中断的完整流程是什么样子

描述

  如何从软件与硬件的角度去看一个中断,一个中断的完整流程应该是什么样子?

  •创建对应的中断服务函数(软件):在编写操作系统或应用程序时,需要为每个中断源创建一个对应的中断服务函数(Interrupt Service Routine, ISR)。这个函数是用于处理特定中断的程序,当发生中断时,处理器会跳转到这个函数执行相应的操作。

  •将中断服务函数绑定到特定的中断号,也叫中断注册(软件):在操作系统或硬件系统中,需要将每个中断源与相应的中断号进行绑定。这个过程通常在初始化时完成,以确保当发生中断时能够正确地调用相应的中断服务函数。这个绑定可以通过编程实现,例如在Linux系统中可以使用register_interrupt函数将中断服务函数注册到特定的中断号。

  •模块产生原始中断 (逻辑):当某个硬件设备需要中断处理器服务时,它会向中断控制器发送一个中断请求。这个请求可能由硬件信号线或特定协议(如PCI Express)发送。例如,当硬盘读写错误时,硬盘控制器会向中断控制器发送一个中断请求。

  原始中断是指当某个设备或部件需要CPU的注意时,它会通过向CPU发送一个中断信号来请求CPU的注意。这个中断信号是由硬件电路产生的,是电信号,可以被CPU感知到。原始中断通常是由硬件设备或系统自发产生的,例如键盘按键、定时器、打印机等。

  •经过int_mask判断后未被屏蔽从而中断状态拉高 (逻辑):中断控制器接收到中断请求后,会根据int_mask判断该中断是否被屏蔽。如果未被屏蔽,则将中断状态拉高,以便处理器能够感知到这个中断请求。这个过程中断控制器会根据int_mask中的位图判断当前的中断是否被屏蔽,如果未被屏蔽则将对应的中断状态位拉高。

  中断的int_mask是中断掩码。它是一个只读寄存器,用于显示哪些位当前被屏蔽,哪些位未被屏蔽/启用。通过设置int_mask,可以屏蔽或开启某些中断。

  •模块顶层信号 xxx_int拉高后,送给特定中断号对应处理器(CPU&MCU等)的对应bit (逻辑):当中断状态被拉高后,模块顶层信号 xxx_int 会被拉高,并将这个信号送给特定中断号对应处理器的对应bit。这个过程是由硬件逻辑实现的,通常与处理器的架构和中断控制器的设计有关。例如,在x86架构的计算机中,当某个中断状态被拉高后,对应的处理器会通过APIC总线将对应的中断信号发送给处理器。

  •中断信号拉高后,进入对应bit的中断服务函数(逻辑):当处理器的对应bit接收到中断信号后,处理器会跳转到相应的中断服务函数去处理这个中断。这个过程是由硬件自动完成的,通常与处理器的架构和操作系统的设计有关。例如,在x86架构的计算机中,当处理器接收到一个中断信号后,它会通过CSIP和IVT寄存器跳转到对应的中断服务函数执行相应的操作。

  硬件层面,中断系统需要硬件设备(如中断控制器)来捕捉中断信号,并将信号传递给CPU。在接收到中断信号后,CPU会根据中断号在中断向量表中查找对应的入口地址,然后跳转到这个地址执行对应的中断服务程序。这个过程是由硬件自动执行的,不需要软件的参与。

  •执行中断服务函数的内容 (软件):在中断服务函数中,会根据设备的需求进行相应的操作,例如读取数据、发送响应等。这个过程是由软件实现的,通常与设备的驱动程序和操作系统的设计有关。例如,在Linux系统中,当执行完一个中断服务函数后,它通常会通过调用handle_irq_event函数来处理设备的事件。

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