Header only multi-arch CPU register Read/Write library
一个跨架构的 CPU 寄存器读写库，提供统一的接口来操作不同架构的 CPU 寄存器和设备。
中文版本 | English Version
- Header Only: 无需编译，直接包含头文件即可使用
- 多架构支持: 支持 x86_64、AArch64、RISC-V 64 位架构
- 类型安全: 使用 C++ 模板和强类型确保操作安全
- 高性能: 内联汇编实现，零运行时开销
- 统一接口: 为不同架构提供一致的 API
- ✅ 通用寄存器操作
- ✅ 控制寄存器 (CR0, CR2, CR3, CR4, CR8)
- ✅ 模型特定寄存器 (MSR)
- ✅ 段寄存器 (CS, SS, DS, ES, FS, GS)
- ✅ 系统表寄存器 (GDTR, IDTR, LDTR, TR)
- ✅ 标志寄存器 (RFLAGS)
- ✅ I/O 端口操作
- ✅ APIC/x2APIC 支持
- ✅ CPUID 指令封装
- ✅ 8259A PIC 控制
- ✅ 8253/8254 PIT 控制
- ✅ 串口控制
- ✅ 通用寄存器操作 (X0-X29)
- ✅ 系统寄存器操作
- ✅ 异常级别管理
- ✅ 中断控制 (DAIF)
- ✅ 虚拟化支持
- ✅ 定时器控制
- ✅ GIC (Generic Interrupt Controller) 支持
- ✅ 通用寄存器操作
- ✅ CSR (Control and Status Register) 操作
- ✅ 中断和异常处理
- ✅ 虚拟内存管理
- ✅ 定时器支持
#include <cpu_io.h>
// 中断控制 (跨架构统一接口)
cpu_io::EnableInterrupt(); // 启用中断
cpu_io::DisableInterrupt(); // 禁用中断
bool status = cpu_io::GetInterruptStatus(); // 获取中断状态
// 获取当前 CPU 核心 ID
size_t core_id = cpu_io::GetCurrentCoreId();// I/O 端口操作
uint8_t data = cpu_io::In<uint8_t>(0x60); // 从端口读取
cpu_io::Out<uint8_t>(0x80, 0xFF); // 向端口写入
// 控制寄存器操作
cpu_io::Cr0::Set(); // 设置 CR0
uint64_t cr3_value = cpu_io::Cr3::Get(); // 读取 CR3
// RFLAGS 操作
cpu_io::Rflags::If::Set(); // 设置中断标志
cpu_io::Rflags::If::Clear(); // 清除中断标志
// MSR 操作
uint64_t msr_value = cpu_io::Msr::Read(0x1B); // 读取 MSR
cpu_io::Msr::Write(0x1B, value); // 写入 MSR
// APIC 操作
bool has_apic = cpu_io::cpuid::HasApic(); // 检查 APIC 支持
bool has_x2apic = cpu_io::cpuid::HasX2Apic(); // 检查 x2APIC 支持
uint32_t apic_id = cpu_io::cpuid::GetApicId(); // 获取 APIC ID
// APIC Base 寄存器操作
uint64_t apic_base = cpu_io::msr::apic::ReadBase();
bool is_bsp = cpu_io::msr::apic::IsBsp(); // 检查是否为 BSP
cpu_io::msr::apic::EnableGlobally(); // 启用 APIC
// 8259A PIC 控制
cpu_io::Pic pic(0x20, 0x28); // 初始化 PIC
cpu_io::Pic::Disable(); // 禁用 PIC// 系统寄存器操作
uint64_t current_el = cpu_io::CurrentEL::Get(); // 获取当前异常级别
cpu_io::DAIF::I::Set(); // 禁用 IRQ
cpu_io::DAIF::I::Clear(); // 启用 IRQ
// 定时器操作
cpu_io::CNTV_CTL_EL0::ENABLE::Set(); // 启用虚拟定时器
uint64_t freq = cpu_io::CNTFRQ_EL0::Get(); // 获取定时器频率
uint64_t count = cpu_io::CNTVCT_EL0::Get(); // 获取当前计数
// GIC 操作
cpu_io::ICC_PMR_EL1::Set(0xFF); // 设置中断优先级掩码
cpu_io::ICC_IGRPEN1_EL1::Enable::Set(); // 启用中断组1// CSR 操作
cpu_io::Sstatus::Sie::Set(); // 启用监管者中断
uint64_t sstatus = cpu_io::Sstatus::Get(); // 读取 sstatus
// 中断控制
cpu_io::Sie::Stie::Set(); // 启用定时器中断
cpu_io::Sie::Seie::Set(); // 启用外部中断
// 定时器操作
uint64_t time = cpu_io::Time::Get(); // 获取当前时间
cpu_io::Stimecmp::Set(time + 1000000); // 设置定时器比较值
// 虚拟内存
cpu_io::Satp::Mode::Sv39::Set(); // 设置 Sv39 分页模式include/
├── cpu_io.h # 主头文件，自动选择架构
├── x86_64/ # x86_64 架构实现
│ ├── cpu.hpp # CPU 核心功能
│ ├── io.hpp # I/O 端口操作
│ ├── apic.hpp # APIC/x2APIC 支持
│ ├── cpuid.hpp # CPUID 指令封装
│ ├── msr.h # MSR 定义和操作
│ ├── pic.hpp # 8259A PIC 控制
│ ├── pit.hpp # 8253/8254 PIT 控制
│ ├── serial.hpp # 串口控制
│ ├── regs.hpp # 寄存器定义
│ └── regs/ # 寄存器实现细节
├── aarch64/ # AArch64 架构实现
│ ├── cpu.hpp # CPU 核心功能
│ ├── regs.hpp # 寄存器定义
│ └── regs/ # 寄存器实现细节
└── riscv64/ # RISC-V 64 架构实现
├── cpu.hpp # CPU 核心功能
├── regs.hpp # 寄存器定义
└── regs/ # 寄存器实现细节
- C++17 或更高版本
- 支持内联汇编的编译器
- 架构特定的编译器：
- x86_64: GCC/Clang
- AArch64: AArch64 GCC/Clang
- RISC-V: RISC-V GCC/Clang
# 添加子目录
add_subdirectory(path/to/cpu_io)
# 链接库
target_link_libraries(your_target INTERFACE cpu_io)#include "path/to/cpu_io/include/cpu_io.h"- 类型安全: 使用强类型防止错误的寄存器操作
- 零开销: 所有操作都编译为直接的汇编指令
- 可读性: 提供直观的 API 名称和文档
- 可移植性: 统一的接口，架构特定的实现
- 模块化: 每个功能模块独立，可按需包含
// 无错误码的中断上下文
struct InterruptContext {
uint64_t rip, cs, rflags, rsp, ss;
};
// 有错误码的中断上下文
struct InterruptContextErrorCode {
uint32_t error_code;
uint32_t padding;
uint64_t rip, cs, rflags, rsp, ss;
};- 特权级别: 大多数寄存器操作需要适当的特权级别
- 架构检测: 库会自动根据编译器宏选择正确的架构实现
- 内联汇编: 所有底层操作使用内联汇编，确保性能
- 头文件依赖: 作为 header-only 库，确保正确包含所需头文件
MIT
欢迎提交 Issue 和 Pull Request 来改进这个库。