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  • 中断服务函数与函数调用的区别

    千次阅读 2019-12-23 17:02:06
    在《微机原理》和《计算机组成》等课程[1-4]教学中(本文以MCS-51单片机为例),中断过程既是教学难点又是教学重点,它主程序调用子程序过程一定相似性,但又很大区别,调用子程序过程相对比较容易掌握,通过...

    在《微机原理》和《计算机组成》等课程[1-4]教学中(本文以MCS-51单片机为例),中断过程既是教学难点又是教学重点,它与主程序调用子程序过程有一定相似性,但又有很大区别,调用子程序过程相对比较容易掌握,通过把两过程结合起来,采用比较教学方法,能收到了很好的教学效果。

    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成中断处理的过程;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。


    中断是嵌入式系统中重要的组成部分,但是在标准C中不包含中断。许多编译开发商在标准C上增加了对中断的支持,提供新的关键字用于标示中断服务程序 (ISR),类似于__interrupt、#program interrupt等。当一个函数被定义为ISR的时候,编译器会自动为该函数增加中断服务程序所需要的中断现场入栈和出栈代码。

    中断服务程序需要满足如下要求:

    (1)不能返回值;

    (2)不能向ISR传递参数;

    (3) ISR应该尽可能的短小精悍;

    (4) printf(char * lpFormatString,…)函数会带来重入和性能问题,不能在ISR中采用。

    参阅网上资料和个人的一些理解

    a.为什么不能有返回值?

    中断服务函数的调用是硬件级别的,当中断产生,pc指针强制跳转到对应的中断服务函数入口,进入中断具有随机性,并不是某段代码对其进行调用,那么如果有返回值它的返回值返回给谁?显然这个返回值毫无意义,如果有返回值,它必定需要进行压栈操作,这样一来何时出栈怎么出栈将变得无法解决。

    b.不能向ISR传递参数?

    同理,也是由于这样会破坏栈的原因,因为函数传递参数必定会要求压栈出栈操作,由于进入中断服务函数的随机行,谁给它传递参数都成问题

    c.ISR应尽可能的短小精悍?

    如果某个中断频繁产生,而它对应的ISR相当的耗时,那么对中断的响应就会无限的延迟,会丢掉很多的中断请求

    d.printf(char * lpFormatString,…)函数会带来重入和性能问题,不能在ISR中采用。

    这就涉及到一个中断嵌套问题,由于printf之类的glibc函数采用的是缓冲机制,这个缓冲区是共享的,相当于一个全局变量,第一层中断来时,它向缓冲里面写入一些部分内容,恰好这时来了个优先级更高的中断,它同样调用了printf,也向缓冲里面写入一些内容,这样缓冲区的内容就错乱了。
    http://www.cnblogs.com/thammer/p/5017329.html

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  • 在《微机原理》和《计算机组成》等课程[1-4]教学中(本文以MCS-51单片机为例),中断过程既是教学难点又是教学重点,它主程序调用子程序过程一定相似性,但又很大区别,调用子程序过程相对比较容易掌握,通过...
    
    

    在《微机原理》和《计算机组成》等课程[1-4]教学中(本文以MCS-51单片机为例),中断过程既是教学难点又是教学重点,它与主程序调用子程序过程有一定相似性,但又有很大区别,调用子程序过程相对比较容易掌握,通过把两过程结合起来,采用比较教学方法,能收到了很好的教学效果。 
    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成中断处理的过程;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。
    http://blog.csdn.net/douyuhua0918/article/details/7473254

    中断是嵌入式系统中重要的组成部分,但是在标准C中不包含中断。许多编译开发商在标准C上增加了对中断的支持,提供新的关键字用于标示中断服务程序 (ISR),类似于__interrupt、#program interrupt等。当一个函数被定义为ISR的时候,编译器会自动为该函数增加中断服务程序所需要的中断现场入栈和出栈代码。
      中断服务程序需要满足如下要求:
      (1)不能返回值;
      (2)不能向ISR传递参数;
      (3) ISR应该尽可能的短小精悍;
      (4) printf(char * lpFormatString,…)函数会带来重入和性能问题,不能在ISR中采用。

     

      参阅网上资料和个人的一些理解

      a.为什么不能有返回值?

        中断服务函数的调用是硬件级别的,当中断产生,pc指针强制跳转到对应的中断服务函数入口,进入中断具有随机性,并不是某段代码对其进行调用,那么如果有返回值它的返回值返回给谁?显然这个返回值毫无意义,如果有返回值,它必定需要进行压栈操作,这样一来何时出栈怎么出栈将变得无法解决。

      b.不能向ISR传递参数?

        同理,也是由于这样会破坏栈的原因,因为函数传递参数必定会要求压栈出栈操作,由于进入中断服务函数的随机行,谁给它传递参数都成问题

      c.ISR应尽可能的短小精悍?

        如果某个中断频繁产生,而它对应的ISR相当的耗时,那么对中断的响应就会无限的延迟,会丢掉很多的中断请求

      d.printf(char * lpFormatString,…)函数会带来重入和性能问题,不能在ISR中采用。

        这就涉及到一个中断嵌套问题,由于printf之类的glibc函数采用的是缓冲机制,这个缓冲区是共享的,相当于一个全局变量,第一层中断来时,它向缓冲里面写入一些部分内容,恰好这时来了个优先级更高的中断,它同样调用了printf,也向缓冲里面写入一些内容,这样缓冲区的内容就错乱了。

    http://www.cnblogs.com/thammer/p/5017329.html





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  • 浅谈C语言函数调用与系统调用

    千次阅读 2019-11-12 09:55:50
    1. 函数调用和系统调用概述 ...其实函数调用和系统调用还是区别,我们通过下图先个全局的了解! 图1-1 系统功能模块关联图 从图1-1 我们可以知道应用程序访问内核,主要通过两种方式:中断和系统...

    1. 函数调用和系统调用概述

    1.1 定性的去区分函数调用和系统调用

    很多初学C语言的同学,亦或者开发中很少接触系统底层的同学可能会认为函数调用以及系统调用是一回事。因为在应用程序,两者都被抽象成接口去给应用程序调用。其实函数调用和系统调用还是有区别,我们通过下图先有个全局的了解!

    图1-1 系统功能模块关联图

     

    从图1-1 我们可以知道应用程序访问内核,主要通过两种方式:中断和系统调用接口。

    其一,中断是置于程序流程之外的,所以这种方式并不是我们访问内核的普遍方式,更多的是因为程序异常而引起的中断;

    其二,就是系统调用接口,例如使用 open、read 以及 write 去操作文件数据(相当于去访问硬盘)。

    而函数调用是无法直接访问内核的,函数调用需要访问内核,也只能通过系统调用的方式。

    所以,我们可以通过这种方式定性地去区分函数调用和系统调用: 接口直接访问内核的属于系统调用,其他则为函数调用

    1.2 为什么要封装好系统调用

    我们知道,32位 linux系统为了保证程序独立性,给每一个进程分配独立的4G地址空间(虚拟内存空间),但是4G地址空间又被划分为两个空间:用户空间以及内核空间,如下图:

    图1-2 进程地址空间划分图

    用户空间,存储的是一些进程常见的数据,例如代码、变量数据、堆区和栈区等,需要注意的是内核空间,虽然说系统给每一个进程都分配1G大小的内核空间,但是实际上,内核空间是操作系统中进程公用的。公用就会带来一个现实性的问题,就比如我们可以在自己的房间干任何事情(用户空间),去不能在公共场合(内核空间)为所欲为,活动在公共场合(内核空间),我们的行为会受到限制,对于操作系统也一样道理,内核空间属于进程公用,进程去访问内核必须保证不会给其他进程造成影响。

    如何去保证进程操作系统中公用的内核空间不会出现非法操作,打个比方说:如何保证银行内部数据不被非法操作,银行是提供一个ATM给你,你只能选择上面的接口操作。操作系统也“学习”了这样的模式,封装接口,保证数据操作正确性!

    不仅仅应用程序无法直接访问内核空间,只能通过系统调用访问内核空间,而且内核对用户空间的数据的不信任,对于通过系统调用的传递过来的数据也会做相应的检查,确保内核安全,确保内核安全是必须的,内核属于系统的软件核心,内核崩溃会导致整个软件系统的崩溃。为了保证应用程序传递的数据合法性以及内核数据的绝密性,通常会使用copy_from_user去检验和拷贝传递过来的数据,使用copy_to_user()检验和拷贝数据给应用程序。

    2.函数调用

    2.1 什么叫做函数调用

    int add(int a, int b){
    
        return(a + b);
    }
    
    int main(){
    
        int sum;
        
        sum = add(1 + 2);
        
        return 0;
    }

    如上是一个最简单的函数调用过程,了解什么叫函数调用,我们可以通过了解什么是函数?

    函数(function)是完成特定任务的独立程序代码单元。

                                                                                                                                                         ----《C Primer Plus》

    再来了解为啥需要使用函数?

    首先,使用函数可以省去编写重复代码的苦差。如果程序多次完成某一项。如果程序需要多次完成某项任务,那么只需编写一个适合的函数,就可以在需要时使用这个函数,或者在不同的程序中使用该函数,就像许多程序使用putchar() 一样。

    其次,即使程序只完成某项任务一次,也值得使用函数。因为函数使程序更加模块化,从而提高了程序代码的可读性,更方便后期修改、完善。

                                                                                                                                                         ----《C Primer Plus》

    函数调用是很好理解的,提高代码重用性以及模块性,调用相对应函数,得到某种结果。

    2.1 函数调用的过程

    函数调用会发生函数压栈以及出栈过程,具体可以参考如下博文和视频(博主对汇编不熟悉,所以就不具体分析了,以免误人子弟!)。

    浅析函数的调用过程

    汇编中的函数调用中栈的工作过程

    3.系统调用

    3.1 什么叫做系统调用

    为了和用户空间上运行的进程进行交互,内核提供了一组接口。透过该接口,应用程序可以访问硬件设备和其他操作系统资源。这组接口在应用程序和内核之间扮演了使者的角色,应用程序发送各种请求,而内核负责满足这些请求(或者让应用程序暂时搁置)

                                                                                                                                             ----《Linux内核设计与实现》

    3.2 系统调用的过程

    系统调用和函数调用在应用程使用几乎没有差别,但是内部实现过程是完全不同的,函数调用是通过函数入口地址直接跳转函数服务程序,而系统调用并非直接跳转系统调用服务程序,因为内核地址对于应用程序是不可用的,需要通过中断的方式进入内核态,再通过一系列的操作找到对应的服务程序。

    我们可以通过下图有一个了解:

    图3-1 系统调用过程流程图

    希望更详细的了解系统调用过程可以看看下面这篇博文:

    ioctl系统调用过程(深入Linux(ARM)内核源码)

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  • 中断与函数调用的区别

    千次阅读 2017-08-04 00:17:00
    在《微机原理》和《计算机组成》等课程[1-4]教学中(本文以MCS-51单片机为例),中断过程既是教学难点又是教学重点,它主程序调用子程序过程一定相似性,但又很大区别,调用子程序过程相对比较容易掌握,通过...

    http://www.cnblogs.com/linuxbird/archive/2013/06/06/3121738.html

    在《微机原理》和《计算机组成》等课程[1-4]教学中(本文以MCS-51单片机为例),中断过程既是教学难点又是教学重点,它与主程序调用子程序过程有一定相似性,但又有很大区别,调用子程序过程相对比较容易掌握,通过把两过程结合起来,采用比较教学方法,能收到了很好的教学效果。 
    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成中断处理的过程;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。

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  • 函数调用过程

    万次阅读 多人点赞 2018-01-31 09:21:19
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空空如也

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中断函数与函数调用有何不同