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  • 2015-12-01 00:21:30

    中断向量

    每个中断源都有对应的处理程序,这个处理程序称为中断服务程序,其入口地址称为中断向量。所有中断的中断服务程序入口地址构成一个表,称为中断向量表;也有的机器把中断服务程序入口的跳转指令构成一张表,称为中断向量跳转表。

    中断地址

    中断向量表或中断向量跳转表中每个表项所在的内存地址或表项的索引值,称为向量地址或中断类型号。

    向量中断

    是指一种识别中断源的技术或方式。识别中断源的目的就是要找到中断源对应的中断服务程序的入口地址的地址,即获得向量地址。

     

     

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    1.本文总结自bilibili《计算机组成原理(哈工大刘宏伟)》的视频讲解,非常棒,墙裂推荐;

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    8.4-中断系统小结(cpu响应中断)_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客_cpu响应中断的步骤【README】本文转自bilibili《计算机组成原理(哈工大刘宏伟)》的视频讲解,非常棒,墙裂推荐;【1】中断系统1)作用:用中断系统实现了外设数据的输入输出; 还可以用于程序调试,计算机系统的异常事件,都可以用中断系统来处理;2)中断因素人为设置的中断;程序性事故,如java异常;硬件故障,如硬盘坏道;Io设备,如数据输入输出;外部事件,如键盘中断按钮,调试程序;3)中断系统需要解决的问题序号问题1https://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/1235392163.本文首先给出中断全流程


    【1】概述

    【1.1】引起中断的各种因素

    0)中断系统作用
    第5章,我们用中断系统实现了数据的输入输出上;还可以用于程序调试,计算机系统的异常事件,都可以用中断系统来处理;

    1)引起中断的各种因素

    1. 人为设置的中断;
    2. 程序性事故,如java异常;
    3. 硬件故障,如硬盘坏道;
    4. Io设备,如数据输入输出;
    5. 外部事件,如键盘中断按钮,调试程序;

    【1.2】中断系统需解决的问题

    序号

    问题

    1

    各中断源如何向cpu提出请求?

    2

    各中断源同时提出请求,怎么办?

    3

    Cpu在什么条件,什么时间,以什么方式响应中断?

    4

    如何保护现场

    5

    如何寻找入口地址?

    6

    如何恢复现场,如何返回?

    7

    处理中断的过程中又出现新的中断 怎么办?


    【2】中断请求标记和中断判优逻辑

    【2.1】中断请求标记

     【问题1】多个中断源如何提出中断请求
    给每一个中断源设置一个触发器,用触发器来标记这个中断源是否提出了中断请求;
    (一个中断源对应一个中断请求触发器INTR)多个触发器组成了中断请求标记寄存器;

    中断触发器可以做在中断源的接口电路,或做在cpu内部;


    【2.2】中断判优逻辑

    【问题2】多个中断源同时提出中断请求,怎么办
    Cpu如何响应,响应对系统影响最大的中断源;

    对中断源进行分级;响应优先级最高的中断源(对中断源的级别进行排队)

    排队器可以在中断源接口电路,或在cpu内部;
    上图由硬件实现的排队器;也可以软件实现排队器;如下


    【3】 中断服务程序入口地址的寻找

    【3.1】硬件向量法

      排队器输出:只有1根线是高电平1,其他全部为低电平0;
    向量地址形成部件:根据排队器输出,确定需要响应的中断源,从而确定执行哪一个中断服务程序(通过中断向量地址确定);

    【问题3】如何寻找中断服务程序的入口地址?(硬件向量法,或软件查询法)

    用硬件查找中断服务程序入口地址有两种方法

    • 方法1: 在中断向量地址的存储单元中存放一条跳转指令 如 jmp 200,则200就是中断服务程序的入口地址;
    • 方法2: 在中断向量地址的存储单元中存放的就是中断服务程序的入口地址,如中断向量地址12H,其保存的入口地址200;

    【3.2】软件查找法

    用软件如何查找中断服务程序入口地址?
    通过执行中断识别程序,进行查找;
    利用软件方法更加灵活;

    中断识别程序查询步骤:

    步骤

    指令

    说明

    1

    SKP DZ 1#

    SKP表示跳过下一条指令;

    指令功能:查询第1号中断源的完成触发器D;看触发器是等于0还是等于1;

    1. 若等于1,说明中断源已经准备好了,提出了中断请求,cpu就要去执行响应的中断服务程序(步骤2)
    2. 若等于0,说明1号中断源没有准备好,则跳过指令2,进入2号中断源的查询(步骤3)

    2

    JMP 1#SR

    执行中断服务程序

    3

    SKP DZ 2

    ……

    4

    JMP 2SR

    ……


     【4】中断响应 

     【问题4】Cpu在什么条件,什么时间,以什么方式响应中断

    1)cpu在什么条件下响应中断请求 ?

    • 为了表示cpu是否响应中断请求,有一个允许中断触发器EINT,值=1表示允许cpu响应中断源发出的中断请求;

    2)cpu在什么时间响应中断请求 ?
    通常情况下,cpu只有在指令的执行阶段结束以后,才能够响应中断请求;
    但cpu的某些指令的执行阶段比较长,这种情况就允许cpu在指令执行过程中,响应中断请求;
    问题: 为什么cpu要把响应中断的时间放在指令执行阶段以后呢?

    3)cpu响应中断过程:

    • 在指令执行以后,cpu发送查询信号到中断源的中断请求触发器;查询信号把中断请求触发器的输出端设置为1,把中断请求信号发送到排队电路;

    【4.3】中断隐指令

    1)中断隐指令:说的是保存程序断点,寻找中断服务程序入口地址,关中断这3个步骤是计算机硬件来完成的,并不是在某一条具体指令的驱动下完成的;即,中断隐指令并不是指令集中的指令;但在响应中断过程中,这些硬件操作都要执行;  

    EINT,允许中断的R-S触发器; (值为1,表示允许中断)
    INT,中断标记的R-S触发器;(值为1,表示相应中断;只要INT设置为1,EINT就要被设置为0) 

     【4.3.1】中断响应过程中要解决的3个问题

    问题1)保护程序断点: 断点就是中断服务程序执行完成后,返回执行的指令;

    • 方法1:断点存到特定地址(0号地址)内;
    • 方法2:断点进栈;

    问题2) 寻找中断服务程序入口地址;

    • 方法1)采用硬件向量法:把中断向量地址发送到PC寄存器;PC中保存了向量地址,这个向量地址保存了中断服务程序的入口地址,或跳转指令,该指令会跳转到中断服务程序;
    • 方法2)软件查询法:中断识别程序的入口地址发送到PC寄存器;计算机执行中断识别程序来查找中断服务程序的入口地址;

    问题3)硬件关中断(把中断允许触发器的值设置为0);

    • 关中断的目的:避免在单重中断的机器中,在执行中断服务程序的过程中,有新的中断源会打断当前的中断服务程序的执行;

    另外,即使在多重中断的cpu中,采用关中断的方式,也是为了保存程序断点,保存程序现场的一个过程;


    【4.3.2】中断响应步骤

    步骤

    描述

    1

    Cpu完成指令执行阶段后,通过硬件向量法查找中断源;各个中断源的信号送入排队器;

    2

    排队器把中断源信号(只有一根线为1)送给中断标记触发器,从而把INT设置为1,而EINT设置为0;

    3

    此外,排队器还要把中断信号送给向量地址形成部件,这个向量地址送给PC,为执行中断服务程序做准备;(向量地址保存了中断服务程序的入口地址)


    【5】保护现场与恢复现场

    1)保护现场

    • 1.1 )保存断点:由中断隐指令(硬件)来做,包括3个步骤(保存断点,形成中断服务程序的入口地址,硬件关中断) ;
    • 1.2)保存寄存器内容(由中断服务程序来做,软件):cpu当中的一些寄存器在执行中断服务程序的时候需要用到;这些寄存器的内容也要进行保存 ;因为这些内容将来中断返回的时候,主程序还要用到;

    2)恢复现场

    • 2.1)由中断服务程序完成;因为中断服务程序在保存现场的时候,可以吧寄存器内容压入到堆栈中;在中断服务程序恢复现场时,可以出栈;

    3)中断服务程序的工作内容包括

    1. 保护现场;push指令;
    2. 其他服务程序(中断服务程序剩余部分);
    3. 恢复现场;pop指令;
    4. 中断返回;IRET指令;

    【6】 多重中断

    【6.1】多重中断概念

    【问题7】处理中断的过程中又出现新的中断,怎么办
    再问:如果新的中断源的优先级,高于当前正在处理的中断源的优先级,又要如何处理?处理过程如下

    • 处理中断1时,发生了中断2,且中断2优先级大于中断1,则停止中断1的服务程序,转而执行中断2的服务程序;
    • 处理中断2时,发生了中断3,且中断3优先级大于中断2,则停止中断2的服务程序,转而执行中断3的服务程序;
    • 上图中: 产生了3次中断,和3个断点,分别是 k+1, l+1, m+1 ;

    【6.2】实现多重中断的条件

    1)要允许cpu在执行某个中断服务程序时,响应新的中断请求;就要提前打开 EINT允许中断触发器(设置 EINT=1);

    2)是不是任何一个新的中断请求都能打断当前正在执行的中断服务?不是的;
    只有高优先级的中断源才可以打断低优先级中断源;

    3)中断过程如下:

    时间

    中断

    请求

    主程序

    中断服务程序(优先级降序)

    A

    B

    C

    D

    1

    BC

    2

    保存主程序断点

    3

    转到中断服务程序B

    执行

    4

    B中恢复到主程序断点

    5

    保存主程序断点

    6

    D

    转到中断服务程序C

    执行

    7

    从C中恢复到主程序断点

    8

    保存主程序断点

    9

    A

    转到中断服务程序D

    执行

    10

    保存中断服务程序D的断点

    11

    转到中断服务程序A

    执行

    12

    从A恢复到中断服务程序D断点继续执行

    13

    从D种恢复继续执行

    详细步骤解析如下:

    • 1)    主程序在运行时,中断源BC请求中断;
    • 2)    又B优先级高于C,则主程序响应B中断,保存主程序中断断点,执行B的中断服务程序;
    • 3)    恢复现场到主程序;
    • 4)    主程序响应中断C,保存主程序的中断断点,执行C的中断服务程序;
    • 5)    在执行C的中断服务程序过程中,中断D请求中断;由C的优先级高于D,所以cpu不会理会D,而是继续执行中断C;
    • 6)    恢复现场到主程序;
    • 7)    主程序响应中断D,保存主程序的断点,执行D的中断服务程序;
    • 8)    在执行D的过程中,中断源A请求中断;
    • 9)    又A的优先级高于D;所以保存D的中断服务程序为断点,转而响应中断A,执行A的中断服务程序;
    • 10)    恢复现场到D的中断服务程序;执行D的中断服务程序;
    • 11)    恢复到主程序;

    【补充】 中断谁就要返回到谁的执行现场


    【6.3】中断屏蔽技术

    refer2  中断屏蔽技术_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客


    【6.4】多重中断的断点保护

    1)断点保护有2个方法

    • 方法1:断点进栈;由中断隐指令来完成;
    • 方法2:断点存入0号或某个内存地址,由中断隐指令来完成;

    2)在中断周期中,需要保存断点;如断点保存到0地址

    • 步骤1:把0地址送入MAR,主存地址寄存器;
    • 步骤2:命令存储器写操作;
    • 步骤3:把PC保存的断点值写入MDR,主存数据寄存器;之前把断点(下一条指令地址)写入0地址,断点在PC寄存器中,因为PC寄存器存储了下一条要执行的指令的地址(下一条指的是主程序或当前正在执行的程序的下一条);
    • 步骤4:把MDR的数据送入到MAR指向的内存单元中;

    3)有个问题:中断周期的保存断点阶段,如果都把断点地址保存到0地址,那遇到多种中断,下一个中断周期的断点地址就会把上一个中断的断点给覆盖掉;
    如何保证断点内容不丢失呢


    【6.4.3】程序断点存入0地址的断点保护

    上述指令列表的执行步骤如下:

    向量地址

    内容

    说明

    0

    断点内容

    保存程序断点到0地址;

    5

    JMP SERVE

    serve 是中断服务程序的入口地址;

    中断向量形成部件把向量地址5送入pc寄存器;

    SERVE

    STA SERVE

    保存现场;

    如保存acc寄存器的内容到SERVE指向的内存单元中;

    LDA 0

    把0地址的内存单元数据取出来放入acc寄存器;

    0地址的内存就是程序断点;

    STA RETURN

    通过STA指令,把程序断点保存在RETURN单元;

    (通过转存把程序断点保护起来)

    置屏蔽字

    设置中断屏蔽字在开中断之前;

    ENI

    开中断

    LDA SAVE

    恢复程序现场;把SAVE内存单元的内容送入acc寄存器;

    恢复中断屏蔽字

    在返回中断之前,要恢复中断屏蔽字;

    JMP @ RETURN

    通过一条间接跳转指令(间址寻址);

    跳转到RETURN内存单元保存的那个地址(程序断点);

    SAVE

    XXX

    存放ACC内容

    RETURN

    XXX

    转存0地址内容

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    异常和中断

    • 概念: 程序执行过程中CPU会遇到一些特殊情况,是正在执行的程序被“中断”,cpu中止原来正在执行的程序,转到处理异常情况或特殊事件的程序去执行,结束后再返回到原被中止的程序处(断点)继续执行

    • 程序执行被"中断“的事件(在硬件层面)有两类

      • 内部异常:在CPU内部发生的意外事件或特殊事件
      • 外部中断:在CPU外部发生的特殊事件,通过“中断请求“信号向CPU请求处理。
    • 异常和中断的处理
      发生异常和中断事件后,系统将进入OS内核态对相应事件进行处理,即改变处理器状态(用户态->内核态)
      在这里插入图片描述

    异常的分类

    1. 故障: 执行指令引起的异常事件,如溢出,非法指令,缺页,访问越权等。
      ”断点“为发生故障指令的地址

    2. 自陷:预先安排的事件(“埋地雷”),如单步跟踪,断点,系统调用等。是一种自愿中断。
      ”断点“为自陷指令下条指令地址

    3. 终止:硬故障事件,此时机器将”终止“,调出中断服务程序来重启操作系统
      ”断点“是什么?随便!
      思考一:自陷处理完成后回到哪条指令执行?回到下条指令
      思考二:哪些故障补救后可继续执行,哪些只好终止当前进程?
      缺页,TLB缺失等:补救后可继续,回到发生故障的指令重新开始
      溢出,除数为0,非法指令,内存保护错等:终止当前进程

      “断点”:异常处理结束后回到原来被”中断“的程序执行时的起始指令

    中断

    1. 中断的概念

    • 外设通过中断请求信号线向CPU提出”中断”请求,不由指令引起,故中断也称为异步中断
    • 事件:CTRL-C, DMA传送结束,网络数据到达,打印缺纸……
    • 每执行完一条指令,CPU就查看中断请求引脚,若引脚的信号有效,则进行中断响应:将当前PC(断点)和当前机器状态保存在栈中,并“关中断”。然后,从数据总线读取中断类型号,根据中断类型号跳转到对应的中断服务程序执行。中断检测及响应过程由硬件完成。
    • 中断服务程序执行具体的中断处理工作中断处理完成后,再回到被打断程序的“断点“出继续执行

    2. 中断的分类

    • 可屏蔽中断:通过INTR向CPU请求,可通过设置屏蔽字来屏蔽请求,若中断请求被屏蔽,则不会被送到CPU
    • 不可屏蔽中断:非常紧急的硬件中断,如:电源掉电,硬件线路故障等。通过NMI向CPU请求。一旦产生,就被立即送CPU,以便快速处理。这种情况下,中断服务程序会尽快保存系统重要信息,然后在屏幕上显示相应的消息或直接重启系统。

    IA-32的向量中断方式

    1. 有256中不同类型的异常和中断
    2. 每个异常和中断都有唯一的编号,称之为中断类型号.
    3. 每个异常和中断有与其对应的异常处理程序或中断服务程序,其入口地址放在一个专门的中断向量表或中断描述符表中。
    4. 前32个类型(0~31)保留给CPU使用,剩余的由用户自行定义(这里的用户指机器硬件的用户,即操作系统)
    5. 通过执行INT n(指令第二字节给出的中断类型号n, n=32~255)使CPU自动转到OS给出的中断服务程序执行
    6. 实模式下,用中断向量表描述
    7. 保护模式下,用中断描述表描述

    实地址模式下的中断向量表

    实地址是Intel为80286及其之后的处理器提供的一种8086兼容模式,寻址空间1MB,指令地址=CS<<4+IP。从地址0~1KB大小的内存大小的内存构成一个中断向量表,位于0000H~03FFH。共256组,每组占4个字节。中断向量表中每一项是对应中断服务程序或异常处理的入口地址,被称为中断向量。

    保护模式下的中断描述符表

    • 保护模式下,通过中断描述表捕获异常处理或中断服务程序入口地址
    • 中断描述表(Interrupt Descriptor Table,IDT)是OS内核中的一个表,共有256个表项,每个表项占8个字节,IDT共占2KB
    • IDTR中存放IDT在内存中的首地址
    • 每一个表项是一个中断门描述符,陷阱门描述符或任务门描述符。

    开机过程(中断在其中扮演角色)

    1. 开机后系统首先在实地址模式下工作(只有1MB的寻址空间)
    2. 开机过程中,需要首先准备实模式下的中断向量表和中断服务程序。通常,由固化在主板上的一块ROM芯片中的BIOS程序完成。
    3. 开机过程后,需要首先准备检测显卡,键盘,内存等,并在0000H~003FFH区建立中断向量表,在中断向量所指主存区建立相应的中断服务程序。
    4. BIOS利用INT指令执行特定的中断服务程序把OS从磁盘加载到内存中。例如,BIOS可通过执行int 0x19指令来调用中断向量表0x19对应的中断服务程序,将启动盘上的0号磁头对应盘面的0磁道1扇区中的引导程序装入内存。
    5. BIOS(Basic Input/Ouput System)是基本输入输出系统的简称,是针对具体主板设计的,与安装的操作系统无关。
    6. BIOS包含各种基本设备驱动程序,通过执行BIOS程序**,基本设备驱动程序以中断服务程序的形式被加载到内存**,以提供基本的I/O系统调用
    7. 一旦进入保护模式,就不在使用BIOS
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  • 文章目录前言一、中断概念1.术语解释2.F103系列单片机的中断及其管理器二、中断相关的寄存器及其设置方法三、配置中断的步骤及其库函数四、中断配置的模板总结 前言 随富随贫且欢乐,不开口笑是痴人。-----...
  • 是一个内存单元,存放中断处理程序入口地址程序运行时所需处理机的状态字。 事先编写好这些中断处理程序,然后将入口地址存放在中断向量表中,并进行编号。 Linux的中断向量表: 前面提到了,X86系统的...
  • 中断概念

    千次阅读 2016-04-01 19:27:57
    一、中断概念 1、中断产生:CPU在处理某一事件A时,发生了另一事件B请求CPU迅速去处理。 2、中断响应和中断服务:CPU暂停中断当前的工作,转去处理事件B。 3、中断返回:待CPU将事件B处理完毕后,再回到原来...
  • PIC的中断入口

    千次阅读 2013-11-26 14:37:48
    1、PIC中档MCU的中断入口固定为ROM首叶的0X0004地址,无论发生什么样的中断,应用程序都将被打断并跳转到这个地址去执行相关的中断处理函数。 2、在51系列中,中断源的区分是由硬件完成的,但在PIC上,这个需要...
  • 中断系统8.1 中断的基本概念8.1.1 中断概念的引入及描述中断方式示意(以输入中断为例)**中断**的定义8.1.2 中断源及中断分类中断的分类8.1.3 中断类型码中断类型码中断向量中断向量表中断向量表的设置**中断向量表的...
  • 输入输系统——程序中断方式中断概念中断的产生程序中断方式的接口电路配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器排队器中断向量地址形成部分程序中断方式接口电路的基本部分I/O中断处理过程CPU相应中断的条件和时间 中断...

空空如也

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中断程序入口地址概念