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  • 中断处理流程

    千次阅读 2018-10-25 17:19:01
    以s3c2440为例讲述,中断处理流程: 1.开中断。产生外部中断。流程如下按键----->中断控制器------->cpu(总开关) * 按键: 需要设置GPIO为中断模式,上升沿还是下降沿触发。 * 中断控制器: ...

    以s3c2440为例讲述,中断处理流程:

    1.开中断。产生外部中断。流程如下按键----->中断控制器------->cpu(总开关)

    * 按键:

    需要设置GPIO为中断模式,上升沿还是下降沿触发。

    * 中断控制器:

    * cpu:

    2.中断处理

    * 跳转到中断向量表。如果从nandflash启动,代码已经重定位到sdram,此时候是绝对跳转,会跳转的真正的0地址(sram)。

    中断向量表如下:

    *    硬件操作
         a. lr_irq保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
         b. SPSR_irq保存有被中断模式的CPSR
         c. CPSR中的M4-M0被设置为10010, 进入到irq模式
         d. 跳到0x18的地方执行程序 

    *软件操作

    a. 设置sp_irq栈,这个是irq模式的sp,sp_user不用了,两个是独立的sp,所以需要重新设置。

    b.保存现场
        /* 在irq异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
        /* lr-4是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */ 方便最后pc =lr,可以从异常模式跳转到用户模式

    c.处理irq异常 

    跳转到中断处理函数

    d.恢复现场。

    代码如下:

    中断向量表:

    .text
    .global _start
    
    _start:
    	b reset          /* vector 0 : reset */
    	ldr pc, und_addr /* vector 4 : und */
    	ldr pc, swi_addr /* vector 8 : swi */
    	b halt			 /* vector 0x0c : prefetch aboot */
    	b halt			 /* vector 0x10 : data abort */
    	b halt			 /* vector 0x14 : reserved */
    	ldr pc, irq_addr /* vector 0x18 : irq */
    	b halt			 /* vector 0x1c : fiq */
    
    und_addr:
    	.word do_und
    
    swi_addr:
    	.word do_swi
    
    irq_addr:
    	.word do_irq

    中断处理及跳转:

    .align 4
    
    do_irq:
    	/* 执行到这里之前:
    	 * 1. lr_irq保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
    	 * 2. SPSR_irq保存有被中断模式的CPSR
    	 * 3. CPSR中的M4-M0被设置为10010, 进入到irq模式
    	 * 4. 跳到0x18的地方执行程序 
    	 */
    
    	/* sp_irq未设置, 先设置它 */
    	ldr sp, =0x33d00000
    
    	/* 保存现场 */
    	/* 在irq异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
    	/* lr-4是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
    	sub lr, lr, #4
    	stmdb sp!, {r0-r12, lr}  
    	
    	/* 处理irq异常 */
    	bl handle_irq_c
    	
    	/* 恢复现场 */
    	ldmia sp!, {r0-r12, pc}^  /* ^会把spsr_irq的值恢复到cpsr里 */

    中断处理函数:

    void handle_irq_c(void)
    {
    	/* 分辨中断源 */
    	int bit = INTOFFSET;
    
    	/* 调用对应的处理函数 */
    	irq_array[bit](bit); //函数指针数组,
    	
    	/* 清中断 : 从源头开始清 */
    	SRCPND = (1<<bit);
    	INTPND = (1<<bit);	
    }

     

     

     

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  • 中断机构和中断处理程序

    千次阅读 2018-12-29 18:06:32
    什么是中断? 中断实际上是对信号做出的一种反应, 即CPU对I/O设备发来的中断信号的一种反应。是由外部设备引起的。俗称外中断。 在此插一嘴什么是陷入?...中断处理程序位于I/O系统的底层,直接与硬件进行交...

    什么是中断

    中断实际上是对信号做出的一种反应,
    即CPU对I/O设备发来的中断信号的一种反应。是由外部设备引起的。俗称外中断

    在此插一嘴什么是陷入

    陷入是特殊的中断,因为陷入是由CPU内部事件引起的中断,俗称内中断

      中断 陷入
    相同 信号的处理流程
    不同 信号的来源

    什么是中断处理程序

    中断处理程序位于I/O系统的底层,直接与硬件进行交互

    怎么操作?

    先中断硬件,然后中断处理程序,首先保存被中断进程的CPU环境,然后转向相应设备的中断处理程序进行处理,处理完成,恢复被中断进程的CPU环境,返回断点继续运行。

    形象到生活中去:

    你的朋友约定好向你发出三长两短的敲门信号(中断信号),而你听到敲门声后就知道这是你的朋友来了,于是停下手头的工作(中断进程的CPU环境),开门端茶倒水,会客流程走起(中断处理程序进行处理),朋友走后,继续进行手头的工作(恢复被中断进程的CPU环境,返回断点继续运行)

    为什么说中断信号是实现多道程序的基础?

    因为进程之间的切换时通过中断来完成的

    啥是中断向量表

    每种设备映射一个中断处理程序,
    把程序的入口地址放在中断向量表的表项中去,
    为每一个设备的中断请求设规定一个中断信号

    每一个房间都有一个钥匙,把钥匙都收拾到一起,放到钥匙柜里,然后列一张表格,表格里有那个钥匙对应那个房间,和那个钥匙在钥匙柜里的位置,如果想打开某个房间,就根据表格找到钥匙,然后把门打开。

    多个中断信号,但是根据中断信号的要紧程度的不同来划分出中断的优先级,恩,很合理

    以上分别介绍了有关中断的一些名词的概念。

    下面,我们来看看对多中断源的处理方式。

    这个话题牵扯到两种处理方式:

    屏蔽(禁止)中断
    嵌套中断

    我们接着回到之前的场景,你的好基友拜访你要和你游戏开黑,正当你们打得火热的时候,你的女朋友突然给你打电话要你陪她去看电影(此处没女朋友的可以想象出一个女朋友 /滑稽),但是作为直男的你毅然决然地选择了朋友,没有什么能将你的注意力从游戏上移开。。。。最后,你的基友走了,留你怅然若失地在家里,你这才想到你的女朋友,然后个她去看电影

    分析以上情景,在朋友发来中断过请求后,对于在这之后发来的任何中断请求都不予理睬,这个就是屏蔽中断

    我们再看,还是这个场景,你的好基友拜访你要和你游戏开黑,正当你们打得火热的时候,你喜欢的女生突然给你打电话要你陪她去看电影,爱情来的就是那么突然,但是你要去了游戏怎么办,游戏重要还是爱情重要?为了你的后半生,你选择了爱情,挂机让你的朋友孤军奋战。在看过电影之后,你又回家继续打游戏 。(果然还是直男,说看电影就只看电影)

    分析以上场景,在比较过基友的中断和女友的中断请求之后,显然女友的中断优先级要高于基友的中断优先级,你选择了陪女友,但是你并没有忘记朋友,于是你陪玩女友后又接着陪基友。这样的中断称为嵌套中断。有点像抢占式优先调度算法。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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  • 中断处理程序

    千次阅读 2019-01-30 18:02:52
    引例 除法错误中断处理 assume ds:a ...我们执行完div bh,我们应该执行076a:0007的mov ax,0001,但是因为这个除法溢出,所以获取调用0号中断处理程序,即0000:0 ~0000:3 四个字节的内容,就是这个中断...

    引例

    除法错误中断处理

    assume ds:a
    a segment
    	mov ax,1000h
    	mov bh,1
    	div bh
    	mov ax,1h
    a ends
    end 

    上面源代码u查找的汇编指令
    在这里插入图片描述

    我们执行完div bh,我们应该执行076a:0007的mov ax,0001,但是因为这个除法溢出,所以获取调用0号中断处理程序,即0000:0 ~0000:3 四个字节的内容,就是这个中断处理程序的入口地址
    在这里插入图片描述
    验证0000:0 ~0000:3的内容
    在这里插入图片描述


    编写处理0号中断

    assume cs:code
    code segment 
    start: 
    	安装
    	设置中断向量表
    	mov ax,4c00h
    	int 21h
    	
    	改写的中断程序操作代码
    code ends
    end start
    1. 安装目的
      改写的中断程序操作代码的放入一段需要一块不会被其他程序占用的内存空间,也就是复制一份
    2. 设置中断向量表目的
      CPU可以找到该中断程序代码的入口地址,去执行
    3. 改写的中断程序操作代码
      这里就是要被安装上去的中断程序操作代码

    1. 安装代码

    我们的中断处理程序安装完毕后,防止在程序执行完退出被覆盖,我们也需要放入一个不被覆盖的内存空间,而这段内存空间,我们选用0:200处,虽然是向量中断表的,但是中断类型显然没有那么多,我们先使用这段空间

     mov ax,cs
     mov ds,ax
     mov si,offset InterruptHandler_0 ;设置ds:si 指向源地址
     mov ax,0
     mov es,ax
     mov di,200h ;设置es:di 指向目的地址
     mov cx,offset InterruptHandler_0end-offset InterruptHandler_0 ;设置次数,编译器计算两个标识的距离
     cld
     rep movsb

    ds:si 指向源地址 设置为cs:标识
    es:di 指向目的地址 设置为0:200h
    cx 设置传输次数即长度

    2. 改写中断处理程序:

    为了防止我们需要的显示的overflow,在程序执行完退出被覆盖,我们也需要放入一个不被覆盖的内存空间,我们同样也用到0:200的空间

    InterruptHandler_0: 
    	jmp short start0
    	db "overflow"
    start0: mov ax,cx
    	mov	ds,ax
    	mov si,202h       ;设置ds:si 指向源地址
    	mov	ax,0b800h
    	mov es,ax
    	mov di,12*160+36*2 ;设置es:di 指向目的地址
    	mov cx,9
    s:	mov al,[si]
    	mov es:[di],al
    	inc si
    	add di,2
    	loop s
    	mov ax,4c00h
    	int 21h
    InterruptHandler_0end: nop

    ds:si 指向源地址 设置为db "overflow”定义这些字符所在地址
    es:di 指向目的地址 设置为显存空间的中间位置
    cx 设置传输次数即长度

    3. 设置中断向量表代码

    mov ax,0
    mov es,ax
    mov word ptr es:[0*4],200h
    mov word ptr es:[0*4+2],0
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  • 中断和中断处理流程

    千次阅读 2019-09-21 21:10:28
    中断是指由于接收到来自外围硬件(相对于中央处理器和内存)的异步信号或来自软件的同步信号,而进行相应的硬件/软件处理。发出这样的信号称为进行中断请求(interrupt request,IRQ)。硬件中断导致处理器通过一个...
     

    1. 中断概念

    • 中断是指由于接收到来自外围硬件(相对于中央处理器和内存)的异步信号或来自软件的同步信号,而进行相应的硬件/软件处理。发出这样的信号称为进行中断请求(interrupt request,IRQ)。硬件中断导致处理器通过一个上下文切换(context switch)来保存执行状态(以程序计数器和程序状态字等寄存器信息为主);软件中断则通常作为CPU指令集中的一个指令,以可编程的方式直接指示这种上下文切换,并将处理导向一段中断处理代码。中断在计算机多任务处理,尤其是实时系统中尤为有用。这样的系统,包括运行于其上的操作系统,也被称为“中断驱动的”(interrupt-driven)。
    • 中断是一种使CPU中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作,这些引起中断的事件称为中断源,它们可能是来自外设的输入输出请求,也可能是计算机的一些异常事故或其它内部原因。
    • 中断:在运行一个程序的过程中,断续地以“插入”方式执行一些完成特定处理功能的程序段,这种处理方式称为中断。

    2. 中断的作用

    • 并行操作
    • 硬件故障报警与处理
    • 支持多道程序并发运行,提高计算机系统的运行效率
    • 支持实时处理功能

    3. 术语

    • 按中断源进行分类:发出中断请求的设备称为中断源。按中断源的不同,中断可分为
    1. 内中断:即程序运行错误引起的中断
    2. 外中断:即由外部设备、接口卡引起的中断
    3. 软件中断:由写在程序中的语句引起的中断程序的执行,称为软件中断
    • 允许/禁止(开/关)中断: CPU通过指令限制某些设备发出中断请求,称为屏蔽中断。从CPU要不要接收中断即能不能限制某些中断发生的角度 ,中断可分为
    1. 可屏蔽中断 :可被CPU通过指令限制某些设备发出中断请求的中断, 那是不是意味着进中断时disable整个中断,其实disable的都是可屏蔽中断?
    2. 不可屏蔽中断:不允许屏蔽的中断如电源掉电
    • 中断允许触发器:在CPU内部设置一个中断允许触发器,只有该触发器置“1”,才允许中断;置“0”,不允许中断。
    1. 指令系统中,开中断指令,使中断触发器置“1”
    2. 关中断指令,使中断触发器置“0”
    • 中断优先级:为了管理众多的中断请求,需要按每个(类)中断处理的急迫程度,对中断进行分级管理,称其为中断优先级。在有多个中断请求时,总是响应与处理优先级高的设备的中断请求。
    • 中断嵌套:当CPU正在处理优先级较低的一个中断,又来了优先级更高的一个中断请求,则CPU先停止低优先级的中断处理过程,去响应优先级更高的中断请求,在优先级更高的中断处理完成之后,再继续处理低优先级的中断,这种情况称为中断嵌套。
    Intel的官方文档里将中断和异常理解为两种中断当前程序执行的不同机制。这是中断和异常的共同点。不同点在于:
    1. 中断(interrupt)是异步的事件,典型的比如由I/O设备触发;异常(exception)是同步的事件,典型的比如处理器执行某条指令时发现出错了等等。
    2. 中断又可以分为可屏蔽中断和非可屏蔽中断,异常又分为故障、陷阱和异常中止3种,它们的具体区别很多书籍和官方文档都解释的比较清楚这里不再赘述。
    关于它们的区别有两点是需要注意的:
    1. 平常所说的屏蔽中断是不包括异常的,即异常不会因为CPU的IF位被清(关中断,指令:cli)而受影响,比如缺页异常,即使关了中断也会触发CPU的处理,回答了我上面红色部分疑问。
    2. 通常说的int 80h这种系统调用使用的中断方式实际上硬件上是理解为异常处理的,因此也不会被屏蔽掉,这也很好理解,int 80h这种中断方式是程序里主动触发的,对于CPU来说属于同步事件,因此也就属于异常的范畴。
     

    4. 中断(异常)处理过程

     
       需要明确的一点是CPU对于中断和异常的具体处理机制本质上是完全一致的,即:
    当CPU收到中断或者异常的信号时,它会暂停执行当前的程序或任务,通过一定的机制跳转到负责处理这个信号的相关处理程序中,在完成对这个信号的处理后再跳回到刚才被打断的程序或任务中。这里只描述保护模式下的处理过程,搞清楚了保护模式下的处理过程(更复杂),实模式下的处理机制也就容易理解了。
     
    具体的处理过程如下:

    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。
    1. 系统将所有的中断信号统一进行了编号(一共256个:0~255),这个号称为中断向量,具体哪个中断向量表示哪种中断有的是规定好的,也有的是在给定范围内自行设定的。  中断向量和中断服务程序的对应关系主要是由IDT(中断向量表)负责。操作系统在IDT中设置好各种中断向量对应的中断描述符(一共有三类中断门描述符:任务门、中断门和陷阱门),留待CPU查询使用。而IDT本身的位置是由idtr保存的,当然这个地址也是由OS填充的。
    2. 中断服务程序具体负责处理中断(异常)的代码是由软件,也就是操作系统实现的,这部分代码属于操作系统内核代码。也就是说从CPU检测中断信号到加载中断服务程序以及从中断服务程序中恢复执行被暂停的程序,这个流程基本上是硬件确定下来的,而具体的中断向量和服务程序的对应关系设置和中断服务程序的内容是由操作系统确定的。

    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[2]。
    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。这里,CPU会根据当前cs寄存器里的CPL和GDT的段描述符的DPL,以确保中断服务程序是高于当前程序的,如果这次中断是编程异常(如:int 80h系统调用),那么还要检查CPL和IDT表中中断描述符的DPL,以保证当前程序有权限使用中断服务程序,这可以避免用户应用程序访问特殊的陷阱门和中断门[3]。

    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,即包括ss和esp的值,并立即将系统当前使用的栈切换成新的栈。这个栈就是即将运行的中断服务程序要使用的栈。紧接着就将当前程序使用的ss,esp压到新栈中保存起来。也就说比如当前在某个函数中,使用的栈,在中断发生时,需要切换新的栈。

    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。
    官方文档[1]给出的栈变化的示意图如下:

    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。

    转载于:https://www.cnblogs.com/aaronLinux/p/10842499.html

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中断处理程序的使用