嵌入式操作系统分析（二）：中断之中断机制

zhangruiyi

作者：gogofly  邮箱：
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1.     概述：
中断控制是计算机发展中一种重要的技术。最初它是为克服对I/O接口控制采用程序查询所带来的处理器低效率而产生的。中断控制的主要优点是只有在I/O需要服务时才能得到处理器的响应，而不需要处理器不断地进行查询。由此，最初的中断全部是对外部设备而言的，即称为外部中断（或硬件中断）。但随着计算机系统结构的不断改进以及应用技术的提高，中断的适用范围也扩大，出现了所谓的内部中断（或异常），是为解决机器运行时所出现的某些随机事件及编程方便而出现的。因而形成了一个完整的中断系统。中断控制是所有计算机系统的一个核心模块,不同的硬件平台,有不同的中断机制.不管怎样,中断机制最核心的部分是中断向量表，每一种硬件体系根据自己的实现提供一张中断向量表。

2.     中断向量表：
此向量表提供了所有支持的中断定义以及相应的中断服务程序，当发生异常时，首先要保存当前的处理器状态，然后进入到相应的异常向量地址，一般来说在异常向量地址是一个跳转指令，使程序进入相应的异常处理过程。
X86中,中断向量表存储于存储器的前1024字节中，它包括256种不同的4字节中断向量。
ARM中，中断向量表存储于存储器的低端或者高端地址的前0x1c（依赖于硬件的具体配置），它支持7种类型的异常，其中第一个中断向量是复位中断向量，当系统复位后，从此开始重新执行。
在Motorola的68K中，中断向量表占用存储器的1024字节中，它包括256种不同的中断向量。其地址根据VBR的配置的不同而不同，其中第一个中断向量是复位中断向量，当系统复位后，从此开始重新执行。

3.     中断种类：
根据中断向量表，可以把这些中断具体分为同步中断，异步中断，软中断:
同步中断（exception）,也即是我们通常所说的异常(),是在CPU执行特定指令时出现的非法情况，它的产生是由于前面的CPU操作引起的，是同步发生的。比较典型的异常有：除零异常。一些体系结构下的复位中断也可以算是一种异常。
异步中断（interrupt）：主要是由外部事件触发的，这就是我们常说的中断，它的发生不可预料的，是异步的。比如说，键盘中断等。在不同的体系结构中，中断机制也不一样。一般可以分为可屏蔽中断和非屏蔽中断。
软中断(software interrupt )：在大多数硬件体系结构中，都提供软中断的功能，主要用于进入
管理
模式等的手段。
X86中,除前32个作为Intel专用中断向量外，其他224作为用户自定义中断。0~31的向量对应于异常和非屏蔽中断。32~47的向量（即由I/O设备引起的中断）分配给屏蔽中断。48~255的向量用来标识软中断。Linux只用了其中的一个（即128或0x80向量）用来实现系统调用。
ARM中，除了定义的5个异常外，有2个专门用于中断，这2个中断被分为快中断和慢中断。由于快中断有专门的寄存器保存上下文，避免了许多上下文切换开销，所以快中断能够比慢中断快，而且在处理快中断时，慢中断会被屏蔽掉。这2个中断提供了系统的所有中断入口，系统查询相应的中断控制器来区分具体的中断。
在Motorola的68K中，中断向量表提供了7个中断优先级和192个可分配的中断向量，其中7级是不可屏蔽中断。

参考：
1。Intel Xscale ProcessorDeveloper's Manual
2。MC680360 QUad 通讯控制器手册
3。Intel系列微处理器结构，编程和接口技术大全
4。Arm 嵌入式处理器结构与应用基础


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