IBM PC/ATおよびその互換機のRT/CMOS(RTCに内蔵されているRAM)について。

○概要

RT/CMOSとは"Real-Time Clock/Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM"の略で、カレンダー・時計の刻時機能とそれを記録するRAMを内蔵する。RAMの一部の領域は小容量ながらも自由に利用できる。
本家IBMのPC/ATではモトローラ製MC146818が使われており、互換機でもそれに相当するICや機能を備えている。電源オフの状態でもRAMの内容が消えないようにマザーボード上の電池から電源を供給し続けている。

○RT/CMOSのメモリーマップ概要

アドレス 説明
00 - 0Dh RTC(詳細は下記参照)
0E 診断ステータス
0F シャットダウンステータス
10 - 14h ドライブ接続ステータス
15h 基本メモリー容量(下位8ビット)(KiB)
16h 基本メモリー容量(上位8ビット)(KiB)
17h 拡張メモリー容量(下位8ビット)(KiB)
18h 拡張メモリー容量(上位8ビット)(KiB)
19 - 2Dh 予約
2E - 2Fh 10-20hのチェックサム
30h 拡張メモリー容量(下位8ビット)(KiB)
31h 拡張メモリー容量(上位8ビット)(KiB)
32h 世紀(10進数)(値は20固定?)
33 - 3Fh システム予約

PC/ATでは計64バイト。
互換機では40-7Fhに固有のBIOSの設定などを記憶するため計128バイトを使用する機種があるが、00-32hの範囲はPC/ATとほぼ共通する。
15-18hや30-31hで搭載しているメモリーの容量を検出できるが、BIOS割り込み(INT 12h,15h)を用いる方法がより一般的。

○RTC部分のメモリーマップ詳細

アドレス 説明
00h
01h 秒アラーム
02h
03h 分アラーム
04h
05h 時アラーム
06h 曜日
07h
08h
09h 年(下2桁)
0Ah レジスターA
0Bh レジスターB
0Ch レジスターC
0Dh レジスターD

日時データの数値表現はレジスターBの"DM"や"24/12"の設定値によって異なる。12時間モードを指定した場合は午後の間は"時"の最上位ビットが1になる。
曜日データは日曜日を1、月曜日を2、...、土曜日を7、とする。
アラームで指定した時間になるとレジスターCのアラームフラグ(AF)が立ち、その時レジスターBの"AIE"が1であれば割り込み(IRQ 8)が発生する。
アラームの各値の上位2ビットを1(C0-FFhを指定)にするとその項目を無視する。例えば"時アラーム"にFFhを指定すると毎時間"分アラーム"と"秒アラーム"で指定した時刻にアラームフラグが立つ。

○0Ah : RTCレジスターA (読み書き可。ただし"UIP"は読み取りのみ。)

ビット 名称 説明
7 UIP 時計を更新中またはまもなく更新
6-4 DV2-DV0 入力クロックの分周指定
3-0 RS3-RS0 PF割り込みおよび矩形波出力の周期(分周)指定

PC/ATにおけるRT/CMOSの入力クロックは32.768kHzで、レジスターAの既定値は"26h"。

○0Bh : RTCレジスターB (読み書き可)

ビット 名称 既定 説明
7 SET - 時計の更新を停止する
6 PIE 0 レジスターCのPFによる割り込みを有効にする
5 AIE 0 レジスターCのAFによる割り込みを有効にする
4 UIE 0 レジスターCのUFによる割り込みを有効にする
3 SQWE 0 矩形波出力(RS3-RS0で分周値を指定)を有効にする
2 DM - 日時データの16進/10進表現指定
1 24/12 - 時間データの24時間/12時間表現指定
0 DSE - サマータイム動作(米国1966年方式)を有効にする

"既定"はRT/CMOSのハードウェアリセット時の値で、"-"についてはリセットされない。もっともPC/ATではマザーボード上のRT/CMOS用電池が消耗しない限りRT/CMOSのハードウェアリセットは行われない。
PC/ATにおけるレジスターBの既定値は"02h"(時計更新有効、各種割り込み無効、10進数/24時間表現、サマータイム動作無効。)
日時を変更する際は"SET"を1に設定して更新を止めておく。
PC/ATでは"SQW"ピンが未接続のため矩形波出力は利用できない。

○0Ch : RTCレジスターC (読み取りのみ)

ビット 名称 説明
7 IRQF 割り込み成立フラグ(=PF*PIE+AF*AIE+UF*UIE)
6 PF 周期フラグ(RS3-RS0で周期を指定)
5 AF アラームフラグ
4 UF 時計更新フラグ
3-0 0 予約

○0Dh : RTCレジスターD (読み取りのみ)

ビット 名称 説明
7 VRT 内部RAMやレジスターの記憶保持状態
6-0 0 予約

"VRT"は"PS"ピンがHighの時にこのレジスターを読み込むことで1にセットされる。その後は"PS"ピンがLowにならない限り0になることはない。
このビットは電源オン時にRT/CMOSの電源供給状態の確認、つまりCMOS電池の残量確認に使用する。

○RT/CMOSへのアクセス方法

I/Oポート70hでアドレス指定、I/Oポート71hでデータを取得または設定する。
ただしI/Oポート70hの最上位ビットはNMIマスクの有無指定になっているので注意。通常は最上位ビットは0(NMI有効)にする。

A: データを読み出す

  1. I/Oポート70hに読み出すメモリーアドレスを出力する。
  2. I/Oポート71hからデータを入力する。

B: データを書き込む

  1. I/Oポート70hに書き込むメモリーアドレスを出力する。
  2. I/Oポート71hに書き込むデータを出力する。

○RTCから日時を取得する方法

RTCの日時取得・設定にはBIOS割り込み(INT 1Ah)が利用できるが、今回はDEBUGコマンド上でI/Oポートを通した日時取得の手順をシミュレートしてみる。
Get date and time using debug command.
Windows(仮想DOSマシン)が互換性のためにI/Oポートをエミュレートしているだけであって、マシンのI/Oポートに直接アクセスしているわけではない。そのためRT/CMOSの構成が実際と異なる場合がある。
(ただしMS-DOSなどのネイティブなDOS環境上のDEBUGコマンドでは実際にI/Oポートにアクセスする。)


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