你对中断究竟有多了解？

如果要你讲一下中断，你会怎么去描述一个中断的触发流程呢？

最基础的可能就是：保护现场 - 中断处理 - 恢复现场...

那保护现场做了什么事情？中断处理需要注意什么事情？恢复现场又做了什么事情？

相对应的，关于中断，还有很多这样的问题：

触发中断的因素有哪些？

各中断源如何向CPU提出中断请求？

CPU如何区分是哪个中断触发的请求？

当多个中断源同时提出中断请求时，中断系统如何确定优先响应哪个中断请求？

CPU在什么条件、什么时候、以什么方式来响应中断？

CPU响应中断后，如何保护现场？

CPU响应中断后，如何停止源程序的执行而转入中断服务程序的入口地址？

CPU响应中断结束后，如何恢复现场？如何返回到源程序的间断处？

在中断处理的过程中又出现了新的中断请求，CPU该如何处理？

设计中断系统时，需要考虑哪些主要问题？

本文希望就以上的问题，对中断触发和响应流程进行一个详细的描述。力求可以通过一篇文章将中断讲明白！

首先，我先简单的描述一个中断的触发流程：

我们通过某些操作（例如按下按键），产生了电信号（电平触发 / 边沿触发）；

这些电平信号，通过硬件上的中断引脚，被传递到了中断控制器；

如果该中断没有被关闭/屏蔽，中断控制器会向CPU发送中断请求；

CPU收到中断请求后，判断是否响应该中断；

（保护现场）如果一切条件满足，响应中断，将当前正在运行的程序上下文保存到寄存器/堆栈中；

（中断处理）CPU寻找中断服务程序的入口地址，跳转到中断服务程序运行；

（恢复现场）中断处理结束后，CPU会将之前保存在堆栈中的断点和寄存器重新恢复；

CPU继续运行之前被打断的程序。

在上述例子中，相关的问题如下：

产生中断的方式有哪些？

答：主动触发、软件触发、硬件触发。

主动触发（程序中通过函数接口，通知CPU进行中断处理）

内部中断（数据溢出、非法地址访问、未识别的操作码...）

外部中断（输入/输出设备、硬件设备故障...）

CPU如何区分是哪个中断源触发的请求？

答：中断引脚+中断号。

每一个能够发出中断请求的硬件设备控制器都有一条名为“IRQ”的输出线。

所有的IRQ输出线都与一个名为可编程中断控制器的硬件电路输入引脚相连。

中断控制器会监视IRQ线上的信号。

如果IRQ线上出现信号，中断控制器会将其转化成对应的中断号，通知CPU处理。

CPU根据中断号，在中断向量表中找到对应的中断处理程序

外部设备进行I/O操作时，会随机产生中断请求信号。这个信号中会有特定的标志，使计算机能够判断是哪个设备提出中断请求，这个信号就叫做中断号。

中断号一般是由中断控制器提供的，中断控制器支持一系列的中断源，并提供对应的中断号。中断引脚也是由中断控制器上引出来的。

即中断控制器将中断引脚和中断号关联起来，CPU又将中断号和中断处理程序关联起来，

最终实现了通过中断引脚上的信号，触发CPU去执行中断处理程序。

当多个中断源同时提出中断请求时，中断系统（中断控制器）如何确定优先响应哪个中断请求？

答：中断优先级+中断屏蔽

为使系统能及时响应并处理发生的所有中断，系统根据引起中断事件的重要性和紧迫程度，硬件将中断源分为若干个级别，称作中断优先级。

在实际系统中，常常遇到多个中断源同时请求中断的情况，这时CPU必须确定首先为哪一个中断源服务，以及服务的次序。

解决的方法是中断优先排队，即根据中断源请求的轻重缓急，排好中断处理的优先次序即优先级( Priority )，又称优先权，先响应优先级最高的中断请求。

另外，当CPU正在处理某一中断时，要能响应另一个优先级更高的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的中断请求，形成中断嵌套。

CPU在什么时候、什么条件、以什么方式来响应中断？

答：可以从产生中断、接收中断、执行中断角度去描述。

中断控制器对应的中断引脚上收到信号（产生中断），中断未被屏蔽、中断优先级最高（接收中断），CPU当前处于可以切换上下文的状态（执行中断）。

CPU响应中断条件：

有中断源发出的中断请求；

中断总允许位EA=1，即CPU开中断；

申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有被屏蔽；

无同级或更高级中断正在被服务；

当前的指令周期已经结束。

（保护现场）CPU响应中断后，在开始执行中断服务程序之前，需要做哪些操作？如何保护现场？如何保存原程序断点？

答：简单来说就是，寄存器、堆栈、压栈。

保护现场就是当出现中断时，把CPU的状态，也就是当前程序地址保存在寄存器中，随后转向执行其他任务，当任务完成，从寄存器中取出地址继续执行。保护现场其实就是保存中断前一时刻的状态不被破坏。

CPU保护现场做如下动作：

将标志寄存器内容压入堆栈，以保护中断时的状态；

将IF和TF标志清0，目的是防止在中断响应的同时又来别的中断，而将TF清0是为了防止CPU以单步方式执行中断处理子程序。这时要特别提醒，因为CPU在中断响应时自动关闭了IF标志，因此用户如要进行中断嵌套时，必须在自己的中断处理子程序中用开中断指令来重新设置IF；

保护断点，断点指的是在响应中断时，主程序当前指令下面的一条指令的地址。因此保护断点的动作就是将当前的IP和CS的内容入栈，保护断点是为了以后正确地返回主程序；

Ps：保护现场应该包括保护程序断点和保护CPU内部各寄存器内容的现场俩个方面

Ps：主程序和中断服务子程序都要使用CPU内部寄存器等资源，为使中断处理程序不破坏主程序中寄存器的内容，应先将断点处各寄存器的内容压入堆栈保护起来，再进入的中断。

（执行中断）CPU响应中断后，如何转入中断服务程序运行？

答：中断向量表。

CPU响应中断做如下动作：

根据中断号（由中断控制器传递），在中断向量表中找出相应的中断服务程序的入口地址，跳转至中断服务子程序执行。

Ps：驱动在申请注册中断时，会将中断服务程序和中断号进行绑定。

Ps：中断号是由中断控制器提供的，中断控制器将对应的中断号和中断引脚进行绑定。

（恢复现象）CPU响应中断结束后，在开始执行中断服务程序之后，需要做哪些操作？如何恢复现场？如何返回到原程序的断点处？

答：简单来说就是，寄存器、堆栈、出栈。

恢复现场就是指将各寄存器和指针恢复到中断前的状态。

当中断处理完毕后，CPU将原程序保存在堆栈中的各个寄存器的内容弹出，即恢复原程序断点处寄存器的原值。

CPU保护现场做如下动作：

恢复断点，断点指的是在响应中断时，原程序当前指令下面的一条指令的地址。因此恢复断点的动作就是将先前的指针和寄存器的内容出栈，即恢复原程序断点处寄存器的原值；

将IF和TF标志置1，允许接收新的中断；

 　审核编辑：汤梓红