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  • INT(软件中断指令)是CALL指令种特殊形式。call指令调用调用的子程序是用户程序部分,而INT指令调用的操作系统提供的子程序或者其他特殊的子程序中断服务子程序和标准过程的最大区别是 汇编程序可以...

    INT(软件中断指令)是CALL指令的一种特殊形式。call指令调用调用的子程序是用户程序的一部分,而INT指令调用的操作系统提供的子程序或者其他特殊的子程序。

     

    中断服务子程序和标准过程的最大区别是 汇编程序可以有任意个过程,中断服务子程序最多有256个过程、

     

    INT指令共有四中不同的格式:

     

    《1》  int n

      n是中断号,这就允许用户程序调用256个中断服务子程序。

      该指令2字节长度,第一字节是int机器码,第二字节是8位立即数,表示中断号。

      CPU在执行到INT指令时,通过中断描述符表找到中断号对应的中断服务子程序的地址,(本质上就是一个异常处理程序的软件调用)

    《2》 int 3

      INT 3 是中断指令的一种特殊形式,仅有一个字节长。

      调试器将该指令当作软件中断指令来用。调试的时候,当程序中的某一位置加断点的时候,调试器会把断点处指令编码的第一个字节替换为INT 3指令的编码。

    当程序执行到INT 3,回向调试器申请系统调用,调试器因此获得CPU控制权。之后,再用原先的编码替换INT 3 编码。

     

     

    《3》INTO    中断号4

      如果溢出标志位为1,则INTO指令会产生一个软件中断,利用这个指令可以快速测试算术运算指令之后是否有溢出产生。

    《4》BOUND  中断号5

      BOUND reg,mem

      其执行算法为:if(reg<[mem])or(reg>[mem+sizeof(reg)]) then INT 5

      判断数组下表是否在合理范围内,不合理触发INT 5 中断,返回地址仍是BOUND

     

     

     不管是哪种,都会发生

    (1)标志寄存器入栈

    (2)CS:EIP 寄存器入栈,

    (3)通过中断号在中断描述符表中找到对应的描述符,并将对应的数据放入CS:EIP中、

     

    CS入栈和出栈都是一个32位值,只有低16位有效。扩充的高16位无定义,目的是使堆栈保持与4字节边界对齐。这对80386的性能来说很重要。。。么。。。。。

     

     

     

    =====

    摘要:平常编程调试的过程中,我们可能会有这样的疑惑:“为什么使用硬件模拟器,比如bochs调试的时候,开始设置的调试断点都不会生效?”,“断点调试的本质是什么,为什么程序能够在特定的地方停留下来?既然程序是指令流,为何CPU没有一直执行下去?”,“在软件中断的情况下,如何进行调试?”。断点和单步执行是两个经常使用的调试功能,也是调试器的核心功能。本章我们将介绍IA-32 CPU是如何支持断点和单步执行功能的,然后逐一为你解答这些疑问。

    1.软件断点

    x86系列处理器从其第一代产品英特尔8086开始就提供了一条专门用来支持调试的指令,即INT 3。简单地说,这条指令的目的就是使CPU中断(break)到调试器,以供调试者对执行现场进行各种分析。当我们调试程序时,可以在可能有问题的地方插入一条INT 3指令,使CPU执行到这一点时停下来。这便是软件调试中经常用到的断点(breakpoint)功能,因此INT 3指令又被称为断点指令。

    下面,我们来测试一个程序:
    1    #include<stdio.h>
    2    #include<stdlib.h>
    3    #include<unistd.h>
    4    
    5    int main()
    6    {
    7        printf("hello world");
    8        __asm__("int $0x03");
    9        printf("hello world");
    10        return 0;
    11    }

    编译:gcc hello.c -o hello
    调试:gdb hello 
    (gdb) r
    Starting program: /home/huangyk/doc/major/操作系统/hello 
    Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap.
    main () at hello.c:9
    9        printf("hello world");


    可以看到,即使我们不在调试器中设置断点,也能正常中断
    查看当前堆栈,定位IP(在64b机器下面,是rip)

    (gdb) info frame
    Stack level 0, frame at 0x7fffffffdaa0:
     rip = 0x4004db in main (hello.c:9); saved rip 0x30b3a1ed1d
     source language c.
     Arglist at 0x7fffffffda90, args: 
     Locals at 0x7fffffffda90, Previous frame's sp is 0x7fffffffdaa0
     Saved registers:
      rbp at 0x7fffffffda90, rip at 0x7fffffffda98

    查看内存区域的对应数据
    (gdb) x/10i $rip-20
       0x4004c7 <main+3>:    in     $0xb8,%eax
       0x4004c9 <main+5>:    clc    
       0x4004ca <main+6>:    add    $0x89480040,%eax
       0x4004cf <main+11>:    (bad)  
       0x4004d0 <main+12>:    mov    $0x0,%eax
       0x4004d5 <main+17>:    callq  0x4003b8 <printf@plt>
       0x4004da <main+22>:    int3   
    => 0x4004db <main+23>:    mov    $0x4005f8,%eax
       0x4004e0 <main+28>:    mov    %rax,%rdi
       0x4004e3 <main+31>:    mov    $0x0,%eax

    我们可以清楚看见,刚才执行了一个int 3指令。断点异常(INT 3)属于陷阱类异常,当CPU产生异常时,其程序指针是指向导致异常的下一条指令的。
    注意:在windows其他的调试器中不是这样,eip被设定成指向int 3指令。

    2.在调试器中设置断点

    考虑一下调试器是如何设置断点的。当我们在调试器中对代码的某一行设置断点时,调试器会先把这里的本来指令的第一个字节保存起来,然后写入一条INT 3指令。因为INT 3指令的机器码为11001100b(0xCC),仅有一个字节,所以设置和取消断点时也只需要保存和恢复一个字节,这是设计这条指令时须考虑好的。

    我们将这个程序的汇编部分去掉,然后在line 8设置断点,接着调试:
    (gdb) b 8
    Breakpoint 1 at 0x4004da: file hello2.c, line 8.
    (gdb) r
    Starting program: /home/huangyk/doc/major/操作系统/two 
     
    Breakpoint 1, main () at hello2.c:8
    8        printf("hello world");
    Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.12-1.132.el6.x86_64
    (gdb) x/10i $rip-20
       0x4004c6 <main+2>:    mov    %esp,%ebp
       0x4004c8 <main+4>:    mov    $0x4005f8,%eax
       0x4004cd <main+9>:    mov    %rax,%rdi
       0x4004d0 <main+12>:    mov    $0x0,%eax
       0x4004d5 <main+17>:    callq  0x4003b8 <printf@plt>
    => 0x4004da <main+22>:    mov    $0x4005f8,%eax
       0x4004df <main+27>:    mov    %rax,%rdi
       0x4004e2 <main+30>:    mov    $0x0,%eax
       0x4004e7 <main+35>:    callq  0x4003b8 <printf@plt>
       0x4004ec <main+40>:    mov    $0x0,%eax


    你看到了什么?怎么没有int 3指令呢?
    值得说明的是,在调试器下,我们是看不到动态替换到程序中的INT 3指令的。大多数调试器的做法是在被调试程序中断到调试器时,会先将所有断点位置被替换为INT 3的指令恢复成原来的指令,然后再把控制权交给用户。

    3.断点命中
    当CPU执行到INT 3指令时,由于INT 3指令的设计目的就是中断到调试器,因此,CPU执行这条指令的过程也就是产生断点异常(breakpoint exception,简称#BP)并转去执行异常处理例程的过程。在跳转到处理例程之前,CPU会保存当前的执行上下文,包括段寄存器、程序指针寄存器等内容。

    注意:断点命中之后的中断服务程序是调试器来定义的,然后将服务入口注册到IDT中。

    4.恢复执行

    这里有一个问题,前面我们说当断点命中中断到调试器时,调试器会把所有断点处的INT 3指令恢复成本来的内容。因此,在用户发出了恢复执行命令后,调试器在通知系统真正恢复程序执行前,调试器需要将断点列表中的所有断点再落实一遍。但是对于刚才命中的这个断点需要特别对待,试想如果把这个断点处的指令也替换为INT 3,那么程序一执行便又触发断点了。但是如果不替换,那么这个断点便没有被落实,程序下次执行到这里时就不会触发断点,而用户并不知道这一点。对于这个问题,大多数调试器的做法都是先单步执行一次。也就是说,先设置单步执行标志(下一节将详细讨论),然后恢复执行,将断点所在位置的指令执行完。因为设置了单步标志,所以,CPU执行完断点位置的这条指令后会立刻再中断到调试器中,这一次调试器不会通知用户,会做一些内部操作后便立刻恢复程序执行,而且将所有的断点都落实(使用INT 3替换)。如果用户在恢复程序执行前,已经取消了当前的断点,那么就不需要先单步执行一次了。

    5.特别用途—— 烫烫烫烫烫

    因为INT 3指令的特殊性,所以它有一些特别的用途。让我们从一个有趣的现象说起。当我们用VC6进行调试时,常常会观察到一块刚分配的内存或字符串数组里面被填充满了"CC"。如果是在中文环境下,因为0xCCCC恰好是汉字"烫"字的简码,所以会观察到很多"烫烫烫……",而0xCC又正好是INT 3指令的机器码,这是偶然的么?答案是否定的。因为这是编译器故意这样做的。为了辅助调试,编译器在编译调试版本时会用0xCC来填充刚刚分配的缓冲区。这样,如果因为缓冲区或堆栈溢出时程序指针意外指向了这些区域,那么便会因为遇到INT 3指令而马上中断到调试器。

    6.系统对int 3的优待

    关于INT 3指令还有一点要说明的是,INT 3指令与当n=3时的INT n指令(通常所说的软件中断)并不同。INT n指令对应的机器码是0xCD后跟1字节n值,比如INT 23H 会被编译为0xCD23。与此不同的是,INT 3指令具有独特的单字节机器码0xCC。而且系统会对INT 3指令给予一些特殊的待遇,比如在虚拟8086模式下免受IOPL检查等。

    7.为什么看不到调试期写入的int 3指令
    因为,调试器总是“执行到b line,替换为int 3指令,调用中断,恢复int 3之前的指令,将现场返回给用户”,所以,int 写入但是又被置换,整个过程对用于是透明的。

    8.归纳与解惑

    因为使用INT 3指令产生的断点是依靠插入指令和软件中断机制工作的,因此人们习惯把这类断点称为软件断点,软件断点具有如下局限性。

    属于代码类断点,即可以让CPU执行到代码段内的某个地址时停下来,不适用于数据段和I/O空间。

    对于在ROM(只读存储器)中执行的程序(比如BIOS或其他固件程序),无法动态增加软件断点。因为目标内存是只读的,无法动态写入断点指令。这时就要使用我们后面要介绍的硬件断点。

    在中断向量表或中断描述表(IDT)没有准备好或遭到破坏的情况下,这类断点是无法或不能正常工作的,比如系统刚刚启动时或IDT被病毒篡改后,这时只能使用硬件级的调试工具。

    虽然软件断点存在以上不足,但因为它使用方便,而且没有数量限制(硬件断点需要寄存器记录断点地址,有数量限制),所以目前仍被广泛应用。

    回到我们最开始提出的问题:由于调试是和调试期密切相关的,在用bochs+freedos 来调试操作系统的时候,如果在我们自己的操作系统起来之前,这时候不满足软件中断的使用条件,所以会设置断点失败,需要利用硬件中断,xchg bx,bx;进入到系统之后,然后就可以使用正常的软件中断了。


    参考:<软件调试>第四章第一节http://book.51cto.com/art/200812/100663.htm
    ————————————————
    版权声明:本文为CSDN博主「谁不小心的」的原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
    原文链接:https://blog.csdn.net/trochiluses/article/details/20209593

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  • 程序中断

    千次阅读 2016-08-30 17:02:28
    因此,有多个中断源,但是,CPU某时刻只接受中断源。那么其他的中断源怎么办? 老办法:排队等候啊。 如何选择中断源?也是老办法,谁优先级高就选谁。正在处理中断呢,能不能被打断? 答案是可以的,...

    中断请求触发器(INTR),中断屏蔽触发器(MASK)二者成对出现。
    接口中的完成触发器D,为1表示设备准备就绪。
    中断源:凡是能够向CPU提出中断请求的各种因素都叫中断源。

    因此,有多个中断源,但是,CPU某一时刻只接受一个中断源。那么其他的中断源怎么办?
    老办法:排队等候啊。
    如何选择中断源?也是老办法,谁优先级高就选谁。正在处理中断呢,能不能被打断?
    答案是可以的,优先级的作用也在这里,且是双向的,更高优先级的可以打断,但级别低的不许打断。MASK就是封锁级别低的中断请求的触发器。

    CPU在何时查询中断请求?

    答案是统一的时间:在每条指令执行阶段的最后时刻,查询所有的设备时候有中断请求。

    如何对中断源排序?
    有个原则:速度越高的I/O设备,优先级越高,因为若CPU不及时响应高速I/O设备的请求,信息可能会立即损失。

    中断向量
    CPU响应中断的流程是:暂停现有程序,转去执行该设备的中断服务程序。不同的设备有不同的中断服务程序。
    每个服务程序都有一个入口地址,CPU要找到这个入口地址。
    中断向量是中断服务程序的入口地址的地址

    向量地址送到PC,查找中断服务程序的入口地址。
    因为向量地址中存放的是无条件转移指令。

    一次中断处理过程可归纳为中断请求,中断判优,中断响应,中断服务和中断返回。

    中断服务程序的流程,主要是四大部分:保护现场,中断服务,恢复现场,中断返回。

    保护现场又分为两个部分的保护:
    保护程序的断点(PC):由中断隐指令完成(一关,二保,三引)
    保护通用寄存器和状态寄存器的内容:由中断服务程序完成

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  •   STM32系列芯片(Cortex-M3)有三级流水线,指令周期不定,ARM给出的Cortex-M3核单片机的平均执行速度是1.25MIPS/Mhz。   MIPS的全称是Million Instructions Per Second,每秒百万指令(西方或者国际上的计量...

      STM32系列芯片(Cortex-M3)有三级流水线,指令周期不定,ARM给出的Cortex-M3核单片机的平均执行速度是1.25MIPS/Mhz
      MIPS的全称是Million Instructions Per Second,每秒百万指令(西方或者国际上的计量体系中1M(兆)=100万=1000000);Mhz,是指单片机CPU的主频兆赫兹。
      MIPS/Mhz的意思是(单片机CPU的主频)每兆赫兹下(单片机的指令执行速度)每秒执行1M(兆)条指令。比如,ARM官方给出的STM32F103x系列单片机的平均执行速度是1.25MIPS/Mhz,如果设置单片机A的主频为72MHz,那么单片机A的执行速度=1.25*72=90MIPS,即每秒执行90M条指令,一条指令的执行时间为1/90us=0.011us=11ns。注意,官方说的1.25DMIPS/MHz,是通过测试一些算法来实现的,不是实际测试硬件的结果,只能作为大概的一个参考。
      CPU执行中断时需要时间的,如入栈,出栈,以及其他处理,都需要时间!一般情况下,STM32的中断性能不超过500Khz,也就是中断间隔达到2us一次时,不管你中断函数多精简,基本上CPU就不会干其他什么事情了,因为它都在进出中断了。
      单条指令执行时间:STM32F10X单片机在主频为72MHz下,C语言程序执行一条指令需要的时间可认为10ns~100ns。

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  • KUKA机器人程序中的中断-interrupt

    万次阅读 2020-07-24 09:59:17
    需要时废弃当前的轨迹规划,运行一条新的轨迹 中断程序的编写规则 中断必须先声明 由中断而调用的子程序被称为中断程序。 最多同时允许声明 32 个中断。 在同一个时间最多允许有 16 个中断...

    中断 -- kuka机器人一个使用不多但却又不得不用的功能

     

     

    中断什么时候用?

     

    • 制动机器人和取消运动

    • 当出现诸如输入等定义的事件时,控制器中断当前程序,并处理一个定义的子程序。

    • 需停住机器人时

    • 需要时废弃当前的轨迹规划,运行一条新的轨迹

     

    中断程序的编写规则

    • 中断必须先声明

    • 由中断而调用的子程序被称为中断程序。

    • 最多同时允许声明 32 个中断。

    • 在同一个时间最多允许有 16 个中断激活。

    • 注意中断的有效性

    • Prio: 优先级

    • 有优先级 1、2、4 - 39 和 81 - 128 可供选择。

    • 优先级 3 和 40 - 80 是预留给系统应用的。

    • 某些情况下中断 19 预留给制动测试。

    • 如果多个中断同时出现,则先执行最高优先级的中断,然后再执行优

    • 先级低的中断。(1 = 最高优先级)

     

    中断声明

     

    GLOBAL INTERRUPT DECL Prio WHEN Ereignis DO Interruptprogramm

     

    GLOBAL:全局

    这里的全局和全局变量稍有不同。

    看下图来理解一下GLOBAL

     

    白底黑字为程序;彩色代表所影响的范围

     

    这段程序声明了中断1/8/23/2

     

    其中1/8在主程序中声明,因此interrupt1,8在main程序以及其调用的子程序中都有效

     

    其中2在sub()程序中声明,并且加入global,因此interrupt2main程序及sub()程序中都有效

     

    interrupt 23 声明在sub()程序中,因此仅对sub()程序有效

     

    那如果此时有另外一个主程序,在没有调用sub()的情况下interrupt2则没有效果

     

     

     Prio:优先级

     

    有优先级 1、2、4 - 39 和 81 - 128 可供选择。

    优先级 3 和 40 - 80 是预留给系统应用的。

    某些情况下中断 19 预留给制动测试。

    如果多个中断同时出现,则先执行最高优先级的中断,然后再执行优

    先级低的中断。(1 = 最高优先级)

     

     

    Ereignis:事件

     

    一个触发中断的条件,比如输入或者输出信号,标志位,计时标志等,结果为true/false的表达式。

     

    Interruptprogramm:中断程序

     

    满足触发条件后调用的子程序

     

    启动/ 关闭/ 禁止/ 开通中断

     

    句法:INTERRUPT 操作  编号

     

    操作:启动/ 关闭/ 禁止/ 开通中断

    ON: 激活一个中断。

    OFF: 取消激活一个中断。

    DISABLE: 禁止一个中断。

    ENABLE: 开通一个原本禁止的中断。

     

    编号:已经声明的中断编号

    对应于应执行操作的那一中断的编号(= 优先级)。

    编号可以省去。在这种情况下,ON 或 OFF 针对所有声明的中断,DISABLE 或 ENABLE针对所有激活的中断。

     

    举例:

    INTERRUPT DECL 21 WHEN $IN[25]==TRUE DO INTERRUPT_PROG( )...INTERRUPT ON 21; 中断被识别并被立即执行(脉冲正沿)...INTERRUPT DISABLE 21; 中断被识别和保存,但未被执行(脉冲正沿)...INTERRUPT ENABLE 21; 现在才执行保存的中断...INTERRUPT OFF 21 ; 中断已关闭...

    今天先到这,更多的中断使用下期继续

    有啥问题都可以加下面的微信公众号来问,这里也能评论问,但是不一定一直在线。。。

     

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    千次阅读 2015-10-10 15:54:01
    一个程序在执行的过程中去执行另一个程序,我们称之为中断程序中断时的下一条指令的地址称为程序的断口地址。 保护现场和恢复现场。如果主程序中断时,有些寄存器还存放着中间结果,而子程序很有可能要占用这些...
  • 中断服务子程序是如何被执行的 ?

    千次阅读 2020-05-25 00:07:18
    笔者在 《程序是如何在 CPU 中运行的(二)》中从 PC 指针寄存器的角度分析了级函数调用和二级函数调用执行的过程,那么中断服务子程序又是如何被执行的呢?两者的相同点和不同点是什么呢?该篇文章笔者将详细地阐述...
  • zynq中中断程序分析

    万次阅读 多人点赞 2016-08-14 21:10:10
    本文通过分析个中断例程来了解zynq中断执行过程 基础知识ARM体系架构的处理器中...跳转到中断向量地址执行,从而跳转到相应的中断程序中执行 执行中断处理函数内容 恢复被屏蔽的中断屏蔽位 返回到被中断指令的下
  • 8086系统在存储器的最低1KB区域(00000H~003FFH)...在执行某一条INT n指令时,CPU首先对断点和现场进行保护,然后将中断指令中的中断类型号n乘以4,得到一个地址,这个地址就是n号中断服务子程序的入口地址在中断向量
  • 最近使用上位机C#配合ABB PC SDK调试ABB机器人特别郁闷,上位机控制机器人MOVEL运动,不管设定Zone还是Fine,MOVEL基本都是立即返回并执行下一条指令。 特别困惑,花了好久才发现Inpos默认情况是FALSE,需要变成...
  • 指令周期: CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期,也即CPU完成一条指令的时间叫指令周期 一般一条完整的指令包括:取指周期、间址周期、执行周期、中断周期。 JMP X:该指令的指令周期只有取指周期...
  • 中断调用与子程序调用

    千次阅读 2017-04-19 09:46:11
    程序组可以公用的指令序列,只要给出子程序的入口地址就能从主程序转入子程序。子程序在功能上具有相对的独立性,在执行主程序的过程中往往被多次调用,甚至被不同的程序所调用。一般微机首先执行主程序,...

空空如也

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中断程序最后一条指令