CPU中断过程
中断处理的全过程分为中断检测、中断响应和中断处理3个阶段。
1.中断检测
中断检测在每条指令结束时进行,检测是否有中断请求或是满足异常条件。
2.中断响应
中断响应是由处理器内部硬件完成的中断序列,而不是由程序执行的。在Intel 80x86中,中断响应过程的操作如下:
●对可屏蔽中断,从8259中断控制器芯片读取中断向量号;
●将标志寄存器EFLAG,CS和IP压栈;
●对于硬件中断,复位标志寄存器中的IF和TF位,禁止可屏蔽外部中断和单步异常;
●根据中断向量号,查找中断向量表,根据中断服务程序的首址转移到中断服务程序执行。
3.中断处理即执行中断服务程序。中断服务程序的主要内容如下:
●保存中断服务程序将要使用的所有寄存器的内容,以便于在退出中断服务程序之前进行恢复;
●如果中断向量被多个设备所共享,为了确定产生该中断信号的设备,需要轮询这些设备的中断状态寄存器;
●获取中断相关的其他信息;
●对中断进行具体的处理;
●恢复保存的上下文;
●执行中断返回指令,使CPU的控制返回到被中断的程序继续执行。
cpu响应中断的过程
cpu指令设置中断控制器,中断向量有内部中断和外部中断;当某一个未屏蔽的中断发生,cpu响应中断(打断当前正在执行的程序,保存指令断点),自动进入设定的中断服务程序,中断服务程序执行完毕再返回中断前的断点,继续执行主程序。
cpu处理中断的五步过程
1.请求中断 2.中断响应 3.关闭中断 4.保护断点 5.中断源识别 6.保护现场 7.中断服务 8.恢复现场 9.中断返回
中断处理期间cpu处于关中断状态
i/o中断的类型:外中断,内中断,软中断
i/o中断的功能:外设需要CPU处理时所发出的请求或者申请
I/O中断处理过程
关中断:进入不可再次响应中断的状态,此时CPU不再响应中断
保存断点和现场:在响应中断时,必须把当前的程序计数器PC中的内容(即断点)保存起来。现场信息一般是程序状态字,中断屏蔽寄存器和CPU某些寄存器的内容
判别中断源
开中断:允许更高级中断请求得到响应,实现中断嵌套
执行中断服务程序
退出中断
cpu响应中断时,进入中断周期
中断响应
中断响应是当中央处理机发现已有中断请求时,中止,保存现行程序执行,并自动引出中断处理程序的过程。
主要介绍
中断响应是解决中断的发现和接收问题的过程,是由中断装置完成的。中断响应是硬件对中断请求作出响应的过程,包括识别中断源,保留现场,引出中断处理程序等过程。
① CPU在当前指令执行结束时,响应中断,进入中断的响应周期;
② 发出二个中断回答信号INTA完成一个中断响应周期;
③ 进行断点及标志保存
如:将段地址(CS),偏移地址(IP)标志FR以及压入堆栈。
④ 读取中断类型号,找到中断源;
⑤ 装入中断服务程序的入口地址(CS,IP)
cpu中断处理机制
CPU响应中断:就是CPU要去执行相应的中断服务程序,其响应过程是CPU将现在执行程序的指令地址压入堆栈,跳转到中断服务程序入口地址,中断服务程序的入口地址就是中断向量,这个中断向量用2个16位寄存器存放。
入口地址是22位的,地址的低16位保存在该向量的低16位,地址的高16位则保存在它的高6位,更高的10位保留。
步骤一:任何一个PIE中断组的外设或外部中断产生中断。如果外设模块内的中断被使能,中断请求将被送到PIE模块。
步骤二:PIE模块将识别出别的PIE中断组x内的y中断(INTx.y)申请,然后相应的PIE中断标志位被锁存:PIEIFRx.y=1。
步骤三:PIE的中断如要送到CPU需满足下面两个条件:
1.相应的使能位必须被设置(PIEIERx.y=1)。
2.相应的PIEACKx位必须被清除。
步骤四:如果满足步骤三中的两个条件,中断请求将被送到CPU并且相应的响应寄存器位被置1(PIEACKx=1)。PIEACKx位将保持不变,除非为了使本组中的其他中断向CPU发出申请而清除该位。
步骤五:CPU中断标志位被置位(CPUIFRx=1),表明产生一个CPU级的挂起中断。
步骤六:如果CPU中断被使能(CPUIERx=1,或DBGIERx=1),并且全局中断使能(INTM=0),CPU将处理中断INTx。
步骤七:CPU识别到中断并且自动保存相关的中断信息,清除使能寄存器(IER)位,设置INTM,清除EALLOW。CPU完成这些任务准备执行中断服务程序。
步骤八:CPU从PIE中获取相应的中断向量。
步骤九:对于复用中断,PIE模块用PIEIERx和PIEIFRx寄存器中的值确定响应中断的向量地址。有以下两种情况:
1.在步骤四中若有更高优先级的中断产生,并使能了PIEIERx寄存器,且PIEIFRx的相应位处于挂起状态,则首先响应优先级更高的中断。
2.如果在本组内没有挂起的中断被使能,PIE将响应组内优先级最高的中断,调转地址使用INTx.1。这种操作相当于处理器的TRAP或INT指令。
CPU进入中断服务程序后,将清除PIEIFRx.y位。需要说明的是,PIEIERx寄存器用来确定中断向量,在清除PIEIERx寄存器时必须注意。
CPU中断系统产生中断
时钟中断:是指在计算机CMOS中一个芯片晶片中(常被称为实时时钟)由电池供电,用于计时,而另一个芯片则根据实时时钟提供的时间定期向CPU引脚发送中断信号的中断。
时钟中断非常特殊而且在系统作用也非常重大。
1.他用做记时。这点显而易见。
2.现在流行的操作系统linux和windows他们都是多进程并发执行的,为什么多进程可以并发,这是由中断支持的。一个进程执行的脚本是代码,而我们知道我们在写代码过程中不会每隔多少行,或者说多少命令就写一个让出CPU语句将自己停止。既然这样,就是说进程不会自己让出CPU了(让出CPU我想除了中断其他方式用的都是有自己特殊目的的,比如异常,让他来支持多进程并发运行显然不实际,因为他将会执行的异常处理程序,确切说他可能连进程也不会切换),那么就得靠其它中断来阻止他继续运行,让CPU停下来从新调度所有进程,然后给人造成多进程并发运行的假象。
那么只有靠硬件的中断了,(为什么不是软件呢,刚说过了正在执行的进程没有中断自己,其它进程还在内存中,连CPU都没拿到,它如何能向CPU中断引脚发送中断信号)硬件中断都是有自己的特殊用途的,一般他们目的都是想让CPU执行它们的驱动程序给他们提供服务,绝大部分是。明显时钟中断没这个要求,我的中断服务程序里面一个应该涉及到计时,除此之外我不需要CPU给我实时时钟提供什么服务。而且如果你操作系统不需要,甚至连前面的计时都可以不用。现在时钟中断了当前运行的进程,然后它按理应该做的是恢复原来的现场,但如果我不恢复现场呢,做一次进程调度。这样就实现了多进程并发运行。
当然如果你在代码中每隔几行加上一次自己主动让出CPU的语句(不一定是中断),但这么做明显将进程调度的部分任务交给了程序,编写的程序将会很复杂,而且每个语句指定时间长短不一,很难做到时间很短或者很确定时间。
CPU执行中断时为什么要关中断?
中断响应的条件:
1、有中断源发出的中断请求。
2、中断总允许位EA=1,即CPU开中断。
3、申请中断的中断源的中断允许位为1,即中断没有被屏蔽。
4、无同级或更高级中断正在被服务。
5、当前的指令周期已经结束。
中断响应受到阻断的情况:
CPU正在执行一个同级或高级的终端服务程序。
当前的机器周期不是正在执行指令的最后一个周期。
正在执行的指令是中断返回指令。执行中断返回后,至少再执行一条其他指令才响应中断。
中断发生时cpu做什么
所谓中断,是指CPU在正常运行程序时,由于程序的预先安排或内外部事件,引起CPU中断正在运行的程序,而转到发生中断事件程序中。这些引起程序中断的事件称为中断源。
其实从物理学的角度看,中断是一种电信号,由硬件设备产生,并直接送入中断控制器(如 8259A)的输入引脚上,然后再由中断控制器向处理器发送相应的信号。处理器一经检测到该信号,便中断自己当前正在处理的工作,转而去处理中断。此后,处理器会通知 OS 已经产生中断。这样,OS 就可以对这个中断进行适当的处理。不同的设备对应的中断不同,而每个中断都通过一个唯一的数字标识,这些值通常被称为中断请求线。
cpu中断处理过程
一般中断处理的主要步骤分别是中断请求、中断判优、中断响应、中断处理和中断返回。 在微机系统中,对于外部中断,中断请求信号是由外部设备产生,并施加到CPU的NMI或INTR引脚上,CPU通过不断地检测NMI和INTR引脚信号来识 别是否有中断请求发生。对于内部中断,中断请求方式不需要外部施加信号激发,而是通过内部中断控制逻辑去调用。无论是外部中断还是内部中断,中断处理过程 都要经历以下步骤: 请求中断→响应中断→关闭中断→保留断点→中断源识别→保护现场→中断服务子程序→恢复现场→中断返回。 请求中断 当某一中断源需要CPU为其进行中断服务时,就输出中断请求信号,使中断控制系统的中断请求触发器置位,向CPU请求中断。系统要求中断请求信号一直保持到CPU对其进行中断响应为止。 中断响应 CPU对系统内部中断源提出的中断请求必须响应,而且自动取得中断服务子程序的入口地址,执行中断 服务子程序。对于外部中断,CPU在执行当前指令的最后一个时钟周期去查询INTR引脚,若查询到中断请求信号有效,同时在系统开中断(即IF=1)的情 况下,CPU向发出中断请求的外设回送一个低电平有效的中断应答信号,作为对中断请求INTR的应答,系统自动进入中断响应周期。 关闭中断 CPU响应中断后,输出中断响应信号,自动将状态标志寄存器FR或EFR的内容压入堆栈保护起来,然后将FR或EFR中的中断标志位IF与陷阱标志位TF清零,从而自动关闭外部硬件中断。因为CPU刚进入中断时要保护现场,主要涉及堆栈操作,此时不能再响应中断,否则将造成系统混乱。 保护断点 保护断点就是将CS和IP/EIP的当前内容压入堆栈保存,以便中断处理完毕后能返回被中断的原程序继续执行,这一过程也是由CPU自动完成。 中断源识别 当系统中有多个中断源时,一旦有中断请求,CPU必须确定是哪一个中断源提出的中断请求,并由中断控制器给出中断服务子程序的入口地址,装入CS与IP/EIP两个寄存器。CPU转入相应的中断服务子程序开始执行。 保护现场 主程序和中断服务子程序都要使用CPU内部寄存器等资源,为使中断处理程序不破坏主程序中寄存器的内容,应先将断点处各寄存器的内容压入堆栈保护起来,再进入的中断处理。现场保护是由用户使用PUSH指令来实现的。 中断服务 中断服务是执行中断的主体部分,不同的中断请求,有各自不同的中断服务内容,需要根据中断源所要完成的功能,事先编写相应的中断服务子程序存入内存,等待中断请求响应后调用执行。 恢复现场 当中断处理完毕后,用户通过POP指令将保存在堆栈中的各个寄存器的内容弹出,即恢复主程序断点处寄存器的原值。 中断返回 在中断服务子程序的最后要安排一条中断返回指令IRET,执行该指令,系统自动将堆栈内保存的 IP/EIP和CS值弹出,从而恢复主程序断点处的地址值,同时还自动恢复标志寄存器FR或EFR的内容,使CPU转到被中断的程序中继续执行。