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  • 2020-03-22 19:20:25

    完整的中断处理过程分为

    1)中断响应的事前准备:

    系统要想能够应对各种不同的中断信号,总的来看就是需要知道每种信号应该由哪个中断服务程序负责以及这些中断服务程序具体是如何工作的。系统只有事前对这两件事都知道得很清楚,才能正确地响应各种中断信号和异常。

    2) CPU检查是否有中断/异常信号

    CPU在执行完当前程序的每一条指令后,都会去确认在执行刚才的指令过程中中断控制器(如:8259A)是否发送中断请求过来,如果有那么CPU就会在相应的时钟脉冲到来时从总线上读取中断请求对应的中断向量。

    对于异常和系统调用那样的软中断,因为中断向量是直接给出的,所以和通过IRQ(中断请求)线发送的硬件中断请求不同,不会再专门去取其对应的中断向量。

    3) 根据中断向量到IDT表中取得处理这个向量的中断程序的段选择符

    CPU根据得到的中断向量到IDT表里找到该向量对应的中断描述符,中断描述符里保存着中断服务程序的段选择符。

    4) 根据取得的段选择符到GDT中找相应的段描述符

    CPU使用IDT查到的中断服务程序的段选择符从GDT中取得相应的段描述符,段描述符里保存了中断服务程序的段基址和属性信息,此时CPU就得到了中断服务程序的起始地址。

    5) CPU根据特权级的判断设定即将运行的中断服务程序要使用的栈的地址

    CPU会根据CPL和中断服务程序段描述符的DPL信息确认是否发生了特权级的转换,比如当前程序正运行在用户态,而中断程序是运行在内核态的,则意味着发生了特权级的转换,这时CPU会从当前程序的TSS信息(该信息在内存中的首地址存在TR寄存器中)里取得该程序的内核栈地址。

    6) 保护当前程序的现场

    CPU开始利用栈保护被暂停执行的程序的现场:依次压入当前程序使用的eflags,cs,eip,errorCode(如果是有错误码的异常)信息。

    7) 跳转到中断服务程序的第一条指令开始执行

    CPU利用中断服务程序的段描述符将其第一条指令的地址加载到cs和eip寄存器中,开始执行中断服务程序。这意味着先前的程序被暂停执行,中断服务程序正式开始工作。

    8) 中断服务程序处理完毕,恢复执行先前中断的程序

    在每个中断服务程序的最后,必须有中断完成返回先前程序的指令,这就是iret(或iretd)。程序执行这条返回指令时,会从栈里弹出先前保存的被暂停程序的现场信息,即eflags,cs,eip重新开始执行。

    中断服务程序流程

    保护现场

    保护现场有两个含义,其一是保存程序的断点;其二是保存通用寄存器和状态寄存器的内
    容。前者由中断隐指令完成(详见8.4.4节),后者由中断服务程序完成。具体而言,可在中断
    服务程序的起始部分安排若干条存数指令,将寄存器的内容存至存储器中保存,或用进栈指令
    (PUSH)将各寄存器的内容推入堆栈保存,即将程序中断时的“现场”保存起来。

    2.中断服务(设备服务)

    这是中断服务程序的主体部分,对于不同的中断请求源,其中断服务操作内容是不同的,例
    如,打印机要求CPU将需打印的一行字符代码,通过接口送人打印机的缓冲存储器中(参见图
    573)以仕打印机打印又如,显示设各要求CPU将需显示的一屏字符代码通过接口送人显示
    5.23)以供打印机打印。又如,显示设备要求CPU将需显示的一屏字符代码通过接口送入显示
    器的显示存储器中(参见图5.18)。

    3.恢复现场

    这是中断服务程序的结尾部分,要求在退出服务程序前,将原程序中断时的“现场”恢复至
    原来的寄存器中。通常可用取数指令或出栈指令(POP),将保存在存储器(或堆栈)中的信息这
    回到原来的寄存器中。

    4.中断返回

    中断服务程序的最后一条指令通常是–条中断返回指令,使其返回到原程序的断点处,以信
    继续执行原程序。
    计算机在处理中断的过程中,有可能出现新的中断请求,此时如果CPU暂停现行的中断月
    务程序,转去处理新的中断请求,这种现象称为中断嵌套,或多重中断。倘若CPU在执行中断月
    务程序时,对新的中断请求不予理睬,这种中断称为单重中断。这两种处理方式的中断服务程戶
    略有区别。图5.43(a)和图5.43(b)分别为单重中断和多重中断服务程序流程。比较图5.4
    ()和图5.43(h)可以发现.其区别在千“开中断”的设置时间不同。

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  • 嵌入式开发之中断服务程序

    千次阅读 2021-07-10 11:33:05
    在设计软件与外设交互时,需要考虑...中断则通过使能该外设的中断,当相应的事件发生时,MCU产生中断,调用对应的中断处理函数,由中断服务程序完成必要的处理后,将事件或数据通知应用程序,从而达到通知软件的目的

    在设计软件与外设交互时,需要考虑以下三个方面:

    • 怎样检出外设的事件,是使用中断还是轮询?
    • 使用中断时,哪些处理在中断服务程序中执行,哪些处理在应用程序中执行?
    • 中断服务程序怎样与应用程序通信?

    软件与外设的交互,基本有两种模式:轮询和中断。轮询是由软件定时地查询外设的各种寄存器,检查该外设是否有事件发生,如有事件发生,则执行相应的动作。中断则通过使能该外设的中断,当相应的事件发生时,MCU产生中断,调用对应的中断处理函数,由中断服务程序完成必要的处理后,将事件或数据通知应用程序,从而达到通知软件的目的。采用轮询方式时,为了不丢失外设的事件,需要非常频繁地查询外设的状态。如果需要轮询的外设较多时,会导致系统整体的运行效率降低。考虑到CPU与外设之间的速度差,如果涉及到与外设通信,一般采用中断的方式:只有当外设完成了数据发送或者接收,才中断CPU,获得处理,这样可以保证CPU的处理效率达到最高。

    由于中断服务程序的优先级高于所有的任务,当有中断发生时,MCU将会临时停止当前应用程序的运行,保存运行上下文(当前的PC寄存器、堆栈寄存器等),调用相应的中断服务程序。中断服务程序运行结束后,MCU会恢复被停止应用程序的运行上下文,从停止处开始继续执行。而且,当一个外设的中断服务程序在运行时,其他外设的中断(在支持中断嵌套的系统中比其优先级低的中断)必须等待,如果等待时间过长,可能会导致事件或数据丢失。因此为了不影响其它中断的处理,同时对应用程序运行的影响尽量小,中断服务程序必须尽量短小精悍,在尽可能短的时间内完成动作。

    当中断服务程序需要完成的处理较多时,操作系统提供了延迟中断处理的机制。操作系统管理一个用于延迟中断处理的任务,其优先级高于所有的任务,但低于所有的中断。从应用程序的角度看,中断服务程序和延迟中断处理是连续执行的,没有被打断;但从中断服务程序的角度看,耗时的处理被延迟到了一个任务当中,从而对其它外设中断处理的延迟可以达到最小化。图 1‑1是一个使用中断延迟处理的执行序列的例子。

    在图 1中,中断1的优先级高于中断2,在应用任务执行过程中,中断1发生,挂起当前应用任务,执行其中断服务程序。在执行过程中,中断2发生,由于其优先级较低,因此中断2的服务程序的执行被延迟。直到中断1服务程序执行结束,开始执行中断2的服务程序。当中断2的服务程序执行结束后,中断延迟处理任务开始执行,依次处理中断1和2的延迟中断处理。等所有延迟中断处理结束后,挂起的应用任务继续执行。

    1 中断处理的执行顺序

    当然,如果操作系统没有提供中断延迟处理的机制,在采用抢占式调度机制的系统中,也可以用普通任务模拟实现,只要赋予该任务最高优先级即可。

    一般嵌入式操作系统都会提供一系列中断服务程序专用的API,包括与任务通信(传递事件或消息)、同步等。因为中断服务程序不允许被阻塞,这些API需要保证在中断服务程序中即时运行,不会等待。如在FreeRTOS中,用于中断服务程序的API都以FromISR结束;在RTX中,都以isr_开头。非常容易识别。

    如果操作系统没有提供中断服务程序专用的API,则在使用时,需要非常小心地设置API的参数,以避免中断处理函数被阻塞,比如向任务的消息队列发送消息时,必须保证队列满时立即返回,而不是等待。

    嵌入式操作系统的任务调度如果是抢占式调度策略,则在从终端服务程序退出前,需要考虑是否需要触发任务调度。因为由于中断服务程序与应用程序间的通信,原先一些处于等待状态的任务可能变成了准备执行的状态,因此需要重新调度,找到最高优先级的任务执行。而触发任务调度的策略在不同的操作系统中是不同的,基本上有以下三种策略:

    • 一种是不需要用户在写中断服务程序时作任何特别的处理,比如RTX。在中断服务程序中调用中断服务程序专用的API时,操作系统判断是否需要触发任务调度,如果需要,则直接触发。
    • 一种是要求在退出中断服务程序之前调用一个操作系统的特殊API,比如uCOSII,在所有中断服务程序的最后,需要调用OSIntExit()。在该API中操作系统判断是否需要触发任务调度,并作相应的触发处理。
    • 还有一种是操作系统通过参数通知中断服务程序是否需要触发任务调度,比如FreeRTOS。在FreeRTOS中,某些中断服务程序专用的API中有一个参数pxHigherPriorityTaskWoken,用于指示在调用相应的API之后是否需要执行任务调度。同时还提供了执行任务调度的API portYIELD_FROM_ISR()供中断服务程序使用。需要注意的是,即使pxHigherPriorityTaskWoken指示需要触发任务调度,中断服务程序根据当前的执行上下文,可以不执行任务调度。这给用户提供了更多的自由度,以优化执行流程。这可以避免不必要的任务调度动作,也给用户更多的控制执行流程的手段。

    因此,在写中断服务程序时,特别是选用类似FreeRTOS之类操作系统时,需要考虑是否触发任务调度,以及在必要时触发任务调度。如果遗漏了任务调度的触发,在绝大部分情况下可能没有问题,极难定位和调试。

    展开全文
  • 51单片机中断服务程序的设计

    千次阅读 2021-05-24 01:14:09
    设计中断服务程序需要首先明确以下个问题。中断服务程序设计的任务中断服务程序设计的基本任务有下列4条:(1)设置中断允许控制寄存器IE,允许相应的中断请求源中断。(2)设置中断优先级寄存器IP,确定并分配...

    中断系统的运行必须与中断服务子程序配合才能正确使用。设计中断服务子程序需要首先明确以下几个问题。

    中断服务子程序设计的任务

    中断服务子程序设计的基本任务有下列4条:

    (1)设置中断允许控制寄存器IE,允许相应的中断请求源中断。

    (2)设置中断优先级寄存器IP,确定并分配所使用的中断源的优先级。

    (3)若是外部中断源,还要设置中断请求的触发方式IT1或IT0,以决定采用电平触发方式还是跳沿触发方式。

    (4)编写中断服务子程序,处理中断请求。

    前3条一般放在主程序的初始化程序段中。

    举例如下:例1、假设允许外部中断0中断,并设定它为高优先级中断,其他中断源为低优先级中断,采用跳沿触发方式。在主程序中可编写如下初始化程序段:

    7905144d0e018b50da744961858a0a3c.png

    采用中断时的主程序结构

    由于各中断人口地址是固定的,而程序又必须先从主程序起始地址OOOOH执行。所以,在OOOOH起始地址的几个字节中,要用无条件转移指令,跳转到主程序。另外,各中断人口地址之间依次相差8字节,中断服务子程序稍长就超过8字节,这样中断服务子程序就占用了其他的中断入口地址,影响其他中断源的中断处理。为此,一般在进入中断后,利用一条无条件转移指令,把中断服务子程序跳转到远离其他中断入口的人口地址处。

    常用的主程序结构如下:

    29b9b830001a94d602183f4b28434fe6.png

    注意:在以上的主程序结构中,如果有多个中断源,就对应有多个“ORG XlX2X3X4H”的中断入口地址,多个“中断入口地址”必须依次由小到大排列。主程序MAIN的起始地址Y1Y2Y3 Y4H根据具体情况来安排。

    中断服务子程序的流程

    AT89S51响应中断后,就进入中断服务子程序。中断服务子程序的基本流程如右图所示。

    e3351b8d51466379c555b31e4e35670e.png

    下面对有关中断服务子程序执行过程中的一些问题进行说明。

    (1)现场保护和现场恢复 所谓现场是指进人中断时,单片机中某些寄存器和存储器单元中的数据或状态。为了使中断服务子程序的执行不破坏这些数据或状态,以免在中断返回后影响主程序的运行,因此要把它们送入堆栈保存起来,这就是现场保护。

    现场保护一定要位于现场中断处理程序的前面。中断处理结束后,在返回主程序前,则需要把保存的现场内容从堆栈中弹出,以恢复那些寄存器和存储器单元中的原有内容,这就是现场恢复。

    现场恢复一定要位于中断处理的后面。AT89S51的堆栈操作指令“PUSH direct”和“POP direct”,主要是供现场保护和现场恢复使用的。至于要保护哪些内容,应该由用户根据中断处理程序的具体情况来决定。

    (2)关中断和开中断 右图中现场保护前和现场恢复前关中断是为了防止此时有高一级的中断进入,避免现场被破坏;在现场保护和现场恢复之后的开中断是为下一次的中断做好准备,也为了允许有更高级的中断进入。这样做的结果是,中断处理可以被打断,但原来的现场保护和现场恢复不允许更改,除了现场保护和现场恢复的片刻外,仍然保持着中断嵌套的功能。

    但有的时候,对于一个重要的中断,必须执行完毕,不允许被其他的中断嵌套。对此可在现场保护之前先关闭总中断开关位,彻底关闭其他中断请求,待中断处理完毕后再开总中断开关位中断。这样,就需要把图5-9中的“中断处理”步骤前后的“开中断”和“关中断”两个过程去掉。

    (3)中断处理 中断处理是中断源请求中断的具体目的。应用设计者应根据任务的具体要求来编写中断处理部分的程序。

    (4)中断返回 中断服务子程序的最后一条指令必须是返回指令RETI,它是中断服务程序结束的标志。CPU执行完这条指令后,把响应中断时所置l的不可寻址的优先级状态触发器清O,然后从堆栈中弹出栈顶上的两个字节的断点地址送到程序计数器PC,弹出的第一个字节送入PCH,弹出的第二个字节送入PCL,CPU从断点处重新执行被中断的主程序。

    例2、根据下图的中断服务子程序流程,编写中断服务程序。假设现场保护只需要将PSW寄存器和累加器A的内容压人堆栈中保护起来。

    一个典型的中断服务子程序如下:

    a56ca30cf5cd832943cb76637a8e179b.png

    上述程序有几点需要说明:

    (1)本例的现场保护假设仅仅涉及PSW和A的内容,如果还有其他需要保护的内容,只需要在相应的位置再加几条PUSH和POP指令即可。注意,对堆栈的操作是先进后出,次序不可颠倒。

    (2)中断服务子程序中的“中断处理程序段”,应用设计者应根据中断任务的具体要求来编写这部分中断处理程序。

    (3)如果该中断服务子程序不允许被其他中断所中断,可将“中断处理程序段”前后的“SETB EA”和“CLR EA”两条指令去掉。

    (4)中断服务子程序的最后一条指令必须是返回指令RETI,千万不可缺少,它是中断服务子程序结束的标志。CPU执行完这条指令后,返回断点处,重新执行被中断的主程序。

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  • linux驱动之中断处理过程C程序部分.docx
  • 中断服务程序的主程序结构;中断服务程序流程

    • 中断系统的运行必须与中断服务子程序配合才能正确使用。设计中断服务子程序需要首先明确以下几个问题。

    1.中断服务子程序设计的任务

    • 任务有下列4条:
      (1)设置中断允许控制寄存器IE,允许相应的中断请求源中断。
      (2)设置中断优先级寄存器IP,确定所使用的中断源的优先级。
      (3)若是外部中断源,还要设置中断请求的触发方式决定采用电平触发方式还是跳沿触发方式。
      (4)编写中断服务子程序,处理中断请求。
    • 前3条一般放在主程序的初始化程序段中。

    【例4-3】

    • 假设允许外部中断0中断,设定为高级中断,采用跳沿触发方式,其他中断源为低级中断。初始化程序如下:
    	SETB    EA	;EA 位置1,总中断开关位开放
    	SETB    EX0	;EX0位置1,允许外部中断0产生中断
    	SETB    PX0	;PX0位置1,外部中断0为高优先级中断
    	SETB    IT0 ;IT0位置1,外部中断0为跳沿触发方式
    

    2.采用中断时的主程序结构

    • 程序必须先从主程序起始地址0000H执行。所以,在0000H起始地址的几个字节中,用无条件转移指令,跳向主程序
    • 另外,各中断入口地址之间依次相差8字节,中断服务子程序稍长就超过8字节,这样中断服务子程序就占用了其他的中断入口地址,影响其他中断源的中断处理。为此,一般在进入中断后,用一条无条件转移指令,把中断服务子程序跳转到远离其他中断入口的入口地址处。
    • 常用的主程序结构如下:
    • 注意:如果有多个中断源,就有多个“ORG X1X2X3X4H”的入口地址,多个“中断入口地址”必须依次由小到大排列。主程序MAIN的起始地址Y1Y2Y3Y4H,根据具体情况来安排。

    3.中断服务子程序的流程

    • 中断服务子程序的基本流程如图4-10所示。下面对有关中断服务子程序执行过程中的一些问题进行说明。
    图4-10 中断子服务程序的基本流程

    (1)现场保护和现场恢复

    • 现场是指单片机中某些寄存器和存储器单元中的数据或状态。为使中断服务子程序的执行不破坏这些数据或状态,因此要送入堆栈保存起来,这就是现场保护
    • 现场保护一定要位于中断处理程序的前面。中断处理结束后,在返回主程序前,则需要把保存的现场内容从堆栈中弹出恢复原有内容,这就是现场恢复
    • 现场恢复一定要位于中断处理的后面
    • 堆栈操作指令:“PUSH direct”和“POP direct”,是供现场保护和现场恢复使用的。要保护哪些内容,应根据具体情况来定。

    (2)关中断和开中断

    • 现场保护前现场恢复前关中断,是为防止此时有高一级的中断进入,避免现场被破坏。
    • 在现场保护和现场恢复之后的开中断是为下一次的中断做好准备,也为了允许有更高级的中断进入。这样,中断处理可以被打断,但原来的现场保护和现场恢复不允许更改,除了现场保护和现场恢复的片刻外,仍然保持着中断嵌套的功能。
    • 但有时候,一个重要的中断,必须执行完毕,不允许被其他的中断嵌套 。 可在现场保护前先关闭总中断开关位,待中断处理完毕后再开总中断开关位。这样,需把图4-10中的“中断处理”步骤前后的“开中断”和“关中断” 去掉。

    (3)中断处理

    • 应用设计者根据任务的具体要求,来编写中断处理部分的程序。

    (4)中断返回

    • 中断服务子程序最后一条指令必须是返回指令RETI。(后面这些硬件自动完成→)CPU执行完这条指令后,把响应中断时所置1的不可寻址的优先级状态触发器清0,然后从堆栈中弹出栈顶上的两个字节的断点地址送到程序计数器PC,弹出的第一个字节送入PCH,弹出的第二个字节送入PCL,从断点处重新执行主程序。

    【例4-4】

    • 根据图4-10流程,编写中断服务程序。设现场保护只将PSW寄存器和累加器A的内容压入堆栈中保护。一个典型的中断服务子程序如下:
    • 上述程序几点说明:

    (1)本例的现场保护假设仅仅涉及PSW和A的内容,如有其他需要保护的内容,只需在相应位置再加几条PUSH和POP指令即可。注意,堆栈的操作是先进后出。

    (2) “中断处理程序段”,设计者应根据中断任务的具体要求,来编写中断处理程序。

    (3)如果不允许被其他的中断所中断,可将“中断处理程序段”前后的“SETB EA”和“CLR EA”两条指令去掉。

    (4)最后一条指令必须是返回指令RETI,不可缺少,CPU执行完这条指令后,返回断点处,重新执行被中断的主程序。

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中断服务程序的流程分几部分