在C++中使用cpuid指令获得CPU信息 (zz)

1、什么是cpuid指令

    CPUID指令是intel IA32架构下获得CPU信息的汇编指令，可以得到CPU类型，型号，制造商信息，商标信息，序列号，缓存等一系列CPU相关的东西。

2、cpuid指令的使用

    cpuid使用eax作为输入参数，eax，ebx，ecx，edx作为输出参数，举个例子:

 __asm
 {
  mov eax, 1
  cpuid
  ...
 }

    以上代码以1为输入参数，执行cpuid后，所有寄存器的值都被返回值填充。针对不同的输入参数eax的值，输出参数的意义都不相同。
    为了更好的在C++中使用cpuid指令，可以使用类对指令进行封装，在类中定义一个专门的函数负责cpuid的执行，他需要一个输入参数。还需要定义四个成员变量存储cpuid执行以后返回来的值。由于这四个寄存器都是32位长的，可以使用unsinged long 类型变量存储。

 typedef unsigned long DWORD

 class CPUID
 {
 public:
  ...
 private:
  void Executecpuid(DWORD eax); // 用来实现cpuid

  DWORD m_eax;   // 存储返回的eax
  DWORD m_ebx;   // 存储返回的ebx
  DWORD m_ecx;   // 存储返回的ecx
  DWORD m_edx;   // 存储返回的edx

  ...
 }

 void CPUID::Executecpuid(DWORD veax)
 {
  // 因为嵌入式的汇编代码不能识别 类成员变量
  // 所以定义四个临时变量作为过渡
  DWORD deax;
  DWORD debx;
  DWORD decx;
  DWORD dedx;

  __asm
  {
   mov eax, veax ;将输入参数移入eax
   cpuid  ;执行cpuid
   mov deax, eax ;以下四行代码把寄存器中的变量存入临时变量
   mov debx, ebx
   mov decx, ecx
   mov dedx, edx
  }

  m_eax = deax; // 把临时变量中的内容放入类成员变量
  m_ebx = debx;
  m_ecx = decx;
  m_edx = dedx;
 }

    这样就可以通过直接调用Executecupid()函数的方式来执行cpuid指令了，返回值存在类成员变量m_eax, m_ebx, m_ecx和m_edx中。

3、获得CPU的制造商信息(Vender ID String)

    把eax = 0作为输入参数，可以得到CPU的制造商信息。
    cpuid指令执行以后，会返回一个12字符的制造商信息，前四个字符的ASC码按低位到高位放在ebx，中间四个放在edx，最后四个字符放在ecx。比如说，对于intel的cpu，会返回一个“GenuineIntel”的字符串，返回值的存储格式为:

           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)

    因此可以这样实现他：

 string CPUID::GetVID()
 {
  char cVID[13];   // 字符串，用来存储制造商信息
  memset(cVID, 0, 13);  // 把数组清0
  Executecpuid(0);  // 执行cpuid指令，使用输入参数 eax = 0
  memcpy(cVID, &m_ebx, 4); // 复制前四个字符到数组
  memcpy(cVID+4, &m_edx, 4); // 复制中间四个字符到数组
  memcpy(cVID+8, &m_ecx, 4); // 复制最后四个字符到数组

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

4、获得CPU商标信息(Brand String)

    在我的电脑上点击右键，选择属性，可以在窗口的下面看到一条CPU的信息，这就是CPU的商标字符串。CPU的商标字符串也是通过cpuid得到的。由于商标的字符串很长(48个字符)，所以不能在一次cpuid指令执行时全部得到，所以intel把它分成了3个操作，eax的输入参数分别是0x80000002,0x80000003,0x80000004，每次返回的16个字符，按照从低位到高位的顺序依次放在eax, ebx, ecx, edx。因此，可以用循环的方式，每次执行完以后保存结果，然后执行下一次cpuid。

 string CPUID::GetBrand()
 {
  const DWORD BRANDID = 0x80000002;  // 从0x80000002开始，到0x80000004结束
  char cBrand[49];    // 用来存储商标字符串，48个字符
  memset(cBrand, 0, 49);    // 初始化为0

  for (DWORD i = 0; i < 3; i++)   // 依次执行3个指令
  {
   Executecpuid(BRANDID + i);   
   memcpy(cBrand + i*16, &m_eax, 16); // 每次执行结束后，保存四个寄存器里的asc码到数组
  }      // 由于在内存中，m_eax, m_ebx, m_ecx, m_edx是连续排列
        // 所以可以直接以内存copy的方式进行保存
  return string(cBrand);  // 以string的形式返回
 }

5、检测CPU特性(CPU feature)

    我98年初买第一台电脑的时候，CPU能支持MMX就很了不起了。现在的intel CPU，台式机的好点的都支持Hyper-Threading了，移动的要支持Speed Sted。这些都是CPU的特性。CPU的特性可以通过cpuid获得，参数是eax = 1，返回值放在edx和ecx，通过验证edx或者ecx的某一个bit，可以获得CPU的一个特性是否被支持。比如说，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。下面就是获得CPU特性的例子：

 bool CPUID::IsHyperThreading()  // 判断是否支持hyper-threading
 {
  Executecpuid(1);  // 执行cpuid指令，使用输入参数 eax = 1

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

 bool CPUID::IsEST()   // 判断是否支持speed step
 {
  Executecpuid(1);  // 执行cpuid指令，使用输入参数 eax = 1

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

 bool CPUID::IsMMX()   // 判断是否支持MMX
 {
  Executecpuid(1);  // 执行cpuid指令，使用输入参数 eax = 1

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

    CPU的特性还有很多，这只是平时我们听到比较多的三个，更多的特性请参考intel的资料。

6、获得CPU的缓存(cache)
   
    缓存，就是CACHE，已经成为判断CPU性能的一项大指标。缓存信息包括：第几级缓存(level)，缓存大小(size)，通道数(way)，吞吐量(line size)。因此可以使用一个结构体来存储缓存信息。

 struct CacheInfo
 {
  int level;    // 第几级缓存
  int size;    // 缓存大小，单位KB
  int way;    // 通道数
  int linesize;    // 吞吐量

  CacheInfo()    // 构造函数
  {
   level = 0;
   size = 0;
   way = 0;
   linesize = 0;
  }

  CacheInfo(int clevel, int csize, int cway, int clinesize)  // 构造函数
  {
   level = clevel;
   size = csize;
   way = cway;
   linesize = clinesize;
  }
 };
   
    缓存信息可以通过eax = 2的cpuid来得到（得到的不光有cache信息，还有其他的一些信息），返回值在eax(高24位), ebx, ecx和edx，总共15个BYTE的信息，每个BYTE的值不同，代表的意义也不同，所以需要用一个哈希表存储各种不同BYTE的定义，可以定义一个map类型的类成员存储这些资料。我把资料上和缓存有关的信息存储如下：

 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是类成员，定义如下：

 map m_cache; // Cache information table

    在得到返回值以后，只需要遍历每一个BYTE的值，找到在m_cache中存在的元素，就可以得到cache信息了。代码如下：

 typedef unsigned char BYTE;

 DWORD CPUID::GetCacheInfo(CacheInfo& L1, CacheInfo& L2, CacheInfo& L3)
 {
  BYTE cValues[16];      // 存储返回的16个byte值
  DWORD result = 0;      // 记录发现的缓存数量
  Executecpuid(2);      // 执行cpuid，参数为eax = 2
  memcpy(cValues, &m_eax, 16);     // 把m_eax, m_ebx, m_ecx和m_edx存储到cValue

  for (int i = 1; i < 16; i++)     // 开始遍历，注意eax的第一个byte没有意义，需要跳过
  {
   if (m_cache.find(cValues[i]) != m_cache.end())  // 从表中查找此信息是否代表缓存
   {
    switch (m_cache[cValues[i]].level)  // 对号入座，保存缓存信息
    {
    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、获得CPU的序列号

    序列号无处不在！！CPU的序列号用一个96bit的串表示，格式是连续的6个WORD值：XXXX-XXXX-XXXX-XXX-XXXX-XXXX。WORD是16个bit长的数据，可以用unsigned short模拟：

 typedef unsigned short WORD;

    获得序列号需要两个步骤，首先用eax = 1做参数，返回的eax中存储序列号的高两个WORD。用eax = 3做参数，返回ecx和edx按从低位到高位的顺序存储前4个WORD。实现如下：

 bool CPUID::GetSerialNumber(SerialNumber& serial)
 {
  Executecpuid(1); // 执行cpuid，参数为 eax = 1
  bool isSupport = m_edx & (1<<18); // edx是否为1代表CPU是否存在序列号
  if (false == isSupport) // 不支持，返回false
  {
   return false;
  }
  memcpy(&serial.nibble[4], &m_eax, 4); // eax为最高位的两个WORD

  Executecpuid(3); // 执行cpuid，参数为 eax = 3
  memcpy(&serial.nibble[0], &m_ecx, 8); // ecx 和 edx为低位的4个WORD

  return true;
 }

8、后记

    CPUID还能获得很多信息，以上实现的都是最常见的。完整的代码和有关cpuid的资料我会用附件的形式附在文章结尾。昨天代码写完后拿给朋友看，朋友骂我使用了太多的memcpy()函数进行赤裸裸的内存操作...其实我这么做的目的是提高程序的性能，减少代码量，但是可读性就降了下来，不喜欢这种风格的朋友可以自己改一下。还有，因为CPUID类只是提供了很多的接口，没有存储数据的功能，所以类以Singleton的方式设计，使用方法可以参考我代码中的test2.cpp文件。