sai và bị phá vỡ một cách bất thường.

Ghi chú khác

Tôi đã tìm thấy bằng sáng chế US20120159520 của Phoenix BIOS từ năm 2011, mô phỏng video kế thừa bằng uefi.

Tôi nghi ngờ điều này đã từng được thực hiện, bởi vì tôi nghi ngờ nó có thể hoạt động được. Có quá nhiều thứ (phổ biến và tối nghĩa) bạn có thể làm với các giao diện cũ (ví dụ: phát hiện làm mới theo chiều dọc, thiết lập các chế độ video không chuẩn như "chế độ X", sử dụng "bắt đầu hiển thị" để thực hiện cuộn và / hoặc lật trang mượt mà , sử dụng "thông tin CRTC" trong VBE để thay đổi thời gian video, v.v.) không được UEFI hỗ trợ và không thể thực hiện được thông qua. trình điều khiển video của bên thứ ba cho UEFI.

Thay vào đó, các nhà sản xuất thẻ video đã không bận tâm cung cấp trình điều khiển UEFI trong khoảng 10 năm và phần sụn UEFI đã sử dụng giao diện kế thừa để mô phỏng các dịch vụ UEFI (thường phá vỡ khởi động an toàn trong khi chúng ở đó); cho đến khi hầu hết mọi thứ là UEFI.

Tôi giả sử nó (SMM) được sử dụng cho các cổng I / O VGA để cài đặt chế độ.

Tôi cho là không. Điều duy nhất mơ hồ liên quan đến video mà tôi nghi ngờ SMM có thể được sử dụng là kiểm soát độ sáng của đèn nền màn hình trong máy tính xách tay (đặc biệt là cho máy tính xách tay cũ và đặc biệt là "sự kiện đóng / mở nắp") trong khi khởi động sớm (trước HĐH Chiếm giữ).

.. bỏ hỗ trợ CTNH cho chế độ văn bản có vẻ như là điều mà các nhà cung cấp có thể muốn làm

Tôi vẫn tin rằng (cuối cùng, sau giai đoạn chuyển tiếp "lai BIOS + UEFI" đã quá lâu) đã loại bỏ hơn 30 năm hỗn độn di sản tích lũy (A20, VGA, PS / 2, PIT, PIC, ...) khỏi phần cứng là một trong những lý do chính khiến các nhà sản xuất phần cứng (Intel) đang / đang thúc đẩy việc áp dụng UEFI.

Đọc qua các bảng dữ liệu hiện đại của CPU Intel và Bộ điều khiển nền tảng (PCH), có vẻ như phần cứng cần thiết được triển khai. Dường như không có cách nào để tạo SMI (Ngắt quản lý hệ thống) để đáp ứng truy cập bộ xử lý của bộ đệm khung VGA (địa chỉ vật lý 0xA0000 - 0xBFFFF).

Bộ điều khiển bộ nhớ trong CPU sẽ định tuyến truy cập vào bộ đệm khung VGA đến bộ điều khiển đồ họa tích hợp, cổng PCI Express được kết nối trực tiếp với CPU hoặc giao diện DMI kết nối CPU với PCH. Mặc dù có thể tách riêng bộ đệm khung VGA, nhưng điều này chỉ có nghĩa là hỗ trợ một thiết bị MDA (Bộ điều hợp hiển thị đơn sắc) riêng biệt. Bộ điều khiển đồ họa tích hợp không được ghi chép tốt nên có thể cấu hình để tạo SMI trên các truy cập bộ đệm khung VGA, nhưng điều này dường như không thể. Trong mọi trường hợp, nó sẽ không hoạt động với đồ họa rời.

Intel PCH dường như cũng không có bất kỳ sự hỗ trợ nào để tạo SMI để đáp ứng với các truy cập bộ đệm khung VGA. Đây sẽ là nơi tự nhiên nhất cho nó, vì nó đã hỗ trợ tạo SMI để đáp ứng truy cập I / O tới bộ điều khiển bàn phím, bộ điều khiển IDE và các thiết bị cũ khác. Có thể có một số tính năng không có giấy tờ thực hiện điều này, nhưng nó không có trong danh sách các nguồn SMI có thể có trong bảng dữ liệu PCH.

Về mặt lý thuyết, một nhà sản xuất bo mạch chủ có thể kết nối thiết bị VGA giả với PCH thông qua cổng PCI Express và sau đó tạo SMI bằng chân PCH GPIO. Tuy nhiên, tôi không chắc điều này sẽ hoạt động trong thực tế. Vào thời điểm CPU nhận được SMI, nó có thể đã chuyển sang thực hiện các hướng dẫn khác và không thể kiểm tra trạng thái CPU tại thời điểm truy cập bộ đệm khung.

(Một vấn đề tương tự đã xảy ra với giả lập SoundBlaster 16 trên SoundBlaster Live. Nó sẽ tạo ra PCI SERR # khi các cổng SoundBlaster cũ được truy cập, sẽ tạo ra một NMI trên CPU. Thật không may, việc mô phỏng sẽ phá vỡ trên nhiều bo mạch chủ Pentium 4 vì NMI sẽ đến theo hướng dẫn tiếp theo hoặc tiếp theo.)