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  • 2021-07-30 16:14:19

    中断问题也是面试嵌入式岗位时,面试官比较喜欢拷问的问题之一,作为一个嵌入式开发人员,自然少不了与中断打交道,裸机程序中作为前台服务程序,发挥着重要的作用。

    中断服务函数应该注意的四大点:

    1.中断服务函数不能传入参数;

    2.中断服务函数不能有返回值;

    3.中断服务函数应做到短小精悍;

    4.不要在中断函数中使用printf函数,会带来重入和性能问题

    中断并不是程序一开始就判断好会在那里发生,或者会在什么时候发生。中断发生的完全是随机的,中断源连接到硬件,由硬件来产生触发中断,而众所周知,函数、函数内变量等大部分是存储在堆栈区,但是中断是随机产生的,且由硬件告知,那么去哪分配存储位置,自然一二点是无法满足的。

    第三点,中断内应做到短小精悍,这个就要求我们要动动脑筋了,但是很多东西在没有需求的情况下,光靠乱猜想挺难的。我在一本书上看到一个作者写了一段关于中断处理代码的,就觉得很好,值得学习(作者也是源于项目的需求,然后动手)。

    //定义一个队列结构体,用于存储中断类型

    typedef struct tagIntQueue

    {
    int Type; //中断类型

    struct tagIntQueue *next;
    

    }IntQueue;

    IntQueue IpIntQueueHead;

    __interrupt ISRexample()

    {
    int Type;

    Type = GetSystemType(); //获取类型
    
    QueueAddTail(IpIntQueueHead,Type);  //加入队列
    

    }

    //在猪程序中完成所有的工作

    while(1){
    Type = GetFirstInt();

    switch(Type)
    
    {
        case xxx:
    
        ...
    
        break;
    
        case xxx:
    
        ...
    
        break;
    
        .......
    
        default:
    
        ...
    
        break;
    
    }
    

    }
    把中断提炼到到短小精悍才是中断的灵魂所在,这里中断只做了两件事,就是获取中断类型,然后加入队列中,其余复杂的程序处理都在主函数中完成。

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  • 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。...

    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。

    展开全文
  • ARM中断处理过程

    2021-02-24 16:55:21
    具体整个处理过程分成三步骤来描述:1、第二章描述了中断处理的准备过程2、第三章描述了当发生中的时候,ARM硬件的行为3、第章描述了ARM的中断进入过程4、第五章描述了ARM的中断退出过程本文涉及的代码来自3.14...
  • 在处理器中,中断是一个过程。即CPU在正常执行程序的过程中,遇到外部或内部的紧急事件需要处理,暂时中断(中止)当前程序的执行,而转去完成事件服务程序,待事件完毕后,再返回到暂停处(断点)继续执行原来的程序。...

    中断

    中断

    1) 硬中断
    在处理器中,中断是一个过程。即CPU在正常执行程序的过程中,遇到外部或内部的紧急事件需要处理,暂时中断(中止)当前程序的执行,而转去完成事件服务程序,待事件完毕后,再返回到暂停处(断点)继续执行原来的程序。事件服务程序又称中断处理程序或中断服务程序。严格意义上来说,上面的描述是针对硬件中断而言的。
    2) 软中断
    用软件方法引起的中断,即事先在程序中安排特殊的指令,CPU执行到该类指令的时候,会跳转去执行相应的一段预先安排好的程序,待程序执行完,再返回原来程序处。这种通过软件方法实现的中断叫软中断。

    3) 软、硬中断和信号的区别

    • 硬中断的出现过程是不可预测的,是随机的;而软中断是预先安排好的指令中断方式。
    • “硬中断是外部设备对CPU的中断”,“软中断通常是硬中断服务程序对内核的中断”,“信号则是由内核(或其他进程)对某个进程的中断”。

    中断源

    把引起中断的原因,或者能够发出中断请求信号的来源统称为中断源。

    中断/异常优先级

    ARM处理器五种模式对应的7种异常源优先级顺序(从高到低):

    1 复位异常(reset)
    2 数据异常(Data Abord)
    3 快速中断异常(FIQ)
    4 外部中断异常(IRQ)
    5 预取异常(prefetch Abord)
    6 软中断异常(SWI)
    7 未定义指令异常(Undefined)

    异常和中断的区别

    异常主要是从处理器被动接受异常的角度来考虑;中断带有主动请求处理器处理中断的意味。
    共同点:都是打断当前程序执行,进入特定的程序处理事件的一种机制。

    中断的状态

    • 挂起态:中断已发生,但是中断没有被处理执行
    • 激活态:中断发生,正在执行对应的中断处理函数,但是还没有执行结束
    • 未激活态:中断没有发生。

    ARM-7种异常类型

    1) 复位异常(reset)
    两种情况引起异常:系统上电/系统复位
    复位异常中断处理程序完成的功能:

    • 设置异常向量表
    • 初始化栈和寄存器
    • 初始化MMU,Cache
    • 初始化关键的I/O设备
    • 使能中断
    • 切换到SVC模式
    • 初始化C程序中的变量,跳转到相应程序的执行

    2)数据异常(Data Abord)
    存储器访问指令load/store访问外部数据时,出现地址不存在或不允许访问等时产生:取数据中止异常
    3)快速中断异常(FIQ)
    4)外部中断异常(IRQ)
    5)预取异常(prefetch Abord)
    取一条被标记无效的指令时:取指令中止异常
    6)软中断异常(SWI)
    软中断发生,系统进入SVC模式,跳转到处理程序
    7)未定义指令异常(Undefined)
    :未定义指令的异常,指令取出后通过译码器后未定义指令导致译码出错
    在这里插入图片描述

    ARM-异常中断的响应流程(四大步三小步)

    注意:

    • User和System模式是不可通过异常进入的两种模式,即要进入这两种模式,必须要编程设置CPSR的模式状态。
    • ARM处理器中cortex-A不支持中断嵌套,因为ARM处理器的处理中断处理速度较快;
    • cortex-M系列支持中断嵌套,eg:stm32。

    ARM异常处理:处理器对特定的异常事件进行的处理流程(CPU指导硬件自动完成:四大步三小步)。

    一、保存现场(四大步)
    1)保存CPSR到SPSR_mode
    2)适当设置 CPSR 对应功能位(三小步):

    • 1、切换处理器进入ARM状态:T[5]
    • 2、根据需要,禁止中断位:F[6] / I[7]
    • 3、根据异常切换到对应的异常模式:M[4:0]

    3)保存返回地址:把当前 PC 保存到 lr_mode
    4)设置PC = 存放跳转到对应的异常向量表的固定首地址。
    在这里插入图片描述

    二、恢复现场(必须手动恢复)
    1)恢复 SPSR_mode 到 CPSR
    2)恢复 lr_mode 到 PC
    3)恢复普通寄存器:R0-R7,操作sp将栈中将数据恢复。

    软中断 汇编测试代码

    .text
    .globl _start
    
    _start:
    	b reset
    	b undefined_instruction
    	b software_interrupt
    	b prefetch_abord
    	b data_abord
    	b reserved
    	b irq
    	b fiq
    	
    reset:
    	@初始化SVC下的栈内存空间
    	ldr sp, =0x40000100
    	
    	@切换到User模式下0xD3:SVC;0xD0:User
    	msr CPSR, #0xD0
    	
    	@初始化User下的栈内存空间
    	ldr sp, =0x40000200
    	
    	@执行用户代码
    	mov r0, #0x1
    	mov r1, #0x2
    	
    	@swi软中断:swi <软中断号,取值范围:0-(2^24-1)>
    	swi 2
    	
    	@执行用户代码:r2 = 1+2 = 3
    	add r2, r0,r1
    	
    undefined_instruction:
    	
    software_interrupt:
    	@保存现场
    	stmfd sp!,{r0-r1, lr}
    	
    	@执行用户代码
    	mov r0, #0x5
    	mov r1, #0x6
    	add r3, r0,r1
    	
    	@恢复现场:{r0-r1,pc}将lr恢复给pc,"^"是表示将SPSR恢复到CPSR
    	ldmfd sp!, {r0-r1,pc}^
    	
    prefetch_abord:
    	
    data_abord:
    	
    reserved:
    	
    irq:
    	
    fiq:
    	
    loop:
    	b loop
    	
    .end
    	
    
    展开全文
  • 若用户需要,可将用户所需的外部中断源发来的中断请求信号接到IR2,编写该中断所需的中断服务程序,并将该中断服务程序的入口地址写到中断向量表0AH4AH4+3四个单元中,这样,当接在IR2上的外部中断源发来中断...
  • 一,中断的定义 二 ,中断处理的过程 三,8086/8088CPU可以处理256种不同类型的终端 中断服务程序的设计方法 五中断向量表的建立

    一,中断的定义
    在CPU执行程序的过程中,出现了某种紧急或异常的事件(中断请求),CPU需要暂时停止正在执行的程序,转去处理该事件(执行终端服务程序),并在处理完毕后,返回断点继续执行被暂停的程序,这一过程,称为中断。
    二 ,中断处理的过程主要有五步
    1.中断请求
    2.中断响应
    3.保护断点
    4.中断处理
    5.中断返回
    三,8086/8088CPU可以处理256种不同类型的终端
    四,中断服务程序的设计
    1.用户在设计中断服务程序时要预先确定一个中断类型号,不论是硬件中断还是软件中断,都只能在系统预留给用户的类型号中选择,
    2.确定中断类型号之后还要把中断服务程序入口地址置入中断向量表,以确保在中断响应时CPU能自动转入该类型号相对应的中断服务程序。
    3.中断向量表的建立
    设用户定义的中断类型号为60H
    1)DOS系统功能调用法
    功能号:(AH)=25H
    入口参数:
    (AL)=中断类型号
    (DS)=中断服务程序的入口地址的段地址
    (DX)=中断服务程序的入口地址的段地址
    下面程序段完成中断类型号为 60H的中断服务程序的入口地址的置入

    PUSH	DS          //保护DS
    MOV	DX,	OFFSET INT _60     //取中断服务程序INT_60的偏移地址
    MOV	AX,	SEG INT _60        //取中断服务程序INT_60的段地址
    MOV	DS,	AX
    MOV	AH,	25H     //送功能号
    MOV	AL,	60H      //送中断类型号
    INT	21H              //DOS功能调用
    POP	DS               //恢复DS
    

    2)直接装入法
    用传送指令直接将中断服务程序入口地址置入中断向量表。
    设中断类型号为60H,此类型号对应的中断服务程序入口地址应存放在中断向量表00180H开始的四个连续存储单元中。
    采用直接装入的程序段如下:

    XOR	AX,	AX	//清零
    MOV	DS,	AX
    MOV	AX,	OFFSET INT_60
    MOV	DS:	[0180H],	AX      // 置中断服务程序INT_60的偏移地址
    MOV	AX,	SEG INT_60
    MOV	DS:	[0180H+2],	AX        //置中断服务程序INT_60的段地址

    接下来会对可编程中断控制器8259 A进行理解,请大家拭目以待!
    学习是对体系结构的一种建立,今天不会的不要慌,当体系结构达到一个水准之后,或许明天就会了呢?
    目之所及,皆是回忆!
    心之所想,皆是过往!
    眼之所看,皆是遗憾!

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