CPUID指令介紹2

1、什麼是cpuid指令

CPUID指令是intel IA32架構下獲得CPU信息的彙編指令，可以得到CPU類型，型號，製造商信息，商標信息，序列號，緩存等一系列CPU相關的東西。

2、cpuid指令的使用

cpuid使用eax作爲輸入參數，eax，ebx，ecx，edx作爲輸出參數，舉個例子:

__asm
{
  mov eax, 1
  cpuid
  ...
}

以上代碼以1爲輸入參數，執行cpuid後，所有寄存器的值都被返回值填充。針對不同的輸入參數eax的值，輸出參數的意義都不相同。
爲了更好的在C++中使用cpuid指令，可以使用類對指令進行封裝，在類中定義一個專門的函數負責cpuid的執行，他需要一個輸入參數。還需要定義四個成員變量存儲cpuid執行以後返回來的值。由於這四個寄存器都是32位長的，可以使用unsinged long 類型變量存儲。

typedef unsigned long DWORD

class CPUID
{
public:
...
private:
void Executecpuid(DWORD eax); // 用來實現cpuid

  DWORD m_eax;   // 存儲返回的eax
  DWORD m_ebx;   // 存儲返回的ebx
  DWORD m_ecx;   // 存儲返回的ecx
  DWORD m_edx;   // 存儲返回的edx

...
}

void CPUID::Executecpuid(DWORD veax)
{
  // 因爲嵌入式的彙編代碼不能識別類成員變量
  // 所以定義四個臨時變量作爲過渡
  DWORD deax;
  DWORD debx;
  DWORD decx;
  DWORD dedx;

  __asm
  {
   mov eax, veax ;將輸入參數移入eax
   cpuid  ;執行cpuid
   mov deax, eax ;以下四行代碼把寄存器中的變量存入臨時變量
   mov debx, ebx
   mov decx, ecx
   mov dedx, edx
  }

  m_eax = deax; // 把臨時變量中的內容放入類成員變量
  m_ebx = debx;
  m_ecx = decx;
  m_edx = dedx;
}

這樣就可以通過直接調用Executecupid()函數的方式來執行cpuid指令了，返回值存在類成員變量m_eax, m_ebx, m_ecx和m_edx中。

3、獲得CPU的製造商信息(Vender ID String)

把eax = 0作爲輸入參數，可以得到CPU的製造商信息。
cpuid指令執行以後，會返回一個12字符的製造商信息，前四個字符的ASC碼按低位到高位放在ebx，中間四個放在edx，最後四個字符放在ecx。比如說，對於intel的cpu，會返回一個“GenuineIntel”的字符串，返回值的存儲格式爲:

           31      23      15      07      00
        EBX| u (75)| n (6E)| e (65)| G (47)
        EDX| I (49)| e (65)| n (6E)| i (69)
        ECX| l (6C)| e (65)| t (74)| n (6E)

因此可以這樣實現他：

string CPUID::GetVID()
{
  char cVID[13];   // 字符串，用來存儲製造商信息
  memset(cVID, 0, 13);  // 把數組清0
  Executecpuid(0);  // 執行cpuid指令，使用輸入參數 eax = 0
  memcpy(cVID, &m_ebx, 4); // 複製前四個字符到數組
  memcpy(cVID+4, &m_edx, 4); // 複製中間四個字符到數組
  memcpy(cVID+8, &m_ecx, 4); // 複製最後四個字符到數組

return string(cVID); // 以string的形式返回
}

4、獲得CPU商標信息(Brand String)

在我的電腦上點擊右鍵，選擇屬性，可以在窗口的下面看到一條CPU的信息，這就是CPU的商標字符串。CPU的商標字符串也是通過cpuid得到的。由於商標的字符串很長(48個字符)，所以不能在一次cpuid指令執行時全部得到，所以intel把它分成了3個操作，eax的輸入參數分別是0x80000002,0x80000003,0x80000004，每次返回的16個字符，按照從低位到高位的順序依次放在eax, ebx, ecx, edx。因此，可以用循環的方式，每次執行完以後保存結果，然後執行下一次cpuid。

string CPUID::GetBrand()
{
  const DWORD BRANDID = 0x80000002;  // 從0x80000002開始，到0x80000004結束
  char cBrand[49];    // 用來存儲商標字符串，48個字符
  memset(cBrand, 0, 49);    // 初始化爲0

  for (DWORD i = 0; i < 3; i++)   // 依次執行3個指令
  {
   Executecpuid(BRANDID + i);
   memcpy(cBrand + i*16, &m_eax, 16); // 每次執行結束後，保存四個寄存器裏的asc碼到數組
  }      // 由於在內存中，m_eax, m_ebx, m_ecx, m_edx是連續排列
        // 所以可以直接以內存copy的方式進行保存
  return string(cBrand);  // 以string的形式返回
}

5、檢測CPU特性(CPU feature)

我98年初買第一臺電腦的時候，CPU能支持MMX就很了不起了。現在的intel CPU，臺式機的好點的都支持Hyper-Threading了，移動的要支持Speed Sted。這些都是CPU的特性。CPU的特性可以通過cpuid獲得，參數是eax = 1，返回值放在edx和ecx，通過驗證edx或者ecx的某一個bit，可以獲得CPU的一個特性是否被支持。比如說，edx的bit 32代表是否支持MMX，edx的bit 28代表是否支持Hyper-Threading，ecx的bit 7代表是否支持speed sted。下面就是獲得CPU特性的例子：

bool CPUID::IsHyperThreading() // 判斷是否支持hyper-threading
{
Executecpuid(1); // 執行cpuid指令，使用輸入參數 eax = 1

return m_edx & (1<<28); // 返回edx的bit 28
}

bool CPUID::IsEST() // 判斷是否支持speed step
{
Executecpuid(1); // 執行cpuid指令，使用輸入參數 eax = 1

return m_ecx & (1<<7); // 返回ecx的bit 7
}

bool CPUID::IsMMX() // 判斷是否支持MMX
{
Executecpuid(1); // 執行cpuid指令，使用輸入參數 eax = 1

return m_edx & (1<<23); // 返回edx的bit 23
}

CPU的特性還有很多，這只是平時我們聽到比較多的三個，更多的特性請參考intel的資料。

6、獲得CPU的緩存(cache)

緩存，就是CACHE，已經成爲判斷CPU性能的一項大指標。緩存信息包括：第幾級緩存(level)，緩存大小(size)，通道數(way)，吞吐量(line size)。因此可以使用一個結構體來存儲緩存信息。

struct CacheInfo
{
  int level;    // 第幾級緩存
  int size;    // 緩存大小，單位KB
  int way;    // 通道數
  int linesize;    // 吞吐量

  CacheInfo()    // 構造函數
  {
   level = 0;
   size = 0;
   way = 0;
   linesize = 0;
  }

  CacheInfo(int clevel, int csize, int cway, int clinesize) // 構造函數
  {
   level = clevel;
   size = csize;
   way = cway;
   linesize = clinesize;
  }
};

    緩存信息可以通過eax = 2的cpuid來得到（得到的不光有cache信息，還有其他的一些信息），返回值在eax(高24位), ebx, ecx和edx，總共15個BYTE的信息，每個BYTE的值不同，代表的意義也不同，所以需要用一個哈希表存儲各種不同BYTE的定義，可以定義一個map類型的類成員存儲這些資料。我把資料上和緩存有關的信息存儲如下：

m_cache[0x06] = CacheInfo(1, 8, 4, 32);
m_cache[0x08] = CacheInfo(1, 16, 4, 32);
m_cache[0x0a] = CacheInfo(1, 8, 2, 32);
m_cache[0x0c] = CacheInfo(1, 16, 4, 32);
m_cache[0x2c] = CacheInfo(1, 32, 8, 64);
m_cache[0x30] = CacheInfo(1, 32, 8, 64);
m_cache[0x60] = CacheInfo(1, 16, 8, 64);
m_cache[0x66] = CacheInfo(1, 8, 4, 64);
m_cache[0x67] = CacheInfo(1, 16, 4, 64);
m_cache[0x68] = CacheInfo(1, 32, 4, 64);

m_cache[0x39] = CacheInfo(2, 128, 4, 64);
m_cache[0x3b] = CacheInfo(2, 128, 2, 64);
m_cache[0x3c] = CacheInfo(2, 256, 4, 64);
m_cache[0x41] = CacheInfo(2, 128, 4, 32);
m_cache[0x42] = CacheInfo(2, 256, 4, 32);
m_cache[0x43] = CacheInfo(2, 512, 4, 32);
m_cache[0x44] = CacheInfo(2, 1024, 4, 32);
m_cache[0x45] = CacheInfo(2, 2048, 4, 32);
m_cache[0x79] = CacheInfo(2, 128, 8, 64);
m_cache[0x7a] = CacheInfo(2, 256, 8, 64);
m_cache[0x7b] = CacheInfo(2, 512, 8, 64);
m_cache[0x7c] = CacheInfo(2, 1024, 8, 64);
m_cache[0x82] = CacheInfo(2, 256, 8, 32);
m_cache[0x83] = CacheInfo(2, 512, 8, 32);
m_cache[0x84] = CacheInfo(2, 1024, 8, 32);
m_cache[0x85] = CacheInfo(2, 2048, 8, 32);
m_cache[0x86] = CacheInfo(2, 512, 4, 64);
m_cache[0x87] = CacheInfo(2, 1024, 8, 64);

m_cache[0x22] = CacheInfo(3, 512, 4, 64);
m_cache[0x23] = CacheInfo(3, 1024, 8, 64);
m_cache[0x25] = CacheInfo(3, 2048, 8, 64);
m_cache[0x29] = CacheInfo(3, 4096, 8, 64);

m_cache是類成員，定義如下：

map<int, CacheInfo> m_cache; // Cache information table

在得到返回值以後，只需要遍歷每一個BYTE的值，找到在m_cache中存在的元素，就可以得到cache信息了。代碼如下：

typedef unsigned char BYTE;

DWORD CPUID::GetCacheInfo(CacheInfo& L1, CacheInfo& L2, CacheInfo& L3)
{
  BYTE cValues[16];      // 存儲返回的16個byte值
  DWORD result = 0;      // 記錄發現的緩存數量
  Executecpuid(2);      // 執行cpuid，參數爲eax = 2
  memcpy(cValues, &m_eax, 16);     // 把m_eax, m_ebx, m_ecx和m_edx存儲到cValue

  for (int i = 1; i < 16; i++)     // 開始遍歷，注意eax的第一個byte沒有意義，需要跳過
  {
   if (m_cache.find(cValues[i]) != m_cache.end())  // 從表中查找此信息是否代表緩存
   {
    switch (m_cache[cValues[i]].level)  // 對號入座，保存緩存信息
    {
    case 1:  // L1 cache
     L1 = m_cache[cValues[i]];
     break;
    case 2:  // L2 cache
     L2 = m_cache[cValues[i]];
     break;
    case 3:  // L3 cache
     L3 = m_cache[cValues[i]];
     break;
    default:
     break;
    }
    result++;
   }

  }

return result;
}

7、獲得CPU的序列號

序列號無處不在！！CPU的序列號用一個96bit的串表示，格式是連續的6個WORD值：XXXX-XXXX-XXXX-XXX-XXXX-XXXX。WORD是16個bit長的數據，可以用unsigned short模擬：

typedef unsigned short WORD;

獲得序列號需要兩個步驟，首先用eax = 1做參數，返回的eax中存儲序列號的高兩個WORD。用eax = 3做參數，返回ecx和edx按從低位到高位的順序存儲前4個WORD。實現如下：

bool CPUID::GetSerialNumber(SerialNumber& serial)
{
  Executecpuid(1); // 執行cpuid，參數爲 eax = 1
  bool isSupport = m_edx & (1<<18); // edx是否爲1代表CPU是否存在序列號
  if (false == isSupport) // 不支持，返回false
  {
   return false;
  }
  memcpy(&serial.nibble[4], &m_eax, 4); // eax爲最高位的兩個WORD

Executecpuid(3); // 執行cpuid，參數爲 eax = 3
memcpy(&serial.nibble[0], &m_ecx, 8); // ecx 和 edx爲低位的4個WORD

return true;
}

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