Linux操作系统内核编程中断处理程序解读
时间:2009-05-28 来源:opennewlife
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1)将中断类型码放入暂存器保存;
2)将标志寄存器内容压入堆栈,以保护中断时的状态;
3)将IF和TF标志清0。
目的是防止在中断响应的同时又来别的中断,而将TF清0是为了防止CPU以单步方式执行中断处理子程序。这时要特别提醒,因为CPU在中响应时自动关闭了IF标志,因此用户如要进行中断嵌套时,必须在自己的中断处理子程序中用开中断指令来重新设置IF;
4)保护断点。
断点指的是在响应中断时,主程序当前指令下面的一条指令的地址。保护断点就是将当前的IP和CS的内容入栈,为了以后正确地返回主程序;
5)根据取到的中断类型码,在中断向量表中找出相应的中断向量,将其装入IP和CS,即自动转向中断服务子程序。 《操作系统》教材太过于浓缩,只讲设计思路,不讲设计细节。只有真正接触具体设计时,才能真正明白那些设计思路的作用。 中断的概念和中断处理过程 (1)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)中断的概念与术语
◎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
内中断:即程序运行错误引起的中断
外中断:即由外部设备、接口卡引起的中断
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
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
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。
指令系统中,开中断指令,使中断触发器置“1”
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。 (4)中断处理过程:一次完整的中断过程由中断请求、中断响应和中断处理三个阶段组成。
◎中断请求:是由中断源发出的并送给CPU的控制信号,由中断源设备通过将接口卡上的中断触发器置“1”完成。
接口卡上还有一个中断屏蔽触发器
中断屏蔽触发器置“1”,表示要屏蔽该设备的中断请求;
中断屏蔽触发器置“0”,表示允许该设备发出中断请求;
◎中断响应:当CPU接到中断请求,若满足下列条件,就会响应中断。
响应中断的条件:
※允许中断触发器为“1”状态;
※ CPU结束了一条指令的执行过程;
※新请求的中断优先级较高;
中断响应要进行的工作:保存程序计数器PC的内容或许包括程序状态字的内容到堆栈(中断隐指令)
◎中断处理过程:
关中断->保存断点保护现场->判中断源转中断服务->开中断->执行中断服务程序->关中断->恢复现场恢复断点->开中断->返回断点 LINUX内核中中断处理程序 除最后一章外,目前我们在内核中所做的事情就是响应一个进程的请求,可能通过处理一个特殊文件、发送一个ioctl或进行一个系统调用。但是内核的工作不只是响应进程请求,另一个也是很重要的工作是向连接到机器的硬件发布命令或消息。 CPU和其他硬件的交互有两种。第一种是CPU给硬件发命令。另一种是硬件需要告诉CPU一些东西。第二种交互叫做中断,它很难实现,因为它需要处理硬件,而不是CPU。硬件设备通常由一个非常小的ram,而如果你不在这个ram中的信息可用时把它们读出,它们就会丢失。 在Linux下,硬件中断叫做IRQ(Interrupt Requests的缩写)。有两种IRQ,短类型和长类型。短IRQ需要很短的时间,在此期间机器的其他部分被锁定,而且没有其他中断被处理。一个长IRQ需要较长的时间,在此期间可能发生其他中断(但不是发自同一个设备)。如果可能的话,最好把一个中段声明为长类型。 如果CPU接到一个中断,它就会停止一切工作(除非它正在处理一个更重要的中断,在这种情况下要等到更重要的中断处理结束后才会处理这个中断),把相关的参数存储到栈里,然后调用中断处理程序。这意味着在中断处理程序本身中有些事情是不允许的,因为这时系统处在一个未知状态。解决这个问题的方法是让中断处理程序做需要马上做的事,通常是从硬件读取信息或给硬件发送信息,然后把对新信息的处理调度到以后去做(这叫做半底),返回。内核确保尽快调用半底,而当调用时,任何允许在内核模块中做的事情就都可以做了。 实现的方法是在接到相关的IRQ(在Intel平台上有16个IRQ)时调用中断处理程序。这个函数接到IRQ号码、函数名、标志、一个/proc/interrupts的名字和传给中断处理程序的一个参数。标志中可以包括SA_SHIRQ来表明你希望和其他处理程序共享此IRQ(通常很多设备公用一个IRQ),或者一个SA_INTERRUPT表明这是一个紧急中断。这个函数仅在此IRQ没有其他处理程序或需要共享所有处理程序时才会成功运行。 那么,有了中断处理程序,我们就可以和硬件通信,并且可以使用queue_task_irq和tq_immediate和mark_bh(BH_IMMEDIATE)来调度半底。在2.0版本中不能使用标准queue_task的原因是中断可能发生在某个queue_task的中间。我们需要mark_bh是因为早期的Linux版本只有一个长度为32的半底队列。现在它们中的一个(BH_IMMEDIATE)用于那些没有得到分配给它们的半底入口的驱动程序的半底链表。 Intel 结构上的键盘 注意:本章下面的内容都是完全针对Intel结构。如果你不是在Intel平台上的话,程序就不能工作,也不没有必要试图编译。 在写本章例子中的程序的时候我遇到一个问题。一方面,作为一个有用的例子它需要在每个人的机器上运行,得到正确的结果。另一方面,内核已经包含了所有普通设备的驱动程序,这些驱动程序和我要写的代码不一定能够共存。我找到的方法是给键盘中断写点东西,并且首先使正常的键盘中断无效。因为在内核源文件(drivers/char/keyboard.c)里它是作为一个静态符号被定义的,没有办法恢复它。在insmod这段代码前,在另一个终端sleep 120上做一次,如果要评估文件 系统的话,需要reboot。 这段代码把它自己绑定到IRQ1上,在Interl结构下这是键盘控制的IRQ。然后,当它接到一个键盘中断时,读出键盘的状态(这是inb(0x64)的目的)和由键盘返回的扫描码。然后,只要内核认为可以时,它就运行got_char给出键的编码(扫描码的前7位)和是否被按下的信息(如果第8位是0则表示按下,是1表示释放)。
ex intrpt.c |