第4章 處理器的身份

我需要了解處理器的型號(hào)、廠商、有什么具體的特性等這些關(guān)于處理器的參數(shù)，應(yīng)該怎么辦？x86/x64處理器上提供了CPUID指令用來查看和識(shí)別身份。

4.1 測試是否支持CPUID指令

eflags寄存器的bit 21是ID（Processor Feature Identification）標(biāo)志位，在286處理器中flags是16位的，在386處理器中eflags擴(kuò)展為32位，bit 21是reserved。CPUID指令從Intel 486處理器上開始加入，因此除非你在古老的機(jī)器上運(yùn)行，否則沒必要檢測處理器是否支持CPUID指令。

test_CPUID（）在源文件lib\lib16.asm里，在topic04\ex4-1\目錄有實(shí)驗(yàn)代碼：

代碼清單4-1（lib\lib16.asm）：

；---------------------------------------------------
； test_CPUID（）：測試是否支持 CPUID 指令
； output：
；                1 - support， 0 - no support
；---------------------------------------------------
__test_CPUID：
      pushfd                                            ； save eflags DWORD size
      mov eax，dword [esp]                          ； get old eflags
      xor dword [esp]，0x200000                   ； xor the eflags.ID bit
      popfd                                             ； set eflags register
      pushfd                                            ； save eflags again
      pop ebx                                          ； get new eflags
      cmp eax，ebx                                    ； test eflags.ID has been modify
      setnz al                                         ； OK！ support CPUID instruction
      movzx eax，al
      ret

修改eflags寄存器的bit 21標(biāo)志位，如果能成功修改，就表示支持CPUID指令。

4.2 CPUID指令的術(shù)語及表達(dá)

Intel64手冊里對(duì)CPUID指令廣泛使用了如下一些表達(dá)形式和術(shù)語。

leaf（葉）

功能號(hào)使用leaf術(shù)語，例如：CPUID的01號(hào)功能，你可以稱其為CPUID的01 leaf（葉）。

sub-leaf（子葉）

對(duì)于一些較復(fù)雜的信息查詢，往往需要一個(gè)輔助的子號(hào)。EAX寄存器輸入的是main leaf（主葉號(hào)），ECX寄存器提供的是sub-leaf（子葉號(hào)）。

mov eax，0Bh    ； main leaf
mov ecx，0     ； sub-leaf
cpuid

如上所示，0B號(hào)功能就是main leaf（主葉），ECX提供的0號(hào)就是sub-leaf（子葉）。

CPUID指令的描述形式

當(dāng)軟件需要判斷某項(xiàng)功能處理器是否支持時(shí)，使用CPUID指令進(jìn)行查詢，在Intel手冊中使用了下面的描述形式。

上面是判斷處理器是否支持PAE（Physical Address Extensions）功能時(shí)的描述，當(dāng)CPUID.01H：EDX[6]的值為1時(shí)，表示支持PAE功能。

4.3 基本信息與擴(kuò)展信息

從CPUID指令獲得的信息有兩大類：basic（基本）和extended（擴(kuò)展），要獲得信息必須要先提供相應(yīng)的leaf（功能號(hào)），每一類信息都有最大的功能號(hào)限制。

某些功能號(hào)下面還有許多sub-leaf（子葉），也就是信息的子集。使用CPUID指令之前在eax寄存器提供要查詢的某個(gè)信息相應(yīng)的功能號(hào)。

mov eax，0                 ； 功能號(hào) 0（main leaf）
cpuid                       ； 查詢 0 號(hào)信息

返回的相應(yīng)信息放在eax、ebx、ecx，以及edx寄存器中。這些信息是32位的，因此在64位模式下，rax、rbx、rcx，以及rdx寄存器的高32位被清0。

查詢最大leaf（功能）號(hào)

CPUID指令被使用來查詢處理器所支持的特性，因此CPUID所支持的leaf數(shù)量是與處理器相關(guān)的。很多時(shí)候，在使用某個(gè)leaf查詢之前，必須判斷處理器是否支持該leaf。

典型地，在使用0BH號(hào)功能時(shí)，應(yīng)先查詢處理器是否支持0BH號(hào)功能。

基本最大功能號(hào)

使用CPUID的00H leaf來查詢，最大的基本功能號(hào)返回在EAX寄存器里。

mov eax，0                 ； 功能號(hào) 0（main leaf）
cpuid                       ； 查詢 0 號(hào)信息
  cmp eax，0BH    ； 判斷是否支持 0B leaf
jb no_support    ； 假如不支持...

擴(kuò)展最大功能號(hào)

同樣，最大的擴(kuò)展功能號(hào)也可以查詢。

mov eax，80000000          ； 功能號(hào) 80000000（main leaf）
cpuid                        ； 查詢最大擴(kuò)展功能號(hào)
  cmp eax，80000001H  ； 判斷是否支持 80000001 leaf
jb no_support    ； 假如不支持...

輸入80000000H功能號(hào)，從返回的EAX寄存器里可以得到最大的擴(kuò)展功能號(hào)。

功能號(hào)0也返回處理器廠商名，在Intel的機(jī)器上返回的是：ebx寄存器是“Genu”，ecx寄存器是“ntel”，edx寄存器是“ineI”，組合起來是“GenuineIntel”，在AMD的機(jī)器上是“AuthenticAMD”。

實(shí)驗(yàn)的源碼在\topic04\ex4-2\setup.asm文件里。

代碼清單4-2（topic04\ex4-2\setup.asm）：

      call test_CPUID test ax，ax
      jz no_support
；； 獲得最大 basic 功能號(hào)
      mov eax，0
      cpuid
      mov esi，eax
      mov di，value_address
      call get_dword_hex_string
      mov si，basic_message
      call puts
      mov si，value_address
      call puts
      call println
；； 獲得最大 extended 功能號(hào)
      mov eax，0x80000000
      cpuid
      mov esi，eax
      mov di，value_address
      call get_dword_hex_string
      mov si，extend_message
      call puts
      mov si，value_address
      call puts
      call println
      jmp $
no_support：
      mov si，[message_table + eax * 2]
      call puts
      jmp $
support_message            db 'support CPUID instruction'，13，10，0
no_support_message        db 'no support CPUID instruction'，13，10，0
message_table              dw no_support_message，support_message，0
basic_message                db 'maximun basic function：0x'，0
extend_message               db 'maximun extended function：0x'，0
value_address                dd 0，0，0

在Bochs里運(yùn)行的結(jié)果如下所示。

Bochs是模擬Intel系列的CPU，在筆者的AMD真實(shí)機(jī)器上最大basic功能號(hào)是0x00000005，最大extended功能號(hào)是0x8000001A，在另一臺(tái)Intel i5機(jī)器上分別是0Bh和80000008h：

Intel的處理器上目前的最大basic功能號(hào)是0DH，最大extended功能號(hào)是80000008H（依賴于每個(gè)機(jī)器的實(shí)現(xiàn)）。Intel手冊中指示Core i7處理器（Westmere架構(gòu)）最大的basic功能號(hào)是0BH，最大的extended功能號(hào)是80000008H。

當(dāng)eax=0Eh時(shí)，返回的信息和eax=0Dh一致，當(dāng)eax=80000009h時(shí)返回的信息也和eax=0Dh一致。

由于在目前的Intel上0Dh是最大basic功能號(hào)，80000008h是最大的擴(kuò)展功能號(hào)，因此本實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證Intel所說的話。

代碼清單4-3（topic04\ex4-3\setup.asm）：

；； 現(xiàn)在得到最大功能號(hào) 0DH 的信息
      mov si，msg1
      call puts
      mov eax，0Dh
      cpuid
      mov [eax_value]，eax
      mov [ebx_value]，ebx
      mov [ecx_value]，ecx
      mov [edx_value]，edx
      call print_register_value                    ； 打印寄存器的值
； 測試輸入功能號(hào)為 eax=0Eh
      mov si，msg2
      call puts
      mov eax，0Eh
      cpuid
      mov [eax_value]，eax
      mov [ebx_value]，ebx
      mov [ecx_value]，ecx
      mov [edx_value]，edx
      call print_register_value                    ； 打印寄存器的值
；； 現(xiàn)在得到 extended 最大功能號(hào) 80000008h 的信息
      mov si，msg3
      call puts
      mov eax，80000008h
      cpuid
      mov [eax_value]，eax
      mov [ebx_value]，ebx
      mov [ecx_value]，ecx
      mov [edx_value]，edx
      call print_register_value                    ； 打印寄存器的值
；； 現(xiàn)在測試 extended 最大功能號(hào) 80000009 的信息
      mov si，msg4
      call puts
      mov eax，80000009h
      cpuid
      mov [eax_value]，eax
      mov [ebx_value]，ebx
      mov [ecx_value]，ecx
      mov [edx_value]，edx
      call print_register_value                   ； 打印寄存器的值

下面是在Bochs中運(yùn)行的結(jié)果。

可以看出，當(dāng)eax分別等于0Dh、0Eh和80000009h時(shí)，所返回的信息是一樣的。在筆者的AMD真實(shí)機(jī)器上運(yùn)行上面的例子，得不到輸出結(jié)果，目前在AMD的機(jī)器上最大的basic功能號(hào)是06H，而extended功能號(hào)則達(dá)到了8000001Bh。

由于在Bochs上所支持的最大basic功能號(hào)是0Dh，如果以0Ch去訪問CPUID指令（0Ch功能號(hào)CPU不支持），返回的寄存器將全是0值（eax<=maxinum number）。

當(dāng)輸入功能號(hào)>最大功能號(hào)時(shí)，訪問CPUID，返回的將是最大功能號(hào)的信息，也就是上面做的實(shí)驗(yàn)所證明的。

4.4 處理器的型號(hào)（family，model與stepping）

由CPUID.01H：EAX可返回處理器的家族、模型及步進(jìn)信息。

EAX[11：8]得到family編碼，典型地，P6家族處理器的family編碼是06H，Pentium4家族的family編碼是0FH。EAX[27：20]得到擴(kuò)展的family值。EAX[7：4]得到處理器在家族中的model。EAX[19：16]得到擴(kuò)展的model值。

在這些處理器信息里，最重要的是family與model。由于x86處理器的龐大和混亂，在Intel文檔的相關(guān)描述中，使用了family和model的配合來描述處理器的特性，例如下面的這個(gè)描述。

DisplayFamily值的計(jì)算方法如下。

if （Family == 0FH）
{
        DisplayFamily=ExtendedFamily + Family；
}
else
        DisplayFamily=Family；

可見，只有在Pentium4以后的處理器才支持ExtendedFamily編號(hào)。DisplayModel值的計(jì)算方法如下。

if （Family == 06H || Family == 0FH）
{
        DisplayModel=ExtendedModel << 4 + Model；
}
else
        DisplayModel=Model；

現(xiàn)在我們可以做個(gè)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)的完整源碼在topic04\ex4-4\setup.asm文件里，調(diào)用了lib\lib16.asm文件里面的get_DisplayFamily_DisplayModel（）過程來獲得DisplayFamily和DisplayModel值，下面是運(yùn)行結(jié)果。

在筆者實(shí)驗(yàn)的機(jī)器上的處理器DispalyFamily是06H，DisplayModel是25H，根據(jù)Intel的說明這個(gè)Model是屬于32nm制程的Core i3/i5/i7 Mobile處理器（屬于Westmere微架構(gòu)）。

它的ExtendedModel值是0010B，Model值是0101B，組合起來是：25H。那么這個(gè)處理器模型將被描述為：06_25H。這種DisplayFamily_DisplayModel的模型相當(dāng)重要，在Intel手冊的描述中使用這種方式來區(qū)別處理器的模型。

在Intel的機(jī)器上，06H家族和0FH家族是兩大派系，0FH家族典型地是指Pentium4處理器系列。而06H家族很龐大，從早期的Pentium Pro、PentiumII到今天的Westmere/SandyBridge微架構(gòu)的i7/i5/i3處理器都屬于06H家族。在如此龐大的06H家族，要靠它的DisplayModel來識(shí)別每一代架構(gòu)的處理器。05H家族則屬于Pentium處理器。

4.5 最大的物理地址和線性地址

在CPUID.80000008H葉里，我們可以獲取處理器所支持的最大物理地址和線性地址的寬度。

上面的實(shí)驗(yàn)中80000008h功能號(hào)返回的eax值為0x00003028，低byte是物理地址寬度，值為28h就是40位，接著是線性地址寬度。當(dāng)CPU支持long mode時(shí)，這個(gè)值是30h，否則就是20h，這表明long mode下最高支持48位的線性地址，線性地址的高16位被用做sign位，在32位的機(jī)器上這個(gè)值是20h（32位）。

MAXPHYADDR值

在Intel中廣泛使用MAXPHYADDR這個(gè)術(shù)語來表示最大的物理地址。80000008H leaf返回的EAX[7：0]被稱為MAXPHYADDR。

當(dāng)處理器不支持80000008H leaf（功能）時(shí)，如果檢測到CPUID.01H：EDX[6]=1（即：PAE=1）則支持最高36位物理地址。如果此時(shí)PAE也并不支持，那么MAXPHYADDR就是32位。

4.6 處理器擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)信息

實(shí)際上0Dh功能號(hào)是獲得處理器對(duì)Processor Extended State（處理器擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)）的支持度，這在AVX指令編程里非常重要。在最新的Sandy Bridge架構(gòu)的處理器中，支持度只使用了3位。

0Dh功能號(hào)是一個(gè)功能集，在前面的例子中：

mov eax，0Dh                  ； 0Dh 功能號(hào)
mov ecx，0                    ； main leaf（主葉）功能
cpuid                          ； 得到 0Dh 的 main leaf功能

這個(gè)main leaf功能就可以獲得CPU目前對(duì)處理器狀態(tài)信息的支持度，eax和edx寄存器返回processor extended state的enable/disable位圖。

返回的edx和eax寄存器組成一個(gè)64位的Processor Extended State功能表，高32位在edx寄存器，低32位在eax寄存器。在處理器的規(guī)劃中，每1位對(duì)應(yīng)一個(gè)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)功能enable位。為1時(shí)支持該狀態(tài)，為0時(shí)不支持。

這個(gè)Processor Extended State值將影響到XCR0（Extended Control Register）的值。當(dāng)State值的某位為0時(shí)，那么XCR0的相應(yīng)位為保留位（此位不能被XSETBV指令設(shè)置）。

目前的x86處理器中（包括Intel和AMD）僅使用了低3位（Bit 0～Bit2）。Bit 0對(duì)應(yīng)X87 FPU狀態(tài)，Bit 1對(duì)應(yīng)SSE狀態(tài)，這兩位一般都能返回1，表示CPU支持X87 FPU和SSE功能。Bit 2對(duì)應(yīng)YMM狀態(tài)。

YMM狀態(tài)在Intel的Sandy Bridge架構(gòu)和AMD的bulldozer架構(gòu)中得到了支持，也就是說CPU支持AVX指令集。因此，在這種處理器以上才返回YMM狀態(tài)位為1值。

圖中的陰影部分為reserved（保留位），未來的處理器可能會(huì)使用這些位來支持更多的處理器狀態(tài)信息。保留位的值全部為0。

看看前面在Bochs里運(yùn)行的結(jié)果。

得到的結(jié)果表明：CPU支持x87 FPU和SSE狀態(tài)而不支持YMM狀態(tài)，也就是說不支持AVX指令。值得注意的是，由于Bochs模擬實(shí)現(xiàn)了CPUID 0DH號(hào)功能，因此可以使用0DH leaf進(jìn)行查詢。實(shí)際上，在不支持AVX指令的處理器上，并不支持CPUID 0DH leaf。

4.6.1 探測Processor Extended State子葉

由于eax返回的是處理器對(duì)Processor Extended State的enable位，在未來的處理器中可能加入更多的支持，因此在使用前應(yīng)該探測處理器到底支持了哪些Prcessor Extended State。

      mov eax，0Dh                  ； 0Dh 功能號(hào)
      mov ecx，0                    ； main leaf（主葉）功能
      cpuid                          ； 得到 0Dh 的 main leaf功能，在edx：eax返回對(duì)
      ； processor extended state的支持位
      mov [extended_state]，eax             ； 保存 enable 位
      mov [extended_size]，ebx               ； 保存整個(gè)exended state的size值
      mov dword [detect_value]，2           ； 從Bit2 開始探測
detect：
      mov eax，0Dh              ； 0Dh 功能號(hào)
      mov ecx，[detect_value]                ； sub-leaves 子葉號(hào)
      bt dword [extended_state]，ecx       ； Bit n == 1 ？
      jnc next_detect                          ；  該位不支持，繼續(xù)探測
      cpuid                                       ； 探測
      mov ecx，[detect_value]
      mov [state + ecx * 4]，eax           ； 保存子葉 size
      mov [state + ecx * 4 + 4]，ebx      ； 保存子葉 offset
next_detect：
      inc dword [detect_value]                ； 繼續(xù)探測下一個(gè)子葉
      cmp dword [detect_value]，62           ； 小于等于 62 就繼續(xù)
      jle detect
next：
      ... ...

假如CPU支持AVX指令，那么CPUID（eax=0Dh，ecx=0h）：EAX[YMM]為1，也就是eax的Bit 2為1，因此從第2位開始探測，假如Bit 3是支持的，繼續(xù)探測Bit 3，以此類推……

在Processor Extended State中X87 FPU state是必須要支持的，它必定為1，而 SSE state也就是XMM寄存器狀態(tài)，也是支持的，這時(shí)Bit 1位是保留。所以從Bit 2開始探測直至Bit 62位，Bit 63位是保留未用。

4.6.2 Processor Extended State子葉所需內(nèi)存size

在main leaf（eax=0Dh，ecx=0h）里，ebx和ecx寄存器都返回一個(gè)內(nèi)存size。

XCR0的結(jié)構(gòu)與上面CPUID（EAX=0Dh，ECX=0H） 返回的64位Processor Extended State值結(jié)構(gòu)是一樣的。XCR0可以設(shè)置SSE狀態(tài)為disable（關(guān)閉），這樣CPU將不會(huì)保存SSE（即：XMM寄存器）的值。

Processor Extended State與XCR0的關(guān)系

XCR0是一個(gè)功能開關(guān)，用來開啟或關(guān)閉某些state的保存。而CPUID（eax=0Dh，ecx=00h）返回的Processor Extended State值將決定處理器保存哪些state信息的能力。

OS可以通過XSETBV指令對(duì)XCR0進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，如果某位被disable掉，這時(shí)候，XCR0與CPU支持的64位Processor Extended State值會(huì)不一致。因此，ebx寄存器返回的是這個(gè)XCR0設(shè)置的保存狀態(tài)所需要的內(nèi)存size。

如果CPUID（eax=0Dh，ecx=0h）返回的eax寄存器為07H值，那么說明它支持AVX指令，這樣的話就可以接著使用0Dh的2號(hào)子葉去查看相關(guān)的信息。

在AMD處理器上支持LWP指令，Bit 62位是LWP state位，所以在AMD里就可以查看62號(hào)子葉的信息。

下面是查看子葉號(hào)為62的相關(guān)信息（如果CPU支持）。

mov eax，0Dh                  ； 0Dh 功能號(hào)
mov ecx，62                   ； AMD機(jī)器上的62號(hào)子葉功能
cpuid

4.6.3 Processor Extended State的保存

Processor Extended State通過使用XSAVE指令來保存處理器的狀態(tài)，在內(nèi)存中處理器的state映像看起來如下。

實(shí)際情況還要更復(fù)雜些，SSE和YMM狀態(tài)的保存，還取決于XSAVE指令提供的64位MASK碼和XCR0上面所述的相應(yīng)位的enable（開啟），如果XCR0.YMM=0表明不保存YMM狀態(tài)，那么圖中的YMM state區(qū)域是0值（不被更新）。

mov edx，0
mov eax，3                         ； 不保存 YMM state
xsave [state_image]              ； 根據(jù) 64位的 Mask值和XCR0位進(jìn)行保存

同樣，在edx：eax這個(gè)64位的mask碼值中，如果YMM state mask位為0，YMM state區(qū)域也不被更新，必須XCR0和MASK值同時(shí)被置1（AND與關(guān)系）區(qū)域才被更新。

回到上面的例子，由于不支持AVX指令，所以eax返回0x03，表明僅支持X87 FPU和SSE狀態(tài)。而ebx和ecx寄存器的返回值是0x240，這個(gè)值就等于512+64=576（0x240），X87 FPU需要512字節(jié)，還要加上一個(gè)header部分。這個(gè)header的首64位（8 bytes）是一個(gè)XSTATE_BV結(jié)構(gòu)，當(dāng)XSAVE保存狀態(tài)時(shí)，用來記錄部分狀態(tài)被保存了。若保存X87 FPU和SSE狀態(tài)，就設(shè)置Bit 0和Bit 1為1，反之將清0。

4.6.4 Processor Extended State的恢復(fù)

使用XRSTOR指令可以從內(nèi)存的state映像中恢復(fù)原來保存的state信息。

header結(jié)構(gòu)是64字節(jié)，首8字節(jié)是一個(gè)64位的MASK值，用來記錄在state映像中哪些區(qū)域是被保存過的（被更新過），相應(yīng)的位為1時(shí)表示image中的相應(yīng)的區(qū)域被更新，如：YMM state區(qū)域中被保存過，那么XSTATE_BV[2]=1（Bit 2對(duì)應(yīng)于YMM state位）。

XSTATE_BV的位在執(zhí)行XSAVE指令保存state時(shí)被CPU設(shè)置。當(dāng)執(zhí)行xrstor指令時(shí)，CPU會(huì)根據(jù)XSTATE_BV中哪一位被置位，而做相應(yīng)的恢復(fù)。

4.7 處理器的特性

EAX=01h號(hào)功能將獲得處理器的基本信息，它是CPUID中一個(gè)重要的功能號(hào)，eax寄存器返回處理器的Model、Family、Stepping等信息。在ebx寄存器中：ebx[15：8]返回CLFLUSH line size，這個(gè)值乘8就可以得到Cache line的size，ebx[23：16]返回邏輯處理器最大可尋址的數(shù)目。

實(shí)驗(yàn)的完整源碼在\topic04\ex4-5\setup.asm文件里，下面是在VMware里的運(yùn)行結(jié)果。

在VMware中筆者設(shè)置processor core的數(shù)目為4個(gè)，上面顯示的logic processor是4個(gè)，ebx[15：8]的值是0x08，所以它的cache line size是64（0x40）字節(jié)。

在ecx和edx寄存器中返回CPU支持的種類繁多的特性，下面分別是ecx和edx寄存器返回值所對(duì)應(yīng)的功能。

這些特性是處理器硬件物理上所支持的功能，利用CPUID指令可以檢測處理器所支持的特性。

例如：ECX寄存器的bit 27是OSXSAVE標(biāo)志位，這個(gè)標(biāo)志位并不是硬件特性，是由軟件設(shè)置而來的，在OS里為了開啟AVX指令使用環(huán)境，OS最終會(huì)設(shè)置CR4的Bit 18位CR4.OSXSAVE=1，處理器會(huì)根據(jù)這個(gè)位來置CPUID（EAX=01h）：ECX[27]標(biāo)志，也就是上面的ECX[OSXSAVE]標(biāo)志位。軟件使用AVX指令前會(huì)讀取這個(gè)標(biāo)志位，確認(rèn)OS已經(jīng)準(zhǔn)備好AVX指令的執(zhí)行環(huán)境。

檢測CPU是否支持AVX指令的是Bit 28 AVX標(biāo)志位，而Bit 26位是XSAVE標(biāo)志位，它用于檢測CPU是否支持XSAVE/XRSTOR、XSETBV/XGETBV指令和XCR0。

4.8 處理器的Cache與TLB信息

CPUID.EAX=02H用來獲得關(guān)于CPU的Cache與TLB信息。

mov eax，02H              ； 02號(hào)功能
cpuid

eax寄存器的最低字節(jié)（byte 0）是需要執(zhí)行CPUID.EAX=02H的次數(shù)。

上面這個(gè)最低字節(jié)的值為01，表明只需要執(zhí)行一次CPUID.EAX=02H就能獲得完整的信息。

eax、ebx、ecx和edx寄存器中的每個(gè)字節(jié)指示一個(gè)信息（除EAX寄存器的byte 0外）。

如果是FF字節(jié)表示CPUID.EAX=02H不返回cache及TLB信息，需要執(zhí)行CPUID.EAX=04H進(jìn)行查詢。

實(shí)驗(yàn)的源碼在\topic04\ex4-6\setup.asm中，下面是在VMware中的運(yùn)行結(jié)果。

上面的信息是在VMware下打印出來的，從這個(gè)結(jié)果，我們可以看出來以下信息。

處理器的Cache和TLB情況也可以從CPUID.EAX=04H里獲得，04H功能號(hào)是一個(gè)集，以ECX輸入一個(gè)子葉號(hào)，枚舉出處理器Cache的所有信息。

首先以ECX=0H子葉開始查詢，在eax寄存器返回，我們所關(guān)心的是以下幾個(gè)位域。

EAX[4：0]返回cache的類型，分別是：1=Data cache，2=Instruction cache，3=Unified cache，0值是終止標(biāo)志，表示已經(jīng)沒有子葉可以枚舉了，其他值是保留的。

EAX[7：5]返回cache的level，EAX[31：26]域里也可以查詢得到處理器的core數(shù)，這個(gè)查詢結(jié)果值需要加上1才是真正的值。

接下來EBX寄存器的返回信息是：EBX[11：00]是line size，EBX[21：12]是physical line partition，EBX[31：22]返回cache的way數(shù)。最后ECX寄存器返回32位的cache set數(shù)量。

下面是部分代碼片斷，完整的源碼在topic04\ex4-7\setup.asm里。

代碼清單4-4：

@@1：
mov ecx，[sub_leaves]                          ； 子葉號(hào)
mov esi，ecx
mov di，value_address
call get_hex_string
mov si，msg
call puts
mov si，value_address
call puts
mov si，msg2
call puts
mov eax，04                                       ； 探測 ECX=n
cpuid
mov [eax_value]，eax                           ； 保存各個(gè)寄存器的值
mov [ebx_value]，ebx
mov [ecx_value]，ecx
mov [edx_value]，edx
inc dword [sub_leaves]                        ； 下一個(gè)子葉號(hào)
call print_cache_info                         ； 打印信息
test eax，eax
jnz @@1

從子葉ECX=0H開始進(jìn)行探測，直至EAX[4：0]為0（表示沒有下一個(gè)子葉），每一個(gè)子葉得到的cache size的計(jì)算方法如下。

也就是等于：（EBX[11：00]+1）*（EBX[21：12]+1）*（EBX[31：22]+1）*（ECX+1）。

每一項(xiàng)加上1，是因?yàn)榉祷氐男畔⒓由?才是完整的值。這個(gè)計(jì)算的過程在print_cache_info（）過程里，讀者可以在topic04\ex4-7\setup.asm源碼里看到。下面是在VMware中的運(yùn)行結(jié)果。

對(duì)比一下上面的運(yùn)行結(jié)果和使用CPUID.EAX=02H查詢到的結(jié)果，看是否一致。上面的結(jié)果是：

1級(jí)Data-cache的size是32KB（值為0x8000），8-way 64 set結(jié)構(gòu)。1級(jí)Instruction-cache的size同樣是32KB（值為0x8000），4-way 128 set結(jié)構(gòu)。2級(jí)cache的size是256KB（值為0x40000），8-way 512 set結(jié)構(gòu)。3級(jí)cache的size是3MB（值為0x300000），屬于12-way 4096 set結(jié)構(gòu)。

對(duì)比結(jié)果cache size和cache結(jié)構(gòu)是一樣的，在這個(gè)例子里沒有完整打印詳細(xì)的信息，讀者朋友可以自行加入更完整的顯示。這個(gè)例子探測到子葉號(hào)ECX=03H為止，ECX=04H已經(jīng)不支持了。

是的，這確實(shí)讓人反感，在AMD的機(jī)器上basic功能號(hào)支持EAX=01H、EAX=05H、EAX=06H以及EAX=0DH，這4個(gè)功能號(hào)。可是AMD比Intel支持更多的extended功能號(hào)，根據(jù)AMD的CPUID specification指示，最多達(dá)到了8000001EH，而Intel只支持到80000008H。

在AMD機(jī)器上可以使用80000005H、80000006H，以及8000001DH擴(kuò)展功能號(hào)查詢cache和TLB的相關(guān)信息。

4.9 MONITOR/MWAIT信息

在CPUID.EAX=01H功能里返回的ECX[3]可以查詢處理器是否支持MONITOR與MWAIT指令，MONITOR/MWAIT指令用來監(jiān)控某個(gè)線性地址范圍內(nèi)沒發(fā)生store操作進(jìn)入一個(gè)被優(yōu)化的狀態(tài)。

下面是一個(gè)典型的MONITOR/MWAIT指令使用序列。

@Loop：
      bt dword [WorkQueue]，0                   ； 測試 WorkQueue == 1 ？
      jnc no_work
      ... ...                                            ； 執(zhí)行其他調(diào)度
      jmp @Loop
；；； 當(dāng) WorkQueue == 0 時(shí)：
no_work：
      mov eax，WorkQueue                              ； 監(jiān)控地址
      mov ecx，0                                        ；  0 extensions
      mov edx，0                                        ；  0 hints
      MONITOR                                            ；  進(jìn)入監(jiān)控
      bt dword [WorkQueue]，0                   ；  測試 WorkQueue
      jc @Loop                                           ； WorkdQueue == 1 時(shí)重新循環(huán)
      sti                                                 ； 允許被中斷事件退出優(yōu)化的狀態(tài)
      mov eax，0                                        ； 0 hints
      mov ecx，0                                        ； 0 extensions
      MWAIT                                              ；  wait
      jmp @Loop

monitor/mwait指令的使用情形有些與pause指令類似，在Idle Loop（空閑的循環(huán)）中用來提高處理器的性能和減少能耗。pause常用于OS的自旋鎖，monitor/mwait對(duì)某個(gè)地址范圍做監(jiān)控，這個(gè)地址范圍內(nèi)沒發(fā)生store操作就進(jìn)入優(yōu)化的狀態(tài)，由mwait等待某些事件而退出，因地址store操作而退出或者因某些中斷類的事件發(fā)生。

執(zhí)行CPUID.05H在EAX[15：00]里返回Smallest monitor-line size，在EBX[15：00]里返回Largest monitor-line size。在MSR IA32_MONITOR_FILTER_LINE_SIZE里可以對(duì)這些值進(jìn)行設(shè)置，從而影響CPUID.05H leaf的讀取結(jié)果。

4.10 處理器的long mode

extended功能號(hào)80000001H是一個(gè)很重要的CPUID leaf，里面有最為重要的Long Mode標(biāo)志位，用來查詢處理器是否支持long mode，在AMD的機(jī)器上80000001H具有很多特性，而Intel的機(jī)器上許多為保留位。

最重要的位是EDX[29]返回long mode標(biāo)志，EDX[11]是SYSCALL/SYSRET指令支持標(biāo)志位，EDX[26]是1G-page支持位。

mov eax，80000000H
cpuid
cmp eax，80000001H                      ； < 80000001h ？
jb no_support
mov eax，80000001H
cpuid
bt edx，29                                ； 測試是否支持 long mode
jnc no_support
... ...

上面是典型的測試處理器是否支持long mode的代碼。