微型计算机原理及应用学习笔记 DOS系统功能调用和ROM BIOS中断调用
 
作者：山东自考   来源：山东自考   点击数：   更新时间：2013-12-5 10:58:43
 
一、系统功能调用
 
(一)概述
 
DOS为程序设计者提供了许多可直接调用的功能子程序，这些功能子程序的主要功能：
 
(1)磁盘的读写、控制。
 
(2)内存管理、文件操作和目录操作。
 
(3)基本输入输出管理(如键盘、打印机、显示器、磁带等管理)，另外还有时间、日期等子程序。
 
这几十个子程序给汇编语言程序员提供了极大方便，程序员不必编写这些繁杂程序，也不必搞清有关的设备、电路、接口等，只需直接调用即可。
 
(二)调用方法
 
为了使用的方便，所有子程序已按序编号—功能号从00H ～ 68H，调用时使用如下调用方法：
 
(1)入口参数送指定寄存器；
 
(2)功能号送AH；
 
(3)INT 21H。
 
有的子程序不要入口参数，但大部分需要将参数送人指定地点。
 
程序员只须给出这三个方面的信息，不必关心具体程序如何，在内存中的存放地址如
 
何，DOS根据所给的信息，自动转入相应的子程序去执行。
 
(三)基本功能调用
 
1．键盘输入 (1号调用)
 
功能：等待从标准输入设备输入一个字符井送入寄存器虬，
 
例如：MOV  AH，1
 
INT  21H
 
执行上述指令，系统将扫描键盘，等待有键按下，一旦有键按下，就将键值(相应字
 
符的ASCII码值)读入，先检查是否是Ctrl_Break，若是，则退出命令执行；否则将键值
 
送人AL寄存器，同时将这个字符显示在屏幕上。
 
2．打印输出 (5号调用)
 
功能：把DL中的字符输出到打印机上。
 
例如： MOV  DL，‘A’
 
MOV  AH,  5
 
INT  21H
 
3．直接控制台输入输出 (6号调用)
 
功能：可以从标准输入设备输入字符  也可以向屏幕上输出字符。但不检查Ctrl_Break。
 
例如．当DL=FPH时，表示从键盘输入，
 
若标志ZF=0，表示AL中为键入的字符值。
 
若标志ZF=1，表示AL中不是键入的字符值，即尚无键按下。
 
当DL≠FFH时，表示向屏幕输出，DL中为输出字符的ASCII码值。
 
MOV DL，OFFH
 
MOV AH，6
 
INT 21H
 
即为从键盘输入字符。
 
4．输出字符串 (9号调用)
 
调用时，要求DS：DX必须指向内存中一个以“$”作为结束标志的字符串。字符串中
 
每一个字符(不包括结尾标志$)都输出显示或打印，
 
例如：DATA  SEGMENT
 
BUF  DB  ‘ABCDEFGHIJ$’
 
…
 
DATA  ENDS
 
CODE  SEGMENT
 
…
 
MOV AX, DATA
 
MOV DS, AX
 
…
 
MOV DX, OFFSET BUF
 
MOV AH, 9
 
INT  21H
 
…
 
CODE  ENDS
 
执行本程序，屏幕将显示：ABCDEFGHIJ
 
5．字符串输入 (OAH号调用)
 
从键盘接收字符串到内存输入缓冲区。要求事先定义一个输入缓冲区，缓冲区内第一
 
个字节指出缓冲区能容纳的字符个数，不能为零。第二个字节保留以用作填写输入的字符
 
个数。从第三个字节开始存放从键盘上接收的字符。若实际输入的字符数少于定义的字节
 
数，缓冲区内其余字节填零，若多于定义的字节数，则后来输入的字符丢掉，且响铃。
 
调用时，要求DS：DX指向输入缓冲区
 
例如：
 
DATA  SEGMENT
 
BUF DB 100          ；缓冲区长度
 
DB  ?               ；保留为填入实际输入的字符个数
 
DB 100 DUP(?)       ；定义100个字节存贮空间
 
…
 
DATA  ENDS
 
CODE  SEGMENT
 
…
 
MOV AX，DATA
 
MOV DS，AX
 
…
 
MOV DX，OFFSET BUF
 
MOV AH，10
 
INT 21H
 
CODE    ENDS
 
6．日期设置 (2BH调用)
 
调用时，CX：DX中必须有一个有效的日期，CX中存放年号(1980-2099)，DH中存放月号(1—12)，DL中放日号。若日期有效，设置成功，AL=0；否则AL=0FFH。
 
例如：下列程序可把日期设置为2000年10 月1 日。
 
MOV CX， 2000
 
MOV DH， 10
 
MOV DL， 1
 
MOV AH，2BH
 
INT 21H
 
二、ROM BIOS 中断调用
 
ROM  BIOS(Basic Input／Output System，基本输入输出系统)存放在内存较高地址区域的ROM中，它处理系统中的全部内部中断，还提供对主要I／O接口的控制功能，如键盘、
 
显示器、磁盘、打印、日期与时间等。BIOS采用模块化结构形式，每个功能模块的入口地址都存在中断向量表中。对这些中断调用是通过软中断指令INT n来实现的，中断指令中的操作数 n 即中断类型码。表4-2中列出了各种中断调用的类型码。
 
表4—2    中  断 向 量 表
 
中断调用的方法是：首先给出入口参数，然后写明软件中断指令。
 
下面以键盘I／O中断调用为例介绍中断调用方法。
 
键盘I／O中断调用 (16H) 有三个功能，功能号在AH中。
 
(1)       AH=0
 
入口参数：AH=0
 
功    能：从键盘读人字符送 AL 寄存器。
 
出口参数：AL中为键盘输入字符的ASCII码值
 
(2)AH=1
 
入口参数：AH=1
 
功    能：从键盘读入字符送AL，并设置ZF标志．若按过任一健 ( 即键盘缓冲区
 
不空 )，置ZF=0，否则ZF=1。
 
出口参数：若ZF=0，则AL中为输入字符的ASCII码，
 
(3)AH=2
 
人口参数：AH=2
 
功    能：读取特殊功能键的状态
 
出口参数：AL为各特殊功能键的状态，位7是插入键(INS)，位6是大小写字母键(CAPS)，位5是数字键(NUM)，位4是滚动键(SCROLL)，位3是交替键(ALT)，位2是控制键(CTL)，位1是左边的SHIFT键，位0是右边的SHIFT键。
 
例如：    MOV AH，0
 
INT  16H
 
调用结果，将键盘输入字符的ASCII码值送AL中。

 
每个中断处理的函数存放在entry.S中的interrupt数组中,该数组有NR_IRQS个元素.
 
每个元素做的工作有:
 
ENTRY(irq_entries_start)
 
.rept NR_IRQS
 
ALIGN
 
1
 
:    pushl $vector
 
-
 
256
 
jmp common_interrupt
 
.data
 
.
 
long
 
1b
 
.text
 
vector
 
=
 
vector
 
+
 
1
 
.endr
 
ALIGN
 
common_interrupt:
 
SAVE_ALL
 
movl
 
%
 
esp,
 
%
 
eax
 
call do_IRQ
 
jmp ret_from_intr
 
首先将中断向量- 256保存在栈中
 
其中的SAVE_ALL做的工作包括:
 
#define
 
SAVE_ALL /
 
cld; /
 
pushl
 
%
 
es; /
 
pushl
 
%
 
ds; /
 
pushl
 
%
 
eax; /
 
pushl
 
%
 
ebp; /
 
pushl
 
%
 
edi; /
 
pushl
 
%
 
esi; /
 
pushl
 
%
 
edx; /
 
pushl
 
%
 
ecx; /
 
pushl
 
%
 
ebx; /
 
movl $(__USER_DS),
 
%
 
edx; /
 
movl
 
%
 
edx,
 
%
 
ds; /
 
movl
 
%
 
edx,
 
%
 
es;
 
也就是保存一些寄存器, 然后调用do_IRQ函数:
 
do_IRQ函数首先调用irq_enter()函数:
 
#define
 
irq_enter()                    /
 
do
 
{                        /
 
account_system_vtime(current);        /
 
add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);    /
 
}
 
while
 
(
 
0
 
)
 
其中要注意的是函数add_preempt_count, 它改变的是当前进程中thread_info中的成员preempt_count,它是一个32位的字段,分为几个部分,:
 
0-7位: 抢占计数器, 最大值255
 
8-15位: 软中断计数器, 最大值255
 
16-27位: 硬中断计数器, 最大值4096
 
28位: PREEMPT_ACTIVE标志
 
因此,在hardirq.h中定义了几个宏:
 
#define
 
PREEMPT_BITS    8
 
#define
 
SOFTIRQ_BITS    8
 
#define
 
HARDIRQ_BITS    12
 
#define
 
PREEMPT_SHIFT    0
 
#define
 
SOFTIRQ_SHIFT    (PREEMPT_SHIFT + PREEMPT_BITS)
 
#define
 
HARDIRQ_SHIFT    (SOFTIRQ_SHIFT + SOFTIRQ_BITS)
 
#define
 
PREEMPT_OFFSET    (1UL <
 
#define
 
SOFTIRQ_OFFSET    (1UL <
 
#define
 
HARDIRQ_OFFSET    (1UL <
 
因此, 函数调用add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET)是增加其中硬中断的计数.
 
回到do_IRQ函数调用中,接下来:
 
#ifdef CONFIG_4KSTACKS
 
curctx
 
=
 
(union irq_ctx
 
*
 
) current_thread_info();
 
irqctx
 
=
 
hardirq_ctx[smp_processor_id()];
 
/*
 
* this is where we switch to the IRQ stack. However, if we are
 
* already using the IRQ stack (because we interrupted a hardirq
 
* handler) we can't do that and just have to keep using the
 
* current stack (which is the irq stack already after all)
 
*/
 
if
 
(curctx
 
!=
 
irqctx) {
 
int
 
arg1, arg2, ebx;
 
/*
 
build the stack frame on the IRQ stack
 
*/
 
isp
 
=
 
(u32
 
*
 
) ((
 
char
 
*
 
)irqctx
 
+
 
sizeof
 
(
 
*
 
irqctx));
 
irqctx
 
->
 
tinfo.task
 
=
 
curctx
 
->
 
tinfo.task;
 
irqctx
 
->
 
tinfo.previous_esp
 
=
 
current_stack_pointer;
 
asm
 
volatile
 
(
 
"
 
xchgl   %%ebx,%%esp      /n
 
"
 
"
 
call    __do_IRQ         /n
 
"
 
"
 
movl   %%ebx,%%esp      /n
 
"
 
:
 
"
 
=a
 
"
 
(arg1),
 
"
 
=d
 
"
 
(arg2),
 
"
 
=b
 
"
 
(ebx)
 
:
 
"
 
0
 
"
 
(irq),
 
"
 
1
 
"
 
(regs),
 
"
 
2
 
"
 
(isp)
 
:
 
"
 
memory
 
"
 
,
 
"
 
cc
 
"
 
,
 
"
 
ecx
 
"
 
);
 
}
 
else
 
#endif
 
这段代码仅在线程栈大小是4K的情况下被调用, 有一个名为hardirq_ctx的数组保存硬中断的请求栈,它的定义是:
 
union irq_ctx {
 
struct
 
thread_info      tinfo;
 
u32                     stack[THREAD_SIZE
 
/
 
sizeof
 
(u32)];
 
};
 
static
 
union irq_ctx
 
*
 
hardirq_ctx[NR_CPUS];
 
static
 
union irq_ctx
 
*
 
softirq_ctx[NR_CPUS];
 
也就是说, 这两个数组的元素数量由CPU数量来决定.
 
在系统初始化的时候, 调用函数irq_ctx_init, 分别把这两个数组中的元素(irq_ctx *类型指针)指向hardirq_stack和softirq_stack:
 
static
 
char
 
softirq_stack[NR_CPUS
 
*
 
THREAD_SIZE]
 
__attribute__((__aligned__(THREAD_SIZE)));
 
static
 
char
 
hardirq_stack[NR_CPUS
 
*
 
THREAD_SIZE]
 
__attribute__((__aligned__(THREAD_SIZE)));
 
因此, 上面的那段do_IRQ函数中的代码做的工作比较当前thread_info描述符地址(通过调用current_thread_info()函数)与hardirq_ctx
 
的内容, 如果相同, 说明内核已经在使用硬件中断请求栈了, 否则如果不相等那么就要切换内核栈,需要保存当前进程描述符指针和esp寄存器.
 
接着, do_IRQ函数调用__do_IRQ函数,这个函数的主要工作有:
 
//
 
加锁
 
spin_lock(
 
&
 
(irq_desc[irq].
 
lock
 
));
 
//
 
响应
 
irq_desc[irq].handler
 
->
 
ack(irq);
 
//
 
当前状态既不是IRQ_REPLAY:The IRQ line has been disabled but the previous IRQ occurrence has not yet been acknowledged to the PIC
 
//
 
也 不是 IRQ_WAITING:The kernel is using the IRQ line while performing a hardware device probe; moreover, the corresponding interrupt has not been raised
 
irq_desc[irq].status
 
&=
 
~
 
(IRQ_REPLAY
 
|
 
IRQ_WAITING);
 
//
 
当 前状态为 IRQ_PENDING:An IRQ has occurred on the line; its occurrence has been acknowledged to the PIC, but it has not yet been serviced by the kernel
 
irq_desc[irq].status
 
|=
 
IRQ_PENDING;
 
if
 
(
 
!
 
(irq_desc[irq].status
 
&
 
(IRQ_DISABLED
 
|
 
IRQ_INPROGRESS))
 
//
 
如果当前状态不是IRQ_DISABLED 或者 IRQ_INPROGRESS
 
&&
 
irq_desc[irq].action) {
 
//
 
action指针有效
 
irq_desc[irq].status
 
|=
 
IRQ_INPROGRESS;
 
//
 
设置当前当前状态为IRQ_INPROGRESS: A handler for the IRQ is being executed
 
do
 
{
 
irq_desc[irq].status
 
&=
 
~
 
IRQ_PENDING;
 
//
 
设置当前当前状态不是IRQ_PENDING,因为下面要开始处理了
 
spin_unlock(
 
&
 
(irq_desc[irq].
 
lock
 
));
 
handle_IRQ_event(irq, regs, irq_desc[irq].action);
 
//
 
处理事件
 
spin_lock(
 
&
 
(irq_desc[irq].
 
lock
 
));
 
}
 
while
 
(irq_desc[irq].status
 
&
 
IRQ_PENDING);
 
//
 
如果当前状态还是IRQ_PENDING循环继续
 
irq_desc[irq].status
 
&=
 
~
 
IRQ_INPROGRESS;
 
//
 
设置当前状态不是IRQ_INPROGRESS
 
}
 
irq_desc[irq].handler
 
->
 
end(irq);
 
spin_unlock(
 
&
 
(irq_desc[irq].
 
lock
 
));
 
在循环处理IRQ请求的时候, 最开始要设置状态为 IRQ_INPROGRESS同时不是IRQ_PENDING, 这个循环处理IRQ请求的过程在当前状态是IRQ_PENDING则一直进行下去,
 
当该循环处理完毕之后, 再将状态设置为IRQ_INPROGRESS.
 
在从__do_IRQ函数返回后, 调用irq_exit函数:
 
void
 
irq_exit(
 
void
 
)
 
{
 
account_system_vtime(current);
 
sub_preempt_count(IRQ_EXIT_OFFSET);
 
if
 
(
 
!
 
in_interrupt()
 
&&
 
local_softirq_pending())
 
invoke_softirq();
 
preempt_enable_no_resched();
 
}
 
该函数首先调用sub_preempt_count减少抢占计数, 然后如果当前不在中断状态以及当前有未处理的软中断(softirq)则调用invoke_softirq函数(其实就是do_softirq函数)
 
处理软中断,最后调用preempt_enable_no_resched允许内核抢占.
 
转载自：http://www.cppblog.com/converse/archive/2009/05/03/81773.html

 
1、两过程定义与作用
 
子程序是微机基本程序结构中的1种，基本程序结构包括顺序(简单)、分支(判断)、循环、子程序和查表等5种。
 
子程序是一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，碰到调用指令就转去执行子程序，子
 
程序执行完后，返回指令就返回主程序断点(即调用指令的下一条指令)，继续执行没有处理完的主程序，这一过程叫做(主程序)
 
调用子程序过程。
 
子程序结构可简化程序，防止重复书写错误，并可节省内存空间。计算机中经常把常用的各种通用的程序段编成子程序，提供给用户
 
使用。用户在自己编写的程序中，只要会调用这些子程序，就可大大简化用户编程的困难。
 
中断是计算机中央处理单元CPU与外设I/O交换数据的一种方式，除此方式外，还有无条件、条件(查询)、存贮器直接存取DMA
 
和I/O通道等四种方式。由于无条件不可靠，条件效率低，DMA和I/O通道两方式硬件复杂，而中断方式CPU效率高，因此一般大多采用
 
中断方式。中断概念是当计算机正在执行某一(主)程序时，收到一中断请求，如果中断响应条件成立，计算机就把正在执行的程序暂停
 
一下，去响应处理这一请求，执行中断服务程序，处理完服务程序后，中断返回指令使计算机返回原来还没有执行完的程序断点处继续执
 
行，这一过程称为中断过程。有了中断，计算机才能具有并行处理，实时处理和故障处理等重要功能。
 
2、两过程的联系与区别
 
2.1联系
 
中断与调用子程序两过程属于完全不同的概念，但它们也有不少相似之处。两者都需要保护断点(即下一条指令地址)、跳至子程序
 
或中断服务程序、保护现场、子程序或中断处理、恢复现场、恢复断点(即返回主程序)。两者都可实现嵌套，即正在执行的子程序再调
 
另一子程序或正在处理的中断程序又被另一新中断请求所中断，嵌套可为多级。
 
正是由于这些表面上的相似处，很容易使学生把两者混淆起来，特别是把中断也看为子程序，这就大错特错了。
 
2.2区别
 
中断过程与调用子程序过程相似点是表面的，从本质上讲两者是完全不一样的。
 
两者的根本区别主要表现在服务时间与服务对象不一样上。首先，调用子程序过程发生的时间是已知和固定的，即在主程序中的调用
 
指令(CALL)执行时发生主程序调用子程序，调用指令所在位置是已知和固定的。而中断过程发生的时间一般的随机的，CPU在执行某一
 
主程序时收到中断源提出的中断申请时，就发生中断过程，而中断申请一般由硬件电路产生，申请提出时间是随机的(软中断发生时间是固
 
定的)，也可以说，调用子程序是程序设计者事先安排的，而执行中断服务程序是由系统工作环境随机决定的；其次，子程序完全为主程序
 
服务的，两者属于主从关系，主程序需要子程序时就去调用子程序，并把调用结果带回主程序继续执行。而中断服务程序与主程序两者一般
 
是无关的，不存在谁为谁服务的问题，两者是平行关系；第三，主程序调用子程序过程完全属于软件处理过程，不需要专门的硬件电路，而
 
中断处理系统是一个软、硬件结合系统，需要专门的硬件电路才能完全中断处理的过程；第四，子程序嵌套可实现若干级，嵌套的最多级数
 
由计算机内存开辟的堆栈大小限制，而中断嵌套级数主要由中断优先级数来决定，一般优先级数不会很大。

键盘I/O中断调用有三个功能，功能号为0, 1, 2，且必须把功能号放在AH中。
 
（1）0号功能调用 格式：MOV AH, 0
 INT 16H
 功能：从键盘读入字符送AL寄存器。执行时，等待键盘输入，一旦输入，字符的ASCII码放入AL中。若AL＝0，则AH为输入的扩展码。
 （2）1号功能调用
 格式：MOV AH, 01H
 INT 16H
 功能：用来查询键盘缓冲区，对键盘扫描但不等待，并设置ZF标志。若有按键操作（即键盘缓冲区不空），则ZF＝0，AL中存放的是输入的ASCII码，AH中存放输入字符的扩展码。若无键按下，则标志位ZF＝1。
 （3）2号功能调用
 格式： MOV AH, 02H
 INT 16H
 功能：检查键盘上各特殊功能键的状态。执行后，各种特殊功能键的状态放入AL寄存器中，
 这个状态字记录在内存0040H：0017H单元中，若对应位为“1”，表示该键状态为“ON”，处于按下状态；若对应位为“0”，表示该键状态为“OFF”，处于断开状态。
 【例4.46】
 MOV AH, 02H
 INT 16H ; 取键盘状态到AL中
 AND AL, 0000 0100B ; 检查Ctrl键是否按下
 JNZ CTRL-ON
 CTRL-ON: …
 检查Ctrl键是否按下，若按下，则控制转移到某个程序段执行