嵌入式操作係統中斷機製詳解

時間:2017-11-19 08:29 來源:ob体育竞彩

嵌入式操作係統中斷機製詳解
中斷控製是計算機發展中一種重要的技術。最初它是為克服對I/O接口控製采用程序查詢所帶來的處理器低效率而產生的。中斷控製的主要優點是隻有在I/O需要服務時才能得到處理器的響應，而不需要處理器不斷地進行查詢。由此，最初的中斷全部是對外部設備而言的，即稱為外部中斷（或硬件中斷）。但隨著計算機係統結構的不斷改進以及應用技術的提高，中斷的適用範圍也擴大，出現了所謂的內部中斷（或異常），是為解決機器運行時所出現的某些隨機事件及編程方便而出現的。因而形成了一個完整的中斷係統。中斷控製是所有計算機係統的一個核心模塊,不同的硬件平台,有不同的中斷機製.不管怎樣,中斷機製最核心的部分是中斷向量表，每一種硬件體係根據自己的實現提供一張中斷向量表。

中斷向量表：
此向量表提供了所有支持的中斷定義以及相應的中斷服務程序，當發生異常時，首先要保存當前的處理器狀態，然後進入到相應的異常向量地址，一般來說在異常向量地址是一個跳轉指令，使程序進入相應的異常處理過程。

X86中,中斷向量表存儲於存儲器的前1024字節中，它包括256種不同的4字節中斷向量。

ARM中，中斷向量表存儲於存儲器的低端或者高端地址的前0x1c（依賴於硬件的具體配置），它支持7種類型的異常，其中第一個中斷向量是複位中斷向量，當係統複位後，從此開始重新執行。

在Motorola的68K中，中斷向量表占用存儲器的1024字節中，它包括256種不同的中斷向量。其地址根據VBR的配置的不同而不同，其中第一個中斷向量是複位中斷向量，當係統複位後，從此開始重新執行。

中斷種類：
根據中斷向量表，可以把這些中斷具體分為同步中斷，異步中斷，軟中斷:

同步中斷（exception）,也即是我們通常所說的異常(),是在CPU執行特定指令時出現的非法情況，它的產生是由於前麵的CPU操作引起的，是同步發生的。比較典型的異常有：除零異常。一些體係結構下的複位中斷也可以算是一種異常。

異步中斷（interrupt）：主要是由外部事件觸發的，這就是我們常說的中斷，它的發生不可預料的，是異步的。比如說，鍵盤中斷等。在不同的體係結構中，中斷機製也不一樣。一般可以分為可屏蔽中斷和非屏蔽中斷。

軟中斷(software interrupt )：在大多數硬件體係結構中，都提供軟中斷的功能，主要用於進入管理模式等的手段。

X86中,除前32個作為Intel專用中斷向量外，其他224作為用戶自定義中斷。0~31的向量對應於異常和非屏蔽中斷。32~47的向量（即由I/O設備引起的中斷）分配給屏蔽中斷。48~255的向量用來標識軟中斷。Linux隻用了其中的一個（即128或0x80向量）用來實現係統調用。

ARM中，除了定義的5個異常外，有2個專門用於中斷，這2個中斷被分為快中斷和慢中斷。由於快中斷有專門的寄存器保存上下文，避免了許多上下文切換開銷，所以快中斷能夠比慢中斷快，而且在處理快中斷時，慢中斷會被屏蔽掉。這2個中斷提供了係統的所有中斷入口，係統查詢相應的中斷控製器來區分具體的中斷。

在Motorola的68K中，中斷向量表提供了7個中斷優先級和192個可分配的中斷向量，其中7級是不可屏蔽中斷。

參考：
1.Intel Xscale ProcessorDeveloper's Manual
2.MC680360 QUad 通訊控製器手冊
3.Intel係列微處理器結構，編程和接口技術大全
4.Arm 嵌入式處理器結構與應用基礎

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