4. CMOS RAM读写与系统时间获取

任务目标

本案例通过x86 I/O端口访问CMOS RAM，实现：读取系统当前时间（时:分:秒）与日期（年-月-日），并修改CMOS中某个字节（如秒寄存器）以观察写入效果。代码运行于实模式环境（如QEMU + FreeDOS或裸机引导），直接操作端口0x70/0x71。

CMOS端口访问原理

CMOS RAM通过两个端口访问：0x70写入要访问的寄存器地址，0x71读写该寄存器数据。时间寄存器以BCD码存储，需转换为十进制显示。注意：访问CMOS前应关闭NMI中断（将0x70最高位置1），读取时若正在更新（寄存器0x0A的bit 7为1）需等待。

关键完整代码

; cmos_time.asm - 读取并修改CMOS时间
; 编译: nasm -f bin cmos_time.asm -o cmos_time.com
; 运行: 在DOS/FreeDOS中执行 cmos_time.com，或放入引导扇区

org 0x100
cpu 8086

; 等待CMOS更新完成
wait_update:
    mov al, 0x0A
    out 0x70, al
    in al, 0x71
    test al, 0x80
    jnz wait_update
    ret

; 读取指定CMOS寄存器，返回BCD值在AL
read_cmos:
    out 0x70, al
    in al, 0x71
    ret

; BCD转ASCII并打印
print_bcd:
    push ax
    mov al, ah
    shr al, 4
    add al, '0'
    mov ah, 0x0E
    int 0x10
    pop ax
    push ax
    mov al, ah
    and al, 0x0F
    add al, '0'
    mov ah, 0x0E
    int 0x10
    pop ax
    ret

start:
    ; 关闭NMI并等待更新完成
    mov al, 0x80
    out 0x70, al
    call wait_update

    ; 读取秒 (寄存器0x00)
    mov al, 0x00
    call read_cmos
    mov ah, al
    call print_bcd

    ; 打印冒号
    mov al, ':'
    mov ah, 0x0E
    int 0x10

    ; 读取分 (寄存器0x02)
    mov al, 0x02
    call read_cmos
    mov ah, al
    call print_bcd

    ; 打印冒号
    mov al, ':'
    mov ah, 0x0E
    int 0x10

    ; 读取时 (寄存器0x04)
    mov al, 0x04
    call read_cmos
    mov ah, al
    call print_bcd

    ; 换行
    mov al, 0x0D
    mov ah, 0x0E
    int 0x10
    mov al, 0x0A
    mov ah, 0x0E
    int 0x10

    ; 修改秒寄存器：写入BCD值0x30（即30秒）
    call wait_update
    mov al, 0x80 | 0x00    ; 关闭NMI，选择秒寄存器
    out 0x70, al
    mov al, 0x30
    out 0x71, al

    ; 等待1秒后重新读取验证
    mov cx, 0xFFFF
delay:
    loop delay

    call wait_update
    mov al, 0x00
    call read_cmos
    mov ah, al
    call print_bcd

    ; 程序结束（返回DOS）
    mov ax, 0x4C00
    int 0x21

编译与运行

1. 安装NASM：sudo apt install nasm（Linux）或下载Windows版。
2. 编译：nasm -f bin cmos_time.asm -o cmos_time.com
3. 运行方式（任选其一）：
   • 使用QEMU + FreeDOS：qemu-system-i386 -fda fdos.img，将cmos_time.com放入镜像后执行。
   • 裸机引导：将生成的.com文件作为引导扇区（需额外处理，本案例不展开）。

验证方法与判定标准

• 预期输出：程序首先打印当前时间（格式HH:MM:SS），随后将秒强制设为30，延时后再次打印秒值，应显示30（或30±1，若恰好跨越秒边界）。
• 通过条件：两次打印的秒值中第二次为30，且时间格式正确、无乱码。
• 观察修改效果：若在修改后立即用其他工具（如DOS的DEBUG）读取CMOS寄存器0x00，其值应为0x30（BCD），证明写入成功。

注意事项

• 修改CMOS秒寄存器会导致系统时间跳变，在真实硬件上操作需谨慎；本案例建议在虚拟机中执行。
• 若在Windows/Linux现代操作系统下直接运行，会因端口权限受限而失败；必须使用实模式环境。
• BCD转换仅适用于二进制时间格式（寄存器0x0B的bit 2为0时）；若系统设为二进制格式，需改用二进制转换逻辑。