[C] 在GCC中获取CPUID信息（兼容VC）

作者：zyl910

　　前面我们尝试过在VC中获取CPUID信息。现在再来试试GCC编译器。

一、调用CPUID指令

　　怎么调用CPUID指令呢？有三种办法——
1. 用汇编语言编写一个cpuid函数，然后调整链接器配置，在C语言中调用该函数。
2. 使用内嵌汇编调用CPUID指令。
3. 使用编译器提供的Intrinsics函数来调用CPUID等特定平台指令。

　　我们一般优先使用第3种办法，代码量少、可读性高、编译维护简单。例如VC（VC2005或更高）在“intrin.h”中声明了 __cpuid函数。
　　当编译器没有提供Intrinsics函数时，就只有使用前两种办法了。

1.1 查找函数

　　首先，应该先检查编译器是否提供CPUID指令的Intrinsics函数。
　　我装的是Fedora 17，首先尝试了——
1. 使用“man”命令查阅手册，搜索“__cpuid”等关键字。没有找到。
2. 在“/usr/include”目录中的头文件中搜索“cpuid” 。也没有找到。

　　手册中没有，include中也没有，难道真的没有？
　　别着急，试一试“locate cpuid”，其中可以发现“/usr/lib/gcc/i686-redhat-linux/4.7.0/include/cpuid.h”。打开该文件，发现果然有“__cpuid”等声明。

　　再看一下MinGW（20120426版）。发现“cpuid.h”也是放在“\lib\gcc\mingw32\4.6.2\include”目录中，而不是“\include”目录。

1.2 代码解读

　　虽然手册上没有__cpuid的说明，但我们可以通过阅读代码分析其用法。
　　打开“cpuid.h”，找到__cpuid的声明——

#if defined(__i386__) && defined(__PIC__)
/* %ebx may be the PIC register.  */
#if __GNUC__ >= 3
#define __cpuid(level, a, b, c, d)            \
  __asm__ ("xchg{l}\t{%%}ebx, %1\n\t"            \
       "cpuid\n\t"                    \
       "xchg{l}\t{%%}ebx, %1\n\t"            \
       : "=a" (a), "=r" (b), "=c" (c), "=d" (d)    \
       : "0" (level))

#define __cpuid_count(level, count, a, b, c, d)        \
  __asm__ ("xchg{l}\t{%%}ebx, %1\n\t"            \
       "cpuid\n\t"                    \
       "xchg{l}\t{%%}ebx, %1\n\t"            \
       : "=a" (a), "=r" (b), "=c" (c), "=d" (d)    \
       : "0" (level), "2" (count))
#else
/* Host GCCs older than 3.0 weren't supporting Intel asm syntax
   nor alternatives in i386 code.  */
#define __cpuid(level, a, b, c, d)            \
  __asm__ ("xchgl\t%%ebx, %1\n\t"            \
       "cpuid\n\t"                    \
       "xchgl\t%%ebx, %1\n\t"            \
       : "=a" (a), "=r" (b), "=c" (c), "=d" (d)    \
       : "0" (level))

#define __cpuid_count(level, count, a, b, c, d)        \
  __asm__ ("xchgl\t%%ebx, %1\n\t"            \
       "cpuid\n\t"                    \
       "xchgl\t%%ebx, %1\n\t"            \
       : "=a" (a), "=r" (b), "=c" (c), "=d" (d)    \
       : "0" (level), "2" (count))
#endif
#else
#define __cpuid(level, a, b, c, d)            \
  __asm__ ("cpuid\n\t"                    \
       : "=a" (a), "=b" (b), "=c" (c), "=d" (d)    \
       : "0" (level))

#define __cpuid_count(level, count, a, b, c, d)        \
  __asm__ ("cpuid\n\t"                    \
       : "=a" (a), "=b" (b), "=c" (c), "=d" (d)    \
       : "0" (level), "2" (count))
#endif

　　这一段有点长，我们先看看简单的。最后一个__cpuid_count的定义是——

#define __cpuid_count(level, count, a, b, c, d)        \
  __asm__ ("cpuid\n\t"                    \
       : "=a" (a), "=b" (b), "=c" (c), "=d" (d)    \
       : "0" (level), "2" (count))

　　GCC内嵌汇编的格式是——
__asm__("asm statements" : outputs : inputs : registers-modified);

　　对于上面的__cpuid_count——
asm statements： "cpuid\n\t"。汇编代码为——调用cpuid指令
outputs："=a" (a), "=b" (b), "=c" (c), "=d" (d)。表示有4个输出参数——参数0为eax（绑定到变量a）、参数1为ebx（绑定到变量b）、参数2为ecx（绑定到变量c）、参数3为edx（绑定到变量d）。
inputs："0" (level), "2" (count))。表示有2个输入参数——将变量level赋给参数0（eax），将变量count赋给参数2（ecx）。
registers-modified：（无）。

　　所以__cpuid_count的执行过程是——
将变量level的值赋给eax // inputs
将变量count的值赋给ecx
调用cpuid指令 // asm statements
将返回的eax赋给a // outputs
将返回的ebx赋给b
将返回的ecx赋给c
将返回的edx赋给d

　　翻阅一下Intel和AMD的手册，得知CPUID指令的输入参数是eax、ecx，输出参数是eax、ebx、ecx、edx。所以__cpuid_count的参数含义是——
level：输入的eax，CPUID功能号。
count：输入的ecx，CPUID子功能号。
a：返回的eax。
b：返回的ebx。
c：返回的ecx。
d：返回的edx。

　　而__cpuid少了count参数，不支持子功能号。某些CPUID功能不需要填写子功能号，这时使用__cpuid会比较方便。

　　弄懂其功能之后，前面的另外几种宏定义就很容易明白了。因为PIC使用了ebx寄存器，于是将b绑定到其他寄存器，再利用xchgl指令来备份与恢复ebx寄存器。

二、封装函数

　　为了提高程序的可移植性，不建议直接调用__cpuid，而应该将其封装为一个函数。
　　对于函数的参数格式。感觉VC中的__cpuid的参数格式似乎更好——用数组接收输出的eax、ebx、ecx、edx。
　　对于参数的数据类型。觉得还是统一使用无符号数比较好。

　　根据上面的思路，我编写了getcpuidex、getcpuid函数——

void getcpuidex(unsigned int CPUInfo[4], unsigned int InfoType, unsigned int ECXValue)
{
#if defined(__GNUC__)    // GCC
    __cpuid_count(InfoType, ECXValue, CPUInfo[0],CPUInfo[1],CPUInfo[2],CPUInfo[3]);
#elif defined(_MSC_VER)    // MSVC
    #if defined(_WIN64) || _MSC_VER>=1600    // 64位下不支持内联汇编. 1600: VS2010, 据说VC2008 SP1之后才支持__cpuidex.
        __cpuidex((int*)(void*)CPUInfo, (int)InfoType, (int)ECXValue);
    #else
        if (NULL==CPUInfo)    return;
        _asm{
            // load. 读取参数到寄存器.
            mov edi, CPUInfo;    // 准备用edi寻址CPUInfo
            mov eax, InfoType;
            mov ecx, ECXValue;
            // CPUID
            cpuid;
            // save. 将寄存器保存到CPUInfo
            mov    [edi], eax;
            mov    [edi+4], ebx;
            mov    [edi+8], ecx;
            mov    [edi+12], edx;
        }
    #endif
#endif    // #if defined(__GNUC__)
}

void getcpuid(unsigned int CPUInfo[4], unsigned int InfoType)
{
#if defined(__GNUC__)    // GCC
    __cpuid(InfoType, CPUInfo[0],CPUInfo[1],CPUInfo[2],CPUInfo[3]);
#elif defined(_MSC_VER)    // MSVC
    #if _MSC_VER>=1400    // VC2005才支持__cpuid
        __cpuid((int*)(void*)CPUInfo, (int)InfoType);
    #else
        getcpuidex(CPUInfo, InfoType, 0);
    #endif
#endif    // #if defined(__GNUC__)
}

　　首先根据__GNUC__判断是不是GCC，若是便调用GCC中的__cpuid_count（或__cpuid）；
　　然后根据_MSC_VER判断是不是VC。再根据VC的版本，选择是调用__cpuidex（或__cpuid），还是内嵌汇编（或调用getcpuidex）。

三、全部代码

　　全部代码——

#include <stdio.h>

// intrinsics
#if defined(__GNUC__)    // GCC
#include <cpuid.h>
#elif defined(_MSC_VER)    // MSVC
    #if _MSC_VER >=1400    // VC2005
#include <intrin.h>
    #endif    // #if _MSC_VER >=1400
#else
#error Only supports MSVC or GCC.
#endif    // #if defined(__GNUC__)

void getcpuidex(unsigned int CPUInfo[4], unsigned int InfoType, unsigned int ECXValue)
{
#if defined(__GNUC__)    // GCC
    __cpuid_count(InfoType, ECXValue, CPUInfo[0],CPUInfo[1],CPUInfo[2],CPUInfo[3]);
#elif defined(_MSC_VER)    // MSVC
    #if defined(_WIN64) || _MSC_VER>=1600    // 64位下不支持内联汇编. 1600: VS2010, 据说VC2008 SP1之后才支持__cpuidex.
        __cpuidex((int*)(void*)CPUInfo, (int)InfoType, (int)ECXValue);
    #else
        if (NULL==CPUInfo)    return;
        _asm{
            // load. 读取参数到寄存器.
            mov edi, CPUInfo;    // 准备用edi寻址CPUInfo
            mov eax, InfoType;
            mov ecx, ECXValue;
            // CPUID
            cpuid;
            // save. 将寄存器保存到CPUInfo
            mov    [edi], eax;
            mov    [edi+4], ebx;
            mov    [edi+8], ecx;
            mov    [edi+12], edx;
        }
    #endif
#endif    // #if defined(__GNUC__)
}

void getcpuid(unsigned int CPUInfo[4], unsigned int InfoType)
{
#if defined(__GNUC__)    // GCC
    __cpuid(InfoType, CPUInfo[0],CPUInfo[1],CPUInfo[2],CPUInfo[3]);
#elif defined(_MSC_VER)    // MSVC
    #if _MSC_VER>=1400    // VC2005才支持__cpuid
        __cpuid((int*)(void*)CPUInfo, (int)InfoType);
    #else
        getcpuidex(CPUInfo, InfoType, 0);
    #endif
#endif    // #if defined(__GNUC__)
}

// 取得CPU厂商（Vendor）.
//
// result: 成功时返回字符串的长度（一般为12）。失败时返回0.
// pvendor: 接收厂商信息的字符串缓冲区。至少为13字节.
int cpu_getvendor(char* pvendor)
{
    unsigned int dwBuf[4];
    if (NULL==pvendor)    return 0;
    // Function 0: Vendor-ID and Largest Standard Function
    getcpuid(dwBuf, 0);
    // save. 保存到pvendor
    *(unsigned int *)&pvendor[0] = dwBuf[1];    // ebx: 前四个字符.
    *(unsigned int *)&pvendor[4] = dwBuf[3];    // edx: 中间四个字符.
    *(unsigned int *)&pvendor[8] = dwBuf[2];    // ecx: 最后四个字符.
    pvendor[12] = '\0';
    return 12;
}

// 取得CPU商标（Brand）.
//
// result: 成功时返回字符串的长度（一般为48）。失败时返回0.
// pbrand: 接收商标信息的字符串缓冲区。至少为49字节.
int cpu_getbrand(char* pbrand)
{
    unsigned int dwBuf[4];
    if (NULL==pbrand)    return 0;
    // Function 0x80000000: Largest Extended Function Number
    getcpuid(dwBuf, 0x80000000U);
    if (dwBuf[0] < 0x80000004U)    return 0;
    // Function 80000002h,80000003h,80000004h: Processor Brand String
    getcpuid((unsigned int *)&pbrand[0], 0x80000002U);    // 前16个字符.
    getcpuid((unsigned int *)&pbrand[16], 0x80000003U);    // 中间16个字符.
    getcpuid((unsigned int *)&pbrand[32], 0x80000004U);    // 最后16个字符.
    pbrand[48] = '\0';
    return 48;
}


char szBuf[64];
unsigned int dwBuf[4];

int main(int argc, char* argv[])
{
    // test
    //getcpuidex(dwBuf, 0,0);
    //getcpuid(dwBuf, 0);
    //printf("%.8X\t%.8X\t%.8X\t%.8X\n", dwBuf[0],dwBuf[1],dwBuf[2],dwBuf[3]);
    
    cpu_getvendor(szBuf);
    printf("CPU Vendor:\t%s\n", szBuf);

    cpu_getbrand(szBuf);
    printf("CPU Name:\t%s\n", szBuf);

    return 0;
}

　　在以下编译器中成功编译——
VC6
VC2003
VC2005
VC2010（x86与x64）
BCB6
GCC 4.7.0（Fedora 17）
GCC 4.6.2（MinGW (20120426)）

四、测试结果

　　GCC 4.7.0（Fedora 17）——

　　GCC 4.6.2（MinGW (20120426)）——

　　VC2010（x64）——

参考文献——
《Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 2 (2A, 2B & 2C): Instruction Set Reference, A-Z》. May 2012. http://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/64-ia-32-architectures-software-developer-instruction-set-reference-manual-325383.html
《Intel® Processor Identification and the CPUID Instruction》. April 2012. http://developer.intel.com/content/www/us/en/processors/processor-identification-cpuid-instruction-note.html
《AMD CPUID Specification》. September 2010. http://support.amd.com/us/Embedded_TechDocs/25481.pdf
《__cpuid, __cpuidex》. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hskdteyh.aspx
《__cpuidex》. http://social.msdn.microsoft.com/Forums/en-US/vclanguage/thread/cac9c43b-ed72-4283-baa0-e7cd397591bc
《Predefined Macros》. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/b0084kay(v=vs.110).aspx
《预定义_MSC_VER宏》. OwnWaterloo著。http://www.cppblog.com/ownwaterloo/archive/2009/04/15/predefined_macro__MSC_VER.html
《AT&T汇编语言与GCC内嵌汇编简介》. http://blog.csdn.net/freerock/article/details/1771143
《gcc指定-fPIC编译的时候内嵌汇编需要注意的问题》. clkrst.http://space.itpub.net/67063/viewspace-169190/
《[C/C++] 显示各种C/C++编译器的预定义宏（C11标准、C++11标准、VC、BCB、Intel、GCC）》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/08/02/printmacro.html
《如何在各个版本的VC及64位下使用CPUID指令》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2012/05/21/vcgetcpuid.html

源码下载——
https://files.cnblogs.com/zyl910/getcpuid_gcc.rar