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8254 프로그래머블 인터벌 타이머(programmable interval timer) 사용법 br /br /br /1999년 7월 24일 br /이신(tactlee@realtime.soongsil.ac.kr, A href=mailto:tactlee@hitel.netFONT color=#006699tactlee@hitel.net/FONT/A) br /br /br /머리말 br /br /이 문서는 인텔사의 8254 프로그래머블 인터벌 타이머의 사용법을 PC 프로그래머의 관점에서 기술하였다. br /때문에 자세한 하드웨어 구조에 대해서는 언급하지 않았다. br /이 문서에 포함되어있지 않은 자세한 사항은 문서 끝부분의 참고도서목록을 참고하기 바란다. br /br /br /차례 br /br /1 개요 br /2 카운터의 입출력 핀 구성 br /3 카운터의 동작 모드?4 카운트 값과 동작 모드의 설정 br /5 예제 프로그램 br /6 참고도서목록 br /br /br /1 개요 br /br /8254 타이머는 독립적으로 동작하는 세 개의 카운터를 갖고 있다. br /각 카운터에는 카운트 값과 동작 모드를 지정할 수 있다. br /카운터에 카운트 값을 저장하면, 카운터는 매 클럭 신호마다 카운트 값을 1 씩 감소시킨다. br /카운트 값이 0이 되기 전까지는 8254의 출력 핀에서 0이 출력된다. br /카운트 값이 0이 되면, 카운터의 출력 핀에서 1이 출력된다. br /따라서 카운트 값을 변경하면 원하는 시간 간격으로 신호를 발생시킬 수 있다. br /또한 출력 핀을 인터럽트 발생기에 연결하면 원하는 시간 간격으로 인터럽트를 발생시킬 수도 있다. br /br /PC에서는 8254 타이머의 각 카운터를 특정 용도로 사용하고 있다[3]. br /예를 들어 카운터 0은 시스템에 시간을 기록하는 일을 하고 있고, 카운터 1은 메모리 재충전(refresh)을 위해 사용하고 있다. br /재충전 시간 간격은 사용되는 메모리의 종류에 따라 달라지는데, br /최초의 IBM AT에서 사용된 메모리는 약 50 nsec(nano second; 10만분의 일초)마다 한 번씩 재충전 해야 했다. br /따라서 카운터 1은 50 nsec마다 한 번씩 메모리 재충전 신호를 발생하도록 프로그래밍되어있다. br /br /그리고 카운터 2는 스피커와 연결되어 소리를 만드는데 이용된다. br /br /br /2 카운터의 입출력 핀 구성 br /br /8254에는 세 개의 독립적인 카운터가 있고, 각 카운터는 다음과 같은 입출력 핀들로 이루어져있다. br /br /br /(1) 클럭 신호 입력 핀 br /br /클럭 신호가 입력되는 핀으로 PC의 경우 1193180 Hz의 클럭 신호가 입력된다. br /카운터는 매 클럭 신호마타 카운트 값을 1 씩 감소시킨다. br /br /br /(2) 게이트 입력 핀 br /br /카운터의 정지 및 시작 기능으로 사용한다. br /보통 게이트 입력 핀으로 0을 입력하면 카운터가 정지하고, 1이 입력하면 다시 시작한다. br /br /br /(3) 출력 핀 br /br /카운트 값이 0이 되면, 카운터는 출력 핀으로 1을 출력한다. br /출력 핀은 인터럽터 요청 신호로 쓰이거나, br /더 큰 시간 간격을 얻기 위해 다른 카운터의 클럭 신호 입력 핀으로 연결하기도 한다. br /PC에서는 카운터 2의 출력 핀을 스피커에 연결하여 소리를 발생시키는데 이용하고 있다. br /br /br /3 카운터의 동작 모드? br /8254 타이머는 다음과 같이 6 가지 동작 모드를 갖고 있다. br /br /모드 0 - interrupt on terminal count br /모드 1 - hardware retrigerable one-shot br /모드 2 - rate generator br /모드 3 - square wave mode br /모드 4 - software triggered strobe br /모드 5 - hardware triggered strobe (retriggerable) br /br /br /3.1 모드 0 br /br /카운트 값 설정 후, 카운트 값은 매 클럭 신호마다 1 씩 감소한다. br /이동안 출력 핀으로는 0이 출력된다. br /카운트 값이 0이 되면, 출력 핀으로 1이 출력된다. br /출력 핀의 값은 모드를 변경하거나 카운트 값을 다시 설정할 때까지 그대로 유지된다. br /보통 출력 핀은 인터럽트 요청 핀에 연결되어있어 인터럽트가 발생하게 된다. br /br /게이트 입력 핀의 값이 0이되면 카운트를 잠시 멈추었다가, 게이트 입력 핀의 값이 1이되면 계속해서 카운트 한다. br /예를 들어 카운트 값이 4에서 0으로 감소하고 있다고 하자. br /현재 카운트 값이 3일 때, 게이트 입력 핀으로 0이 입력되면 카운트는 잠시 중지되어 카운트 값은 계속 3으로 남아 있게 된다. br /게이트 입력 핀으로 1이 들어오면 카운트는 3부터 다시 감소하기 시작한다. br /br /br /3.2 모드 1 br /br /모드 0과 비슷한 동작을 한다. br /모드 1은 모드 0과 단지 게이트 입력 핀에 대한 쓰임새가 다르다. br /모드 1에서 게이트의 입력 핀은 방아쇠와 같은 역할을 한다. br /br /게이트 입력 핀의 값이 1이 되면, 초기값부터 다시 카운트 한다. br /예를 들어 카운트 값이 4에서 0으로 감소하는 도중에 게이트 입력 핀으로 0이 들어오면, br /카운트 값이 0이 되더라도 출력 핀으로는 1이 출력되지 않는다. br /게이트 입력 핀으로 들어오는 값이 0에서 1로 바뀌면, 카운터는 카운트 값 다시 4로 설정하고 카운트 한다. br /br /br /3.3 모드 2 br /br /카운트 값을 N으로 설정하면, 출력 핀으로 1이 N-1 번 출력되고 0이 한 번 출력된다. br /예를 들어 카운트 값을 4로 설정하면, 출력 핀으로 1이 세 번 출력되고 0이 한 번 출력된다. br /카운트 값이 0이 된 후에는 자동적으로 초기 카운트 값으로 다시 설정된다. br /br /게이트 입력 핀은 리셋 기능을 갖고 있다. br /게이트 입력 핀으로 0이 들어오면, 출력 핀으로는 1이 출력되고 카운트는 정지한다. br /게이트 입력 핀으로 들어오는 값이 0에서 1로 바뀌면, 초기값부터 다시 카운트 한다. br /br /br /3.4 모드 3 br /br /설정된 카운트 값에 따라 출력 핀으로 사각파(square wave)를 만든다. br /예를 들어 카운드 값을 4로 설정하면, 출력 핀으로 두 번은 1이 출력되고 두 번은 0이 출력된다. br /또한 카운트 값을 5로 설정하면, 출력 핀으로 세 번은 1이 출력되고 두 번은 0이 출력된다. br /카운트 값이 0이 된 후에는 자동적으로 초기 카운트 값으로 다시 설정된다. br /그러므로 한 번 설정한 후에는 영원히 출력 핀으로 사각파를 출력한다. br /br /게이트 입력 핀의 기능은 모드 2와 같다. br /br /br /3.5 모드 4 br /br /모드 지정후 출력 핀으로는 1이 출력된다. br /카운트 값을 설정한 후부터 카운트가 시작된다. br /카운트 값이 0이되는 시점에 출력 핀으로 0이 출력되고 다음 클럭 신호부터는 1이 출력된다. br /즉 카운트 하는 동안 출력 핀으로 1을 출력하다가 카운트 값이 0이 되는 한 클럭 주기 동안만 0을 출력한다. br /br /게이트 입력 핀의 기능은 모드 2와 같다. br /br /br /3.6 모드 5 br /br /모드 지정후 출력 핀으로는 1이 출력된다. br /카운트 값 설정 후, 게이트 입력 핀의 값이 0에서 1로 바뀌면 카운트를 시작한다. br /카운트 값이 0이 되면, 출력 핀으로 한 클럭 주기 동안 0을 출력한다. br /br /게이트 입력 핀의 기능은 모드 1과 같다. br /br /br /4 8254 타이머의 제어 br /br /8254 타이머를 제어하기 위해서는 8254 타이머와 연결되어있는 입출력 포트에 어떤 값을 써 넣거나 읽어와야 한다. br /PC에서 8254 타이머에 대한 입출력 포트 주소는 다음과 같다. br /br /40h - 카운터 0의 카운트 값을 읽거나 쓰는 곳 br /41h - 카운터 1의 카운트 값을 읽거나 쓰는 곳 br /42h - 카운터 2의 카운트 값을 읽거나 쓰는 곳 br /43h - 제어 명령어 레지스터, 즉 8254 타이머에게 전달할 제어 명령어를 기록하는 곳 br /br /br /4.1 제어 명령어 전달하기 br /br /제어 명령어의 크기는 한 바이트로 다음과 같은 형식을 갖고?있다. br /br /비트 위치: b7nbsp; b6nbsp; b5nbsp; b4nbsp; b3nbsp; b2nbsp; b1nbsp; b0 br /비트 내용: CS1 CS0 RW1 RW0 MD2 MD1 MD0 BCD br /br /제어 명령어의 각 비트는 다음과 같은 의미를 갖고 있다. br /br /br /(1) CS (counter select) br /br /CS1, CS0 두 비트로 읽기 또는 쓰기가 이루어지는 카운터를 선택한다. br /CS1, CS0 두 비트의 조합이 나타내는 값의 의미는 다음과 같다. br /br /00 - 카운터 0의 카운트 값에 대한 읽기 또는 쓰기를 선택 br /01 - 카운터 1의 카운트 값에 대한 읽기 또는 쓰기를 선택 br /10 - 카운터 2의 카운트 값에 대한 읽기 또는 쓰기를 선택 br /11 - 리드백(read-back) 명령어, 4.3.2 참조 br /br /br /(2) RW (read / write) br /br /RW1, RW0 두 비트로 카운터에 읽기 또는 쓰기를 하는 값의 형태를 지정한다. br /RW1, RW0 두 비트의 조합이 나타내는 값의 의미는 다음과 같다. br /br /00 - 카운터 래치(counter latch), 4.3.1 참조 br /01 - 상위 바이트만 읽기 또는 쓰기 br /10 - 하위 바이트만 읽기 또는 쓰기 br /11 - 하위 바이트, 상위 바이트 순서로 두 바이트 읽기 또는 쓰기 br /br /br /(3) MD (mode) br /br /MD2, MD1, MD0 세 비트로 카운터의 동작 모드를 선택한다. br /MD2, MD1, MD0 세 비트의 조합이 나타내는 값의 의미는 다음과 같다. br /br /000 - 모드 0 br /001 - 모드 1 br /010 - 모드 2 br /011 - 모드 3 br /100 - 모드 4 br /101 - 모드 5 br /br /br /(4) BCD (binary count / binary-coded decimal count) br /br /카운트 값의 저장 형식을 이진수로 할 것인지 이진화 십진수로 할 것인지를 지정한다. br /BCD 비트가 나타내는 값의 의미는 다음과 같다. br /br /0 - 이진수 br /1 - 이진화 십진수 br /br /br /제어 명령어 레지스터에 제어 명령어를 써 넣는 것으로 8254 타이머에 제어 명령어를 전달할 수 있다. br /예를 들어 제어 명령어가 0B6h 라고 하자. br /제어 명령어 레지스터에 제어 명령어를 써 넣는 방법은 다음과 같다. br /br /mov al, 0B6h br /out 43h, al br /br /같은 내용을 터보 C에서는 다음과 같은 C 함수를 사용할 수 있다. br /br /outportb(0x43, 0xB6); br /br /br /4.2 카운트 값 쓰기 br /br /카운트 값을 쓰기 위해서는 먼저 제어 명령어로 카운트 값을 써 넣을 카운터를 지정하여 제어 명령어 레지스터에 저장한다. br /그리고 카운트 값의 하위 바이트, 상위 바이트 순서로 원하는 카운터의 입출력 포트에 써 넣는다. br /예를 들어 제어 명령어 레지스터로 보내는 제어 명령어를 0B6h라 하자. br /이 제어 명령어는 카운터 2의 동작 모드를 모드 3으로 설정하고, 카운트 값의 저장 형식을 이진수로 설정하며, 카운트 값은 두 바이트로 저장한다. br /다음은 이런 가정하에 카운트 값을 8000h로 초기화하는 예이다. br /br /mov al, 0B6h br /out 43h, al br /mov ax, 8000h br /out 42h, al br /out 42h, ah br /br /같은 내용을 터보 C에서는 다음과 같은 C 함수를 사용할 수 있다. br /br /#define COUNT 0x8000 br /outportb(0x43, 0xB6); br /outportb(0x42, COUNT amp; 0xFF); br /outportb(0x42, (COUNT gt;gt; 8) amp;amp; 0xFF); br /br /카운트 값으로 초기화할 수 있는 최대값은 0이다. br /이 값은 카운트 값이 이진수인 경우는 65536이 되고, 이진화 십진수의 경우 10000이 된다. br /카운트 값으로 초기화할 수 있는 최소값은 1이다. br /단 모드 2와 모든 3에서 카운트 값으로 초기화할 수 있는 최소값은 2이다. br /br /한편 모드 0, 1, 4, 5의 경우 카운트 값이 감소하여 0이 되더라도 카운터는 동작을 멈추지 않는다. br /즉 카운트 값이 0이 되어 출력 핀으로 1을 출력한 후에도 카운트 값은 매 클럭 신호마다 1 씩 감소한다. br /다시 말해서 카운트 값이 0으로 감소한 후 다음 클럭 신호가 들어오면 카운트 값이 1 감소하여, br /이진수라면 0FFFFh가 되고 이진화 십진수라면 9999가 된다. br /br /모드 2, 3의 경우 카운터는 카운트 값이 감소하여 0이 되면, 스스로 카운트 값을 초기값으로 설정된다. br /br /br /4.3 카운트 값 읽기 br /br /PC에서 카운터의 현재 카운트 값을 읽어오는 방법에는 카운터 래치 명령어를 사용하는 방법과 리드백 명령어를 사용하는 방법이 있다. br /br /br /4.3.1 카운터 래치 명령어 br /br /제어 명령어의 RW 비트에서 카운터 래치를 선택하여 제어 명령어 레지스터에 쓰면 카운터 래치 명령어가 8254 타이머로 전달된다. br /물론 이때 카운트 값을 읽어올 카운터를 CS 비트로 선택해 주어야 한다. br /그런 다음 지정한 카운터의 입출력 포트로부터 카운트 값을 읽어오면 된다. br /카운터 래치 명령어를 8254 타이머에 전달한 후 카운트 값을 읽어오지 않고 계속 카운터 래치 명령어를 전달하면, 두번째 이후 명령은 무시된다. br /br /카운터 래치 명령어의 형식은 제어 명령어에서 RW 비트를 0으로 만들고 CS 비트로 읽어올 카운터를 선택하면 된다. br /나머지 비트들은 어떤 값을 가져도 상관없지만, 0으로 채울 것을 권한다. br /다음은 카운터 래치 명령어를 이용해서 카운터 0의 카운트 값을 읽어오는 예이다. br /br /mov al, 0h br /out 43h, al br /in al, 40h br /in ah, 40h br /br /같은 내용을 터보 C에서는 다음과 같은 C 함수를 사용할 수 있다. br /br /union { unsigned int w; unsigned char b[2]; } count; br /outportb(0x43, 0); br /count.b[0] = (unsigned char) inportb(0x40); br /count.b[1] = (unsigned char) inportb(0x40); br /br /br /4.3.2 리드백 명령어 br /br /8254 타이머는 8253 타이머의 기능을 개선하여 만들어졌다. br /리드백 명령어는 8254 타이머에 추가된 기능 중 하나다. br /때문에 리드백 명령어는 8253 타이머에서 사용할 수 없다. br /br /카운터 래치 명령어는 한 번에 하나의 카운트 값만 읽을 수 있다. br /또한 카운터의 상태 정보는 전혀 읽을 수 없다. br /리드백 명령어는 이러한 카운터 래치 명령어의 단점을 개선한 명령어이다. br /리드백 명령어는 여러 카운터의 카운트 값과 상태 정보를 동시에 읽을 수 있도록 해 준다. br /br /리드백 명령어는 제어 명령어 형식과 많이 다르다. br /다음은 리드백 명령어의 형식이다. br /br /비트 위치: b7 b6 b5nbsp; nbsp; b4nbsp; nbsp; nbsp;b3nbsp; nbsp;b2nbsp; nbsp;b1nbsp; nbsp;b0 br /비트 내용: 1nbsp; 1nbsp; COUNT STATUS CNT2 CNT1 CNT0 0 br /br /제어 명령어의 CS 비트에 해당하는 b7과 b6 비트는 1로 만들고, BCD 비트에 해당하는 b0 비트는 0으로 만든다. br /COUNT 비트는 카운트 값을 읽고자 할 경우에는 0으로 만들고, 그렇지 않다면 1로 만든다. br /STATUS 비트는 카운터의 상태 정보를 읽고자 할 경우에는 0으로 만들고, 그렇지 않다면 1로 만든다. br /CNT2 비트는 카운터 2의 정보(카운트 값 또는 상태 정보)를 읽고자 할 경우에는 1로 만들고, 그렇지 않다면 0으로 만든다. br /CNT1 비트는 카운터 1의 정보(카운트 값 또는 상태 정보)를 읽고자 할 경우에는 1로 만들고, 그렇지 않다면 0으로 만든다. br /CNT0 비트는 카운터 0의 정보(카운트 값 또는 상태 정보)를 읽고자 할 경우에는 1로 만들고, 그렇지 않다면 0으로 만든다. br /br /한편 리드백 명령어로 읽은 카운터의 상태 정보는 한 바이트로 구성되어 있다. br /상태 정보의 b7 비트는 출력 핀의 값이 들어있다. br /상태 정보의 b6 비트는 카운트 값을 읽을 수 있는 지 여부를 나타낸다. br /b6 비트의 값이 1이라면 카운트 값을 읽을 수 있다는 뜻이다. br /상태 정보의 나머지 비트들은 제어 명령어 레지스터에 들어있는 내용이다. br /br /COUNT 비트와 STATUS 비트를 모두 0으로 만들면 카운트 값과 상태 정보를 동시에 읽을 수 있다. br /이 경우 첫번째 읽은 바이트는 상태 정보이고, 두번째와 세번째 읽은 바이트는 카운트 값이다. br /br /다음은 리드백 명령어로 카운터 0과 카운터 2의 카운트 값을 읽는 예이다. br /br /mov al, 0DAh br /out 43h, al br /in al, 40h br /in ah, 40h br /in bl, 40h br /in bh, 40h br /br /같은 내용을 터보 C에서는 다음과 같은 C 함수를 사용할 수 있다. br /br /union { unsigned int w; unsigned char b[2]; } count0, count2; br /outportb(0x43, 0xDA); br /count0.b[0] = (unsigned char) inportb(0x40); br /count0.b[1] = (unsigned char) inportb(0x40); br /count2.b[0] = (unsigned char) inportb(0x42); br /count2.b[1] = (unsigned char) inportb(0x42); br /br /br /5 응용 예 br /br /PC에서는 8254 타이머의 각 카운터를 이미 특정 용도로 사용하고 있다. br /사용자가 쓸 수 있는 카운터는 0번과 2번이다. br /카운터 0은 주기적으로 인터럽트를 발생시키도록 프로그래밍되어있다. br /카운터 0의 카운트 값은 65536로 초기화되어 있고, 매 클럭 신호마다 1 씩 감소한다. br /카운트 값이 0이 되면, 인터럽트(인터럽트 08h, 인터럽트 벡터 주소 020h-023h, IRQ0)를 발생시킨다. br /PC는 1193180 Hz의 클럭 신호를 발생시킨다. br /즉 초당 1193180 번의 신호가 발생한다. br /따라서 초당 약 18.2 (1193180/65536) 번의 인터럽트가 발생한다. br /br /카운터 0의 카운트 값을 65536이 아닌 다른 값으로 초기화한다면, 발생하는 인터럽트의 주기를 바꿀 수 있다. br /예를 들어 [2]에서는 카운트 값의 초기값을 11932로 바꾸어 10 msec(milli second, 천분의 일초) 간격으로 인터럽트가 발생하도록 하고 있다. br /이러한 기능을 어디에 쓸 수 있을까? br /첫번째로 멀티 태스킹 기능을 지원하기 위해 사용할 수 있다. br /간단히 생각해서 태스크마다 10 msec 씩 실행하도록 한다면 초당 100 개의 태스크를 실행시킬 수 있다. br /즉 인터럽트 서비스 루틴은 10 msec마다 깨어나서 가장 우선순위가 높은 태스크를 찾아 태스크 문맥교환을 한다. br /이것이 바로 멀티 태스킹을 지원하는 운영체제의 스케줄러의 기본적인 기능이다. br /br /카운터 2는 스피커와 연결되어있어 소리를 만드는데 사용된다. br /사람이 귀로 들을 수 있는 가청 주파수는 20Hz에서 2만Hz 사이이다. br /PC의 클럭 신호가 1193180Hz이므로 이론적으로 카운터 2를 통해 만들수 있는 주파수는 0Hz부터 1193180Hz까지이다. br /그러므로 카운터 2를 이용하면 사람이 들을 수 있는 소리는 물론 사람이 들을 수 없는 소리도 만들어낼 수 있다. br /카운터 2를 이용해서 PC 스피커로 소리를 만들어내는 예는 [3]에 나와있다. br /br /br /6 참고도서목록 br /br /[1] Intel, 8254 Programmable Interval Timer Datasheet, http://support.intel.com/support/controllers/peripheral/231164.htm br /[2] Richard A. Burgess, Developing Your Own 32-Bit Operating System, Sams Publishing, 1995. br /[3] 유정하, PC 시스템 프로그래밍, 정보문화사, 1991. br /[4] 차영배, IBM PC 인터페이스 응용, 동일출판사, 1999.

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