INTERRUPT

中斷是硬件和軟件交互的一種機(jī)制，可以說(shuō)整個(gè)操作系統(tǒng)，整個(gè)架構(gòu)都是由中斷來(lái)驅(qū)動(dòng)的。中斷的機(jī)制分為兩種，中斷和異常，中斷通常為 設(shè)備觸發(fā)的異步事件，而異常是 執(zhí)行指令時(shí)發(fā)生的同步事件。本文主要來(lái)說(shuō)明 外設(shè)觸發(fā)的中斷，總的來(lái)說(shuō)一個(gè)中斷的起末會(huì)經(jīng)歷設(shè)備，中斷控制器，CPU 三個(gè)階段：設(shè)備產(chǎn)生中斷信號(hào)，中斷控制器翻譯信號(hào)，CPU 來(lái)實(shí)際處理信號(hào)。

本文用 的實(shí)例來(lái)講解多處理器下的中斷機(jī)制，從頭至尾的來(lái)看一看，中斷經(jīng)歷的三個(gè)過(guò)程。其中第一個(gè)階段設(shè)備如何產(chǎn)生信號(hào)不講，超過(guò)了操作系統(tǒng)的范圍，也超過(guò)了我的能力范圍。各種硬件外設(shè)有著自己的執(zhí)行邏輯，有各種形式的中斷觸發(fā)機(jī)制，比如邊沿觸發(fā)，電平觸發(fā)等等?？偟膩?lái)說(shuō)就是向中斷控制器發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，中斷控制器再作翻譯發(fā)送給 ， 再執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)χ袛噙M(jìn)行處理。

中斷控制器

說(shuō)到中斷控制器，是個(gè)什么東西？中斷控制器可以看作是中斷的代理，外設(shè)是很多的，如果沒(méi)有一個(gè)中斷代理，外設(shè)想要給 發(fā)送中斷信號(hào)來(lái)處理中斷，那只能是外設(shè)連接在 的管腳上， 的管腳是很寶貴的，不可能拿出那么多管腳去連接外設(shè)。所以就有了中斷控制器這個(gè)中斷代言人，所有的 外設(shè)連接其上，發(fā)送中斷請(qǐng)求時(shí)就向中斷控制器發(fā)送信號(hào)，中斷控制器再通知 CPU，如此便解決了上述問(wèn)題。

中斷控制器有很多，前文講過(guò) PIC，PIC 只用于單處理器，對(duì)于如今的多核多處理器時(shí)代，PIC 無(wú)能為力，所以出現(xiàn)了更高級(jí)的中斷控制器 APIC ，APIC() 高級(jí)可編程中斷控制器，APIC 分成兩部分 LAPIC 和 IOAPIC，前者 LAPIC 位于 內(nèi)部，每個(gè) 都有一個(gè) LAPIC，后者 IOAPIC 與外設(shè)相連。外設(shè)發(fā)出的中斷信號(hào)經(jīng)過(guò) IOAPIC 處理之后發(fā)送給 LAPIC，再由 LAPIC 決定是否交由 進(jìn)行實(shí)際的中斷處理。

可以看出每個(gè) 上有一個(gè) LAPIC，IOAPIC 是系統(tǒng)芯片組一部分，各個(gè)中斷消息通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送接收。關(guān)于 APIC 的內(nèi)容很多也很復(fù)雜，詳細(xì)描述的可以參考 開(kāi)發(fā)手冊(cè)卷三，本文不探討其中的細(xì)節(jié)，只在上層較為抽象的層面講述，理清 APIC 模式下中斷的過(guò)程。

計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候要先對(duì) APIC 進(jìn)行初始化，后續(xù)才能正確使用，前面說(shuō)過(guò)初始化就是設(shè)置一些寄存器，這部分我在再談中斷(APIC)有所講解，本文關(guān)于寄存器這一塊不會(huì)再詳述，可以先看一看。下面來(lái)看看 APIC 在一種較為簡(jiǎn)單的工作模式下的初始化過(guò)程：

IOAPIC

初始化 IOAPIC 就是設(shè)置 IOAPIC 的寄存器，IOAPIC 寄存器一覽：

所以有了以下定義：

#define?REG_ID?????0x00??//?Register?index:?ID
#define?REG_VER????0x01??//?Register?index:?version
#define?REG_TABLE??0x10??//?Redirection?table?base??重定向表
但是這些寄存器是不能直接訪(fǎng)問(wèn)的，需要通過(guò)另外兩個(gè)映射到內(nèi)存的寄存器來(lái)讀寫(xiě)上述的寄存器。

內(nèi)存映射的兩個(gè)寄存器

這兩個(gè)寄存器是內(nèi)存映射的，IOREGSEL，地址為 ；IOWIN，地址為 。IOREGSEL 用來(lái)指定要讀寫(xiě)的寄存器，然后從 IOWIN 中讀寫(xiě)。也就是常說(shuō)的 index/data 訪(fǎng)問(wèn)方式，或者說(shuō) ，用 index 端口指定寄存器，從 data 端口讀寫(xiě)寄存器，data 端口就像是所有寄存器的窗口。

而所謂內(nèi)存映射，就是把這些寄存器看作內(nèi)存的一部分，讀寫(xiě)內(nèi)存，就是讀寫(xiě)寄存器，可以用訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存的指令比如 mov 來(lái)訪(fǎng)問(wèn)寄存器。還有一種是 IO端口映射，這種映射方式是將外設(shè)的 IO端口(外設(shè)的一些寄存器) 看成一個(gè)獨(dú)立的地址空間，訪(fǎng)問(wèn)這片空間不能用訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存的指令，而需要專(zhuān)門(mén)的 in/out 指令來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。

通過(guò) IOREGSEL 和 IOWIN 既可以訪(fǎng)問(wèn)到 IOAPIC 所有的寄存器，所以結(jié)構(gòu)體 如下定義：

struct?ioapic?{
??uint?reg;???????//IOREGSEL
??uint?pad[3];????//填充12字節(jié)
??uint?data;??????//IOWIN
};
填充 字節(jié)是因?yàn)?IOREGSEL 在 ，長(zhǎng)度為 4 字節(jié)，IOWIN 在 ，兩者中間差了 2 字節(jié)，所以填充 字節(jié)補(bǔ)上空位方便操作。

通過(guò) IOREGSEL?選定寄存器，然后從IOWIN中讀寫(xiě)相應(yīng)寄存器，因此也能明白下面兩個(gè)讀寫(xiě)函數(shù)：

static?uint?ioapicread(int?reg)
{
??ioapic->reg?=?reg;????//選定寄存器reg
??return?ioapic->data;??//從窗口寄存器中讀出寄存器reg數(shù)據(jù)
}

static?void?ioapicwrite(int?reg,?uint?data)
{
??ioapic->reg?=?reg;????//選定寄存器reg
??ioapic->data?=?data;??//向窗口寄存器寫(xiě)就相當(dāng)于向寄存器reg寫(xiě)
}
這兩個(gè)函數(shù)就是根據(jù) 來(lái)讀寫(xiě) IOAPIC 的寄存器。下面來(lái)看看 IOAPIC 寄存器分別有些什么意義，了解了之后自然就知道為什么要這樣那樣的初始化了。下面只說(shuō) 中涉及到的寄存器，其他的有興趣見(jiàn)文末鏈接。

IOAPIC 寄存器

ID Register

• 索引為 0

• ：ID

Version Register

• 索引為 1

• 表示版本，

• 表示重定向表項(xiàng)最多有幾個(gè)，這里就是 23(從 0 開(kāi)始計(jì)數(shù))

重定向表項(xiàng)

IOAPIC 有 24 個(gè)管腳，每個(gè)管腳都對(duì)應(yīng)著一個(gè) 64 位的重定向表項(xiàng)(也相當(dāng)于 64 位的寄存器)，保存在 ，重定向表項(xiàng)的格式如下所示：

這是 大佬在他的 中總結(jié)出來(lái)的，很全面也很復(fù)雜，這里有所了解就好，配合著下面的初始化代碼對(duì)部分字段作相應(yīng)的解釋。

IOAPIC 初始化

#define?IOAPIC??0xFEC00000???//?Default?physical?address?of?IO?APIC

void?ioapicinit(void)
{
??int?i,?id,?maxintr;

??ioapic?=?(volatile?struct?ioapic*)IOAPIC;??????//IOREGSEL的地址
??maxintr?=?(ioapicread(REG_VER)?>>?16)?