如何從軟件與硬件的角度去看一個中斷,一個中斷的完整流程應(yīng)該是什么樣子?
?創(chuàng)建對應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)(軟件):在編寫操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序時,需要為每個中斷源創(chuàng)建一個對應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)(Interrupt Service Routine, ISR)。這個函數(shù)是用于處理特定中斷的程序,當發(fā)生中斷時,處理器會跳轉(zhuǎn)到這個函數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的操作。
?將中斷服務(wù)函數(shù)綁定到特定的中斷號,也叫中斷注冊(軟件):在操作系統(tǒng)或硬件系統(tǒng)中,需要將每個中斷源與相應(yīng)的中斷號進行綁定。這個過程通常在初始化時完成,以確保當發(fā)生中斷時能夠正確地調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)。這個綁定可以通過編程實現(xiàn),例如在Linux系統(tǒng)中可以使用register_interrupt函數(shù)將中斷服務(wù)函數(shù)注冊到特定的中斷號。
?模塊產(chǎn)生原始中斷 (邏輯):當某個硬件設(shè)備需要中斷處理器服務(wù)時,它會向中斷控制器發(fā)送一個中斷請求。這個請求可能由硬件信號線或特定協(xié)議(如PCI Express)發(fā)送。例如,當硬盤讀寫錯誤時,硬盤控制器會向中斷控制器發(fā)送一個中斷請求。
原始中斷是指當某個設(shè)備或部件需要CPU的注意時,它會通過向CPU發(fā)送一個中斷信號來請求CPU的注意。這個中斷信號是由硬件電路產(chǎn)生的,是電信號,可以被CPU感知到。原始中斷通常是由硬件設(shè)備或系統(tǒng)自發(fā)產(chǎn)生的,例如鍵盤按鍵、定時器、打印機等。
?經(jīng)過int_mask判斷后未被屏蔽從而中斷狀態(tài)拉高 (邏輯):中斷控制器接收到中斷請求后,會根據(jù)int_mask判斷該中斷是否被屏蔽。如果未被屏蔽,則將中斷狀態(tài)拉高,以便處理器能夠感知到這個中斷請求。這個過程中斷控制器會根據(jù)int_mask中的位圖判斷當前的中斷是否被屏蔽,如果未被屏蔽則將對應(yīng)的中斷狀態(tài)位拉高。
中斷的int_mask是中斷掩碼。它是一個只讀寄存器,用于顯示哪些位當前被屏蔽,哪些位未被屏蔽/啟用。通過設(shè)置int_mask,可以屏蔽或開啟某些中斷。
?模塊頂層信號 xxx_int拉高后,送給特定中斷號對應(yīng)處理器(CPU&MCU等)的對應(yīng)bit (邏輯):當中斷狀態(tài)被拉高后,模塊頂層信號 xxx_int 會被拉高,并將這個信號送給特定中斷號對應(yīng)處理器的對應(yīng)bit。這個過程是由硬件邏輯實現(xiàn)的,通常與處理器的架構(gòu)和中斷控制器的設(shè)計有關(guān)。例如,在x86架構(gòu)的計算機中,當某個中斷狀態(tài)被拉高后,對應(yīng)的處理器會通過APIC總線將對應(yīng)的中斷信號發(fā)送給處理器。
?中斷信號拉高后,進入對應(yīng)bit的中斷服務(wù)函數(shù)(邏輯):當處理器的對應(yīng)bit接收到中斷信號后,處理器會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)去處理這個中斷。這個過程是由硬件自動完成的,通常與處理器的架構(gòu)和操作系統(tǒng)的設(shè)計有關(guān)。例如,在x86架構(gòu)的計算機中,當處理器接收到一個中斷信號后,它會通過CSIP和IVT寄存器跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的操作。
硬件層面,中斷系統(tǒng)需要硬件設(shè)備(如中斷控制器)來捕捉中斷信號,并將信號傳遞給CPU。在接收到中斷信號后,CPU會根據(jù)中斷號在中斷向量表中查找對應(yīng)的入口地址,然后跳轉(zhuǎn)到這個地址執(zhí)行對應(yīng)的中斷服務(wù)程序。這個過程是由硬件自動執(zhí)行的,不需要軟件的參與。
?執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)的內(nèi)容 (軟件):在中斷服務(wù)函數(shù)中,會根據(jù)設(shè)備的需求進行相應(yīng)的操作,例如讀取數(shù)據(jù)、發(fā)送響應(yīng)等。這個過程是由軟件實現(xiàn)的,通常與設(shè)備的驅(qū)動程序和操作系統(tǒng)的設(shè)計有關(guān)。例如,在Linux系統(tǒng)中,當執(zhí)行完一個中斷服務(wù)函數(shù)后,它通常會通過調(diào)用handle_irq_event函數(shù)來處理設(shè)備的事件。
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