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  • 多重中断
    千次阅读
    2020-03-22 19:22:56

    1
    二者的比较可用两种中断的服务程序流程图(见教材P201)的对比来说明,此处略。
    2)
    单重中断和多重中断的区别在于“开中断”的设置时间不同。对于单重中断,开中.
    断指令设置在最后“中断返回”之前,意味着在整个中断服务处理过程中,不能再响应其他
    中断源的请求。而对于多重中断,开中断指令提前至“保护现场”之后,意味着在保护现场
    之后,若有更高级别的中断源提出请求,CPU也可以响应,从而实现中断嵌套,这是二者
    的主要区别。

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    多重中断也叫中断嵌套(套娃) 1、多重中断的定义 如果CPU在执行某一中断服务程序过程中,又遇到了新的更高级的中断请求,CPU暂停原中断的处理,而转去处理新的中断,待处理完毕后,再返回继续处理原来的中断,这种...

    一。多重中断也叫中断嵌套(套娃)

    1、多重中断的定义

    如果CPU在执行某一中断服务程序过程中,又遇到了新的更高级的中断请求,CPU暂停原中断的处理,而转去处理新的中断,待处理完毕后,再返回继续处理原来的中断,这种中断称为多重中断,也称中断嵌套。
    在这里插入图片描述

    2、多重中断的处理原则

    若新的中断的优先级高于原中断的优先级,CPU响应新的中断;否则,CPU不予响应,必须待原中断处理完毕且返回主程序后,再响应新的中断。(这个地方其实可以参考一下计算机操作系统里面对动态的优先级算法)

    3、单重中断和多重中断比较

    在中断响应部分(中断隐指令),两者基本没用区别
    在中断服务阶段,多重中断需要在有新的中断请求时,比较优先级,如果请求者优先级低于正在执行者,则继续执行中断。如果高于,则需要中断当前的中断,这里需要保护现场的同时,需要保存屏蔽字
    在这里插入图片描述

    二。中断屏蔽字

    1. 中断屏蔽技术

    中断屏蔽技术主要用于多重中断,CPU要具备多重中断的功能,须满足下列条件

    1. 在中断服务程序中提前设置开中断指令。
    2. 优先级别高的中断源有权中断优先级别低的中断源。

    每个中断源都有一个屏蔽触发器,1表示屏蔽该中断源的请求,0表示可以正常申请,所有屏蔽触发器组合在一起,便构成一个屏蔽字寄存器,屏蔽字寄存器的内容称为屏蔽字。

    2. 屏蔽字设置的规律

    1. 一般用‘1’表示屏蔽,'0’表示正常申请。
    2. 每个中断源对应一个屏蔽字(在处理该中断源的中断服务程序时,屏蔽寄存器中的内容为该中断源对应的屏蔽字)。
    3. 屏蔽字中1’越多,优先级越高。每个屏蔽字中至少有一个’1’(至少要能屏蔽自身的中断)

    3. 多重中断中,中断的屏蔽字(举例)

    假设有A,B,C,D四个中断源,其硬件排队优先次序位D>A>C>B

    1. 由于中断源至少要能够屏蔽自身,所以在AA,BB,CC,DD先写1
    2. 根据优先级,相对优先级低于自身写1,反之写0
      在这里插入图片描述

    三。动态的引入中断源(中断的执行顺序)

    1.例题

    	继续前面的例子,假设每个中断的中断服务时间需求均是20ns
    	B在5ns时提出请求
    	D在10ns时提出请求
    	A在35ns时提出请求
    	C在60ns时提出请求
    

    时间轴图如下:
    在这里插入图片描述

    2.说明

    执行的顺序过程,类似于操作系统里面的动态的优先级调度算法。
    若当前没用程序中断请求时,先到的(当且仅当只有一个同时到达)直接进行中断服务。
    根据中断源的优先级来执行,若当前的中断程序优先级低于等待队列中(或刚进入)的中断程序,则当前中断程序进行中断,让出资源给优先级更高的中断程序。

    展开全文
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    控制系统多重中断并发程序测试动态工具设计.pdf

    2015 年 7 月 计算机工程与设计 2015

    第 36 卷 第 7 期 July.36 .7

    COM PU TER ENGINEERING AND DESIGN Vol No

    控制系统多重中断并发程序测试动态工具设计

    梁 昊1 ,2 , 艾云峰3 ,陈丽容2 ,沈怀荣4 ,赵永超5

    (1 . 装备学院 研究生管理大队 , 北京 101416 ; 2 . 中国航天科工集团第二研究院 706 所 , 北京 100854 ;

    3 . 中国科学院大学 工程管理与信息技术学院 ,北京 100049 ; 4 . 装备学院 航天装备系 , 北京 101416 ;

    5 . 国防大学 作战与指挥训练教研部 , 北京 100091)

    摘 要 : 为解决控制系统软件中多重中断导致的系统不稳定性和难以预测性 , 根据控制系统并发程序的具体特点 , 设计面

    向多重中断并发程序的测试工具 。 测试工具主要包括程序分析器 、 程序插装器 、 控制执行器 、 中断发生器 4 个部分 。 采用

    动态验证的测试方式 , 以动态偏序化简算法为基础 , 引入中断处理机制和 集合 , 将该算法应用于多重中断并发程序

    sleep

    的动态监测工具中 。 该工具可以对原子性违背 、 数据竞争者两种常见的多重中断并发错误进行有效检测 。

    关键词 : 多重中断 ; 迁移 ; 状态 ;数据竞争 ;原子性违背 ; 偏序化简

    中图法分类号 : 311.5 文献标识号 : 文章编号 :1000‐7024 (2015) 07‐1813‐07

    T P A

    doi :10.16208/. 1000‐7024.2015.07.026

    j issn

    Designing of dynamic testing tool for control system program

    with multiple interrupts

    1 ,2 , ‐ 3 , ‐ 2 , ‐ 4 , ‐ 5

    LIANG Hao AI Yun feng CHEN Li rong SHEN Huai rong ZHAO Yong chao

    (1 . , , 101416 , ;2 . 706 ,

    Company of Postgraduate

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    本文讲什么?

    这个系列的文章其实能够分红两个部分,计算机系统的其余硬件结构和CPU。 而咱们今天要讲述的内容,就是其余硬件结构中的最后一个部分——I/O(输入输出)系统。 这篇文章主要讲述的就是I/O系统的组成以及I/O系统的工做原理,下面就正式开始I/O系统之旅吧!缓存

    I/O设备的组成

    提及输入输出系统,其实咱们一点都不陌生。从咱们开始接触计算机到如今,鼠标、键盘、显示器等多是咱们一直在使用的,但仅仅是这些设备并无办法组成I/O系统,这只能算是I/O系统的一部分——外围设备(I/O硬件)。除了外围设备,I/O硬件还包括I/O接口。只有硬件没有软禁,这个系统只能是一堆废铁,因此,I/O软件和I/O硬件共同组成了计算机的I/O系统。cdn

    I/O软件

    所谓I/O软件,简单讲就是用来控制I/O硬件的,分红I/O指令和通道指令两个部分。I/O系统的主要任务就是**将用户输入的数据通过处理转换成人可以识别的数据再输出。**就好比我如今正在努力的敲键盘,而经过键盘输入的字符通过输入法转换成汉字,最终显示在屏幕上,尽管有些不太准确,但大体上就这这样一个过程。blog

    I/O指令 I/O指令其实是CPU指令的一部分,基本格式是这样的:【操做码|命令码|设备码】。操做码是一种控制指令,如访存、算数逻辑运算等,命令码是执行具体的指令,好比说算数逻辑运算中的加减乘除,而设备码就是外围设备在I/O系统中的编号。经过I/O指令,就可以实现对I/O设备的基本控制。接口

    通道指令 说道通道指令,咱们须要先了解一下I/O系统的发展史。 早期的I/O系统,由于设备较少,因此采用I/O设备直接与CPU链接的方式,很明显,设备一旦多了,就会对CPU形成严重的负担,因此有了接口这种链接方式;接口链接在I/O总线和I/O设备之间,起到了桥梁的做用,接口不但可以对数据进行缓冲,还能对中断进行处理,最终采用正确的逻辑,设备们就能分时占用CPU,大大的提升了速率。后来出现的DMA,一样起到了提升效率的做用,DMA可以在主存和I/O设备之间直接交换数据,进一步解放了CPU;虽然DMA方式不错,可是在大型机上面,I/O设备太多,交互十分频繁,CPU不但须要对众多的DMA进行管理,并且控制起来十分复杂,直接影响了CPU的效率,又有了通道这种结构。通道能够理解为一种特殊的处理器,功能和CPU相似,但确定不如CPU强大,它的做用仅仅是处理通过通道的数据,减轻CPU负担而已。最后就是I/O处理机,这玩意独立于系统而存在,功能更增强大,但不是重点,就不展开介绍了。 继续说通道指令,通道指令是通道自身的指令,用来执行I/O指令,好比读写磁盘、控制I/O设备的工做状态等等。事件

    I/O硬件

    I/O硬件基本包括接口和I/O设备两个部分,上面说的其实已经十分全面了,就再也不赘述。it

    I/O系统与主机的信息传输方式

    咱们以前讲的只是一个铺垫,这一章节最重要的仍是主机和I/O系统之间的数据传输。 在讲以前须要先了解一下I/O设备与主机之间的链接方式。io

    分散链接(辐射式链接):就是I/O系统发展阶段中的第一个阶段,各类设备都直接链接在主机上。这种方式不便于维护,成本相对较高。class

    总线链接:即用接口将总线和I/O设备链接起来,这样的便于增删设备。效率

    I/O系统与主机的信息传输方式共有5种,这里我值介绍三种,即程序查询方式、程序中断方式、DMA方式。基础

    程序查询方式

    这种方式,一张图就很好说明了。

    15b0c0e3ededaadca30cdeb3a3db018b.png

    程序查询方式就是利用CPU向I/O设备发送读取指令,而后再检查I/O设备的状态,若是I/O设备已经准备就绪,则一个一个字节的将数据传输到CPU中;若是I/O设备没有准备就绪,则CPU将会不断的向I/O设备发送查询请求,直到I/O设备准备好了。 注意,在CPU不断查询的过程当中,原有的程序是被打断了的,若是I/O设备没有准备好,那么原来执行的程序就不会执行,直到I/O设备就绪,且数据读取完毕,程序才会恢复。 上面说的是只有一个设备的状况,CPU会采起踏步查询的方式查询I/O设备是否准备好了。那么若是一个接口链接着多个I/O设备又当如何呢?以下图,当一个设备没有准备好的时候,就向下查询,而后若是仍是没有准备好,则循环这个过程。

    eaa99bf559c22333e6dc838af219025b.png

    能够看到,这种方式存在很是鲜明的优先级问题,极端一些,若是第一个设备请求完成一次,接着就进行下一次请求,那么后面的设备可能永远也没有办法获得CPU的“临幸”。

    程序中断方式

    这种方式就要比第一种方式聪明了,上一种方式是由CPU占据主导地位,而这种方式是由I/O设备占据主导。 只有当I/O设备准备好了之后,才会向CPU发送一个中断请求,表示我已经准备好了,而后CPU执行中断,与I/O设备进行数据交互。 图示以下:

    b5d1ff854c53d7a932433421dde8fa0e.png

    这种方式没有CPU的“原地踏步”式的查询,即CPU不会去等待设备准备好,而是设备准备好了,你直接通知CPU就行了,这无疑大大提升了效率。 注:中断程序的流程以下:保护现场-->中断服务-->恢复现场-->中断返回 这里额外讲述一下中断,实际上有两种中断方式,一种是单重中断,另一种就是多重中断。

    5e18252c76fd1e30d548decb8580df4c.png

    单重中断很好理解,就是中断现行的程序,转而去执行另一个服务,而多重中断则是在单重中断的基础上创建的。通常来说,I/O接口中的是否容许中断标记,在一个I/O设备发起中断后就关闭了,也就是再也不容许设备中断如今的中断程序,若是遇到特殊状况,如遇到紧急事件须要处理,那么就会中断如今的中断。就叫作你多重中断。

    DMA方式

    DMA方式就如同一开始讲的那样,DMA直接与主存进行数据交互,不占用CPU的时钟周期,直接I/O设备之间创建通路,再次提高了效率。 咱们来看一下DMA方式传送数据的过程:

    37ff9762d0a51ce4ccda9ff1a6382be1.png

    如图所示,DMA传输数据的过程包括三个过程。 首先是预处理,找到I/O设备输入的数据要存放在主存中的地址,而后找到I/O设备的地址,接着设定数据传送的个数。 接着是数据传送,由于DMA方式并不占用CPU,因此能够在主程序执行的过程当中,完成I/O设备的数据传送。 而后是后处理,即将DMA终结掉。

    I/O接口

    最后,咱们来了解下起到了桥梁做用的I/O接口。

    79f836287fc394a75751c2ef3a46e221.png

    如上图所示,I/O接口由数据缓冲寄存器、设备选择电路、设备状态标记、命令寄存器和命令译码器组成。之因此说I/O接口起到了桥梁的做用,是指它一端链接了CPU,另外一端则链接了I/O设备,可以有效的保证设备和CPU间 正确的数据交换。 接下来讲一下各个模块的做用: 设备选择电路:这个电路是一种比较器,简单能够理解为CPU向接口发送了一个设备地址,而比较器就是拿着这个设备地址去判断究竟那个I/O设备的地址和这个地址相同,若是找到则创建链接。 命令寄存器和命令译码器:起到了传送命令的做用 数据缓冲寄存器:缓冲从I/O设备中读取到的信息,或者是把CPU中传给I/O设备的数据缓存。 设备状态标记:能够用于标记设备的工做状态、标记设备是否准备完成、标记是否能够向CPU发送中断请求等

    总结

    本文介绍了I/O系统的组成,重点在介绍三种数据的传送方式。但愿可以帮助到你们更好的理解I/O系统,感谢阅读! 喜欢我文章的同窗,能够帮忙点个赞、关注一下我。 公众号:最高权限比特流

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