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該是什么樣子?
?創建對應的中斷服務函數(軟件):在編寫操作系統或應用程序時,需要為每個中斷源創建一個對應的中斷服務函數(Interrupt Service Routine, ISR)。這個函數是用于處理特定中斷的程序,當發生中斷時,處理器會跳轉到這個函數執行相應的操作。
?將中斷服務函數綁定到特定的中斷號,也叫中斷注冊(軟件):在操作系統或硬件系統中,需要將每個中斷源與相應的中斷號進行綁定。這個過程通常在初始化時完成,以確保當發生中斷時能夠正確地調用相應的中斷服務函數。這個綁定可以通過編程實現,例如在Linux系統中可以使用register_interrupt函數將中斷服務函數注冊到特定的中斷號。
?模塊產生原始中斷 (邏輯):當某個硬件設備需要中斷處理器服務時,它會向中斷控制器發送一個中斷請求。這個請求可能由硬件信號線或特定協議(如PCI Express)發送。例如,當硬盤讀寫錯誤時,硬盤控制器會向中斷控制器發送一個中斷請求。
原始中斷是指當某個設備或部件需要CPU的注意時,它會通過向CPU發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生的,是電信號,可以被CPU感知到。原始中斷通常是由硬件設備或系統自發產生的,例如鍵盤按鍵、定時器、打印機等。
?經過int_mask判斷后未被屏蔽從而中斷狀態拉高 (邏輯):中斷控制器接收到中斷請求后,會根據int_mask判斷該中斷是否被屏蔽。如果未被屏蔽,則將中斷狀態拉高,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的中斷狀態位拉高。
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處理器(CPU&MCU等)的對應bit (邏輯):當中斷狀態被拉高后,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處理器的對應bit。這個過程是由硬件邏輯實現的,通常與處理器的架構和中斷控制器的設計有關。例如,在x86架構的計算機中,當某個中斷狀態被拉高后,對應的處理器會通過APIC總線將對應的中斷信號發送給處理器。
?中斷信號拉高后,進入對應bit的中斷服務函數(邏輯):當處理器的對應bit接收到中斷信號后,處理器會跳轉到相應的中斷服務函數去處理這個中斷。這個過程是由硬件自動完成的,通常與處理器的架構和操作系統的設計有關。例如,在x86架構的計算機中,當處理器接收到一個中斷信號后,它會通過CSIP和IVT寄存器跳轉到對應的中斷服務函數執行相應的操作。
硬件層面,中斷系統需要硬件設備(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會根據中斷號在中斷向量表中查找對應的入口地址,然后跳轉到這個地址執行對應的中斷服務程序。這個過程是由硬件自動執行的,不需要軟件的參與。
?執行中斷服務函數的內容 (軟件):在中斷服務函數中,會根據設備的需求進行相應的操作,例如讀取數據、發送響應等。這個過程是由軟件實現的,通常與設備的驅動程序和操作系統的設計有關。例如,在Linux系統中,當執行完一個中斷服務函數后,它通常會通過調用handle_irq_event函數來處理設備的事件。
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