初识处理器—中断

概述

中断是一种处理器与外设进行通信的一种机制&＃xff0c;用于通知处理器&＃xff08;处理器并不关心外部事件&＃xff0c;但是外设不能&＃xff09;外部有重要的外部事件发生&＃xff0c;一般情况下面中断需要被处理器响应。

处理器是怎么处理中断呢&＃xff1a;需要中断服务程序&＃xff08;ISR&＃xff09;

中断一旦发生

• 从外设中读取中断寄存器的值来判断当前中断的而类型。
• 根据中断的类型具体设计逻辑。(执行中断服务程序)
• 清除外设状态寄存器的中断。
• 清除处理器中的中断标识。

中断服务程序

对于软件工程师而言&＃xff0c;中断服务程序只是一个 C 函数。但是&＃xff0c;不是所有的函数都可以的。中断服务函数是没有返回值&＃xff0c;也不需要参数&＃xff08;为什么&＃xff1f;中断服务程序是处理外设的事件&＃xff0c;返回值返回给外设没有必要&＃xff0c;至于处理参数&＃xff0c;处理器处理外部事件并需要参数&＃xff09;。中断函数必须小儿短小&＃xff0c;避免浮点运算&＃xff08;耗时&＃xff0c;有些 CPU不支持&＃xff09;。

中断的意义

1. 应用程序不必关心中断的发生与处理
2. 中断服务程序不必关心应用程序的状态
3. 中断是上层应用于底层代码的分割边界

最主要的一点是中断不是应用层的概念

中断的类型

硬中断&＃xff1a; 外设通过中断信号线和处理器相连接&＃xff08;可能在其他的书籍叫中断&＃xff09;

软中断&＃xff1a;通过非法和特殊的指令来触发&＃xff08;可能在其他的书籍叫陷阱 或者 异常 &＃xff0c;虽然命名的方式是不同的&＃xff0c;但是本质是一样的&＃xff09;

中断的优先级

多个中断同时出现&＃xff0c;处理器响应优先级高的中断&＃xff0c;低优先级的中断 ISR 执行时&＃xff0c;可以被高优先级的中断再次打断&＃xff0c;ISP 比 APP Code 拥有更高的优先级&＃xff08;中断和应用不是一个层次的概念&＃xff0c;没有必要将他们进行比较&＃xff09;。软中断的优先级和硬中断的优先级的比较&＃xff08;具体看中断的类型&＃xff0c;例如&＃xff0c;有些中断能被屏蔽&＃xff0c;有些中断不能屏蔽&＃xff08;处理器不认识的指令&＃xff09;&＃xff09;。

中断的应用

站在软件工程师的角度不去讨论中断的设计而是从中断的使用进行分析。

程序断点&＃xff08;断点调试工具&＃xff09;的实现&＃xff1a;

实现的过程稍微复杂&＃xff0c;但是具体的原理还是很简单的就是利用了中断。

一个难点是断点是怎么实现的&＃xff08;其实很简单&＃xff0c;指定代码行&＃xff0c;C程序编译后变成汇编程序&＃xff0c;因此每个C程序都对应着一个指令地址&＃xff0c;在打断点的瞬间&＃xff0c;我们只要将代码行对应的地址的指令&＃xff0c;将中断指令替换<当中断发生后中断服务程序就开始工作了&＃xff0c;调试程序在中断服务程序读取里面相关寄存器的数据>&＃xff0c;当需要往下执行的时候&＃xff0c;将之前的下文信息还原&＃xff0c;然后将 PC 的指针指向之前的地址&＃xff09;。中断的触发会被操作系统所感知&＃xff0c;当操作系统感知到中断&＃xff0c;就会发送消息&＃xff0c;只要将这些 (linux下signal)&＃xff08;windows下是mesage&＃xff09; 发送到 调试应用程序就可以了,控制权就得到了转移。