如果要你講一下中斷，你會怎么去描述一個中斷的觸發流程呢？

最基礎的可能就是：保護現場 - 中斷處理 - 恢復現場...

那保護現場做了什么事情？中斷處理需要注意什么事情？恢復現場又做了什么事情？

相對應的，關于中斷，還有很多這樣的問題：

觸發中斷的因素有哪些？

各中斷源如何向CPU提出中斷請求？

CPU如何區分是哪個中斷觸發的請求？

當多個中斷源同時提出中斷請求時，中斷系統如何確定優先響應哪個中斷請求？

CPU在什么條件、什么時候、以什么方式來響應中斷？

CPU響應中斷后，如何保護現場？

CPU響應中斷后，如何停止源程序的執行而轉入中斷服務程序的入口地址？

CPU響應中斷結束后，如何恢復現場？如何返回到源程序的間斷處？

在中斷處理的過程中又出現了新的中斷請求，CPU該如何處理？

設計中斷系統時，需要考慮哪些主要問題？

本文希望就以上的問題，對中斷觸發和響應流程進行一個詳細的描述。力求可以通過一篇文章將中斷講明白！

首先，我先簡單的描述一個中斷的觸發流程：

我們通過某些操作（例如按下按鍵），產生了電信號（電平觸發 / 邊沿觸發）；

這些電平信號，通過硬件上的中斷引腳，被傳遞到了中斷控制器；

如果該中斷沒有被關閉/屏蔽，中斷控制器會向CPU發送中斷請求；

CPU收到中斷請求后，判斷是否響應該中斷；

（保護現場）如果一切條件滿足，響應中斷，將當前正在運行的程序上下文保存到寄存器/堆棧中；

（中斷處理）CPU尋找中斷服務程序的入口地址，跳轉到中斷服務程序運行；

（恢復現場）中斷處理結束后，CPU會將之前保存在堆棧中的斷點和寄存器重新恢復；

CPU繼續運行之前被打斷的程序。

在上述例子中，相關的問題如下：

產生中斷的方式有哪些？

答：主動觸發、軟件觸發、硬件觸發。

主動觸發（程序中通過函數接口，通知CPU進行中斷處理）

內部中斷（數據溢出、非法地址訪問、未識別的操作碼...）

外部中斷（輸入/輸出設備、硬件設備故障...）

CPU如何區分是哪個中斷源觸發的請求？

答：中斷引腳+中斷號。

每一個能夠發出中斷請求的硬件設備控制器都有一條名為“IRQ”的輸出線。

所有的IRQ輸出線都與一個名為可編程中斷控制器的硬件電路輸入引腳相連。

中斷控制器會監視IRQ線上的信號。

如果IRQ線上出現信號，中斷控制器會將其轉化成對應的中斷號，通知CPU處理。

CPU根據中斷號，在中斷向量表中找到對應的中斷處理程序

外部設備進行I/O操作時，會隨機產生中斷請求信號。這個信號中會有特定的標志，使計算機能夠判斷是哪個設備提出中斷請求，這個信號就叫做中斷號。

中斷號一般是由中斷控制器提供的，中斷控制器支持一系列的中斷源，并提供對應的中斷號。中斷引腳也是由中斷控制器上引出來的。

即中斷控制器將中斷引腳和中斷號關聯起來，CPU又將中斷號和中斷處理程序關聯起來，

最終實現了通過中斷引腳上的信號，觸發CPU去執行中斷處理程序。

當多個中斷源同時提出中斷請求時，中斷系統（中斷控制器）如何確定優先響應哪個中斷請求？

答：中斷優先級+中斷屏蔽

為使系統能及時響應并處理發生的所有中斷，系統根據引起中斷事件的重要性和緊迫程度，硬件將中斷源分為若干個級別，稱作中斷優先級。

在實際系統中，常常遇到多個中斷源同時請求中斷的情況，這時CPU必須確定首先為哪一個中斷源服務，以及服務的次序。

解決的方法是中斷優先排隊，即根據中斷源請求的輕重緩急，排好中斷處理的優先次序即優先級( Priority )，又稱優先權，先響應優先級最高的中斷請求。

另外，當CPU正在處理某一中斷時，要能響應另一個優先級更高的中斷請求，而屏蔽掉同級或較低級的中斷請求，形成中斷嵌套。

CPU在什么時候、什么條件、以什么方式來響應中斷？

答：可以從產生中斷、接收中斷、執行中斷角度去描述。

中斷控制器對應的中斷引腳上收到信號（產生中斷），中斷未被屏蔽、中斷優先級最高（接收中斷），CPU當前處于可以切換上下文的狀態（執行中斷）。

CPU響應中斷條件：

有中斷源發出的中斷請求；

中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷；

申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽；

無同級或更高級中斷正在被服務；

當前的指令周期已經結束。

（保護現場）CPU響應中斷后，在開始執行中斷服務程序之前，需要做哪些操作？如何保護現場？如何保存原程序斷點？

答：簡單來說就是，寄存器、堆棧、壓棧。

保護現場就是當出現中斷時，把CPU的狀態，也就是當前程序地址保存在寄存器中，隨后轉向執行其他任務，當任務完成，從寄存器中取出地址繼續執行。保護現場其實就是保存中斷前一時刻的狀態不被破壞。

CPU保護現場做如下動作：

將標志寄存器內容壓入堆棧，以保護中斷時的狀態；

將IF和TF標志清0，目的是防止在中斷響應的同時又來別的中斷，而將TF清0是為了防止CPU以單步方式執行中斷處理子程序。這時要特別提醒，因為CPU在中斷響應時自動關閉了IF標志，因此用戶如要進行中斷嵌套時，必須在自己的中斷處理子程序中用開中斷指令來重新設置IF；

保護斷點，斷點指的是在響應中斷時，主程序當前指令下面的一條指令的地址。因此保護斷點的動作就是將當前的IP和CS的內容入棧，保護斷點是為了以后正確地返回主程序；

Ps：保護現場應該包括保護程序斷點和保護CPU內部各寄存器內容的現場倆個方面

Ps：主程序和中斷服務子程序都要使用CPU內部寄存器等資源，為使中斷處理程序不破壞主程序中寄存器的內容，應先將斷點處各寄存器的內容壓入堆棧保護起來，再進入的中斷。

（執行中斷）CPU響應中斷后，如何轉入中斷服務程序運行？

答：中斷向量表。

CPU響應中斷做如下動作：

根據中斷號（由中斷控制器傳遞），在中斷向量表中找出相應的中斷服務程序的入口地址，跳轉至中斷服務子程序執行。

Ps：驅動在申請注冊中斷時，會將中斷服務程序和中斷號進行綁定。

Ps：中斷號是由中斷控制器提供的，中斷控制器將對應的中斷號和中斷引腳進行綁定。

（恢復現象）CPU響應中斷結束后，在開始執行中斷服務程序之后，需要做哪些操作？如何恢復現場？如何返回到原程序的斷點處？

答：簡單來說就是，寄存器、堆棧、出棧。

恢復現場就是指將各寄存器和指針恢復到中斷前的狀態。

當中斷處理完畢后，CPU將原程序保存在堆棧中的各個寄存器的內容彈出，即恢復原程序斷點處寄存器的原值。

CPU保護現場做如下動作：

恢復斷點，斷點指的是在響應中斷時，原程序當前指令下面的一條指令的地址。因此恢復斷點的動作就是將先前的指針和寄存器的內容出棧，即恢復原程序斷點處寄存器的原值；

將IF和TF標志置1，允許接收新的中斷；

審核編輯：湯梓紅