06 Linux中断和中断处理

以上是traps.c中的 trap_init()函数片断，trap_init() 函数又被操作系统的初始化工作start_kernel()函数 调用。从中可以看出Linux所处理的异常，异常3－5， 就是中断指令int3，int4，int5可以被所有的进程调 用，而其他的异常只能被处于特权级0的进程调用， 也就是说这些异常只能被内核所处理。
LINUX中断和中断处理
武汉大学计算机学院 郑鹏 Email:pzheng51@
中断的基本概念



在Intel处理器中，中断分为内部中断和外 部中断。内部中断是处理器产生的异常， 而外部中断则由外部设备产生。异常必须 由操作系统处理。 中断的主要功能是允许打断CPU的工作， 告之其它某些急须注意的事件发生。有了 中断机制后，CPU可与外部设备并行工作。 外部中断通常由设备驱动程序处理，由于 使用外部中断的设备经常变化，所以Linux 提供了灵活的机制，让设备驱动程序根据 需要注册自己的中断处理程序。
中断向量表的初始化（5）

init_IRQ()

往中断向量表中填外部中断的中断门，共填 224个
中断向量表的初始化（6）
arch/i386/kernel/i8259.c: #define NR_IRQS 224 #define FIRST_EXTERNAL_VECTOR #define SYSCALL_VECTOR in init_IRQ(): for (i = 0; i < NR_IRQS; i++) { intvector = FIRST_EXTERNAL_VECTOR + i; if (vector != SYSCALL_VECTOR) set_intr_gate(vector, interrupt[i]); }
中断请求队列的初始化（1）



X86只支持256个中断向量，这对众多的外 设显然是不够的 Linux中，每个外部中断向量都有一个中断 请求队列，允许外设的中断为多个中断源 共享 在填中断向量表之前，要对中断请求队列 进行初始化
中断请求队列的初始化（2）
include/linux/irq.h: typedef struct{ unsigned intstatus; hw_irq_controller*handler; struct irqaction*action; unsigned intdepth; spinlock_tlock; } irq_desc_t; //IRQ状态 //中断服务队列共用“中断通道”的控制器 //指向中断服务队列
extern irq_desc_tirq_desc[NR_IRQS];
//中断请求队列数组
struct irqaction{ void (*handler)(int, void *, structpt_regs*);//指向具体的设备中断处理程序 unsigned long flags; unsigned long mask; const char *name; void *dev_id; struct irqaction*next; };
中断的基本概念

中断分为硬中断和软中断。 硬中断：来自硬件，如外设。 软中断：来自INT n指令。 异常：来自于处理器，由执行指令引发的。
X86中断的硬件支持


中断控制器：PC使用Intel 82C59A-2 CMOS可编程控 制器。此控制器的寄存器在ISA系统的内存空间中占 有固定位置。硬件设备通过该控制器向CPU发出中断 请求。 中断向量表寄存器TDTR：存放中断向量表IDT的基址。 CPU的四种门：任务门，中断门，陷阱门和调用门。 任务状态段TSS：
中断向量表的初始化（1）

异常和系统调用

填陷阱门 不同的异常的中断服务程序各不相同 由trap_init()填写中断向量
填中断门 外部中断服务程序实际上都跳转统一的中断服务 程序 由init_IRQ()填写中断向量

外部中断


中断向量表的初始化（2）

trap_init()

在中断向量表中填上int0-int 19的中断向量，并 填上system_call的中断向量，每个中断向量表 项填上相应的门（外部中断填中断门，异常填陷 阱门）。 set_system_gate(0x80, &system_call) –陷阱门，中断号0x80，入口地址system_call –int0x80将触发一个系统调用
可编程中断控制器

当发生中断信号时，中断处理程序读取两个中断状态寄存器 （ISR）的值。它将位于0x20的ISR放入一个16位的中断寄存 器的低8位，同时将位于0xA0的ISR放入高8位。PIC1中的第 二位用于中断控制器的级连，所以任何来自PIC2的中断都将 导致PIC1中的第二位置1。
中断向量表的初始化

0x20 0x80

interrupt[i]为函数指针数组，这些函数指 针实际上是宏，在形式上它们是一样的。 必须跳过用于系统调用的向量0x80。
中断向量表的初始化（7）


下面是一个外部中断服务程序的例子： asmlinkvoid IRQ0x01_interrupt(); __asm__(\ ―\n‖\ ―IRQ0x01_interrupt: \n\t‖\ ―pushl $0x01 –256\n\t‖ //为了避免与内部中断号冲突 “jmp common_interrupt‖);
中断请求队列的初始化（3）
struct hw_interrupt_type{ arch/i386/kernel/i8259.c: const char * typename; void __init init_ISA_irqs(void) unsigned int(*startup)(unsignedintirq); { inti; void (*shutdown)(unsignedintirq); #ifdefCONFIG_X86_LOCAL_APIC void (*enable)(unsignedintirq); init_bsp_APIC(); void (*disable)(unsignedintirq); void (*ack)(unsignedintirq); #endif void (*end)(unsignedintirq); init_8259A(0); void (*set_affinity)(unsignedintirq, unsigned long mask); for (i = 0; i < NR_IRQS; i++) { }; irq_desc[i].status= IRQ_DISABLED; typedef struct hw_interrupt_type hw_irq_controller; irq_desc[i].action= 0; static structhw_interrupt_type i8259A_irq_type = { irq_desc[i].depth= 1; "XT-PIC", if (i < 16) { // 16 old-style INTA-cycle interrupts: startup_8259A_irq, irq_desc[i].handler= &i8259A_irq_type; shutdown_8259A_irq, } else { // 'high' PCI IRQsfilled in on demand enable_8259A_irq, irq_desc[i].handler= &no_irq_type; disable_8259A_irq, } mask_and_ack_8259A,end_8259A_irq, NULL } }; }
中断向量表的初始化（4）

_set_gate()具体负责向中断向量表中填数据。这里 的set_XXXX_gate()都会调用_set_gate()，只是所 传的参数值不同：

set_trap_gate()type:陷阱门，dpl=0 set_intr_gate() type:中断门，dpl=0 set_system_gate()type:陷阱门，dpl=3

trap_init()(arch/i386/kernel/traps.c):


单一入口，通过使用系统调用号标识具体的 系统调用
中断向量表的初始化（3）

arch/i386/kernel/traps.c: #define _set_gate(gate_addr,type,dpl,addr) In trap_int(): set_trap_gate(0,&divide_error); set_trap_gate(1,&debug); set_intr_gate(2,&nmi); set_system_gate(3,&int3); /* int3-5 can be called from all */ set_system_gate(4,&overflow); set_system_gate(5,&bounds); set_trap_gate(6,&invalid_op); set_trap_gate(7,&device_not_available); set_trap_gate(8,&double_fault); set_trap_gate(9,&coprocessor_segment_overrun); set_trap_gate(10,&invalid_TSS); set_trap_gate(11,&segment_not_present); set_trap_gate(12,&stack_segment); set_trap_gate(13,&general_protection); set_intr_gate(14,&page_fault); set_trap_gate(15,&spurious_interrupt_bug); set_trap_gate(16,&coprocessor_error); set_trap_gate(17,&alignment_check); set_trap_gate(18,&machine_check); set_trap_gate(19,&simd_coprocessor_error); set_system_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call); /*default LDT is a single-entry callgate to lcall7 for iBCS * and a callgate to lcall27 for Solaris/x86 binaries */ set_call_gate(&default_ldt[0],lcall7); set_call_gate(&default_ldt[4],lcall27);