如果要你講一下中斷，你會(huì)怎么去描述一個(gè)中斷的觸發(fā)流程呢？

最基礎(chǔ)的可能就是：保護(hù)現(xiàn)場 - 中斷處理 - 恢復(fù)現(xiàn)場...

那保護(hù)現(xiàn)場做了什么事情？中斷處理需要注意什么事情？恢復(fù)現(xiàn)場又做了什么事情？

相對(duì)應(yīng)的，關(guān)于中斷，還有很多這樣的問題：

觸發(fā)中斷的因素有哪些？

各中斷源如何向CPU提出中斷請(qǐng)求？

CPU如何區(qū)分是哪個(gè)中斷觸發(fā)的請(qǐng)求？

當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷系統(tǒng)如何確定優(yōu)先響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求？

CPU在什么條件、什么時(shí)候、以什么方式來響應(yīng)中斷？

CPU響應(yīng)中斷后，如何保護(hù)現(xiàn)場？

CPU響應(yīng)中斷后，如何停止源程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的入口地址？

CPU響應(yīng)中斷結(jié)束后，如何恢復(fù)現(xiàn)場？如何返回到源程序的間斷處？

在中斷處理的過程中又出現(xiàn)了新的中斷請(qǐng)求，CPU該如何處理？

設(shè)計(jì)中斷系統(tǒng)時(shí)，需要考慮哪些主要問題？

本文希望就以上的問題，對(duì)中斷觸發(fā)和響應(yīng)流程進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的描述。力求可以通過一篇文章將中斷講明白！

首先，我先簡單的描述一個(gè)中斷的觸發(fā)流程：

我們通過某些操作（例如按下按鍵），產(chǎn)生了電信號(hào)（電平觸發(fā) / 邊沿觸發(fā)）；

這些電平信號(hào)，通過硬件上的中斷引腳，被傳遞到了中斷控制器；

如果該中斷沒有被關(guān)閉/屏蔽，中斷控制器會(huì)向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求；

CPU收到中斷請(qǐng)求后，判斷是否響應(yīng)該中斷；

（保護(hù)現(xiàn)場）如果一切條件滿足，響應(yīng)中斷，將當(dāng)前正在運(yùn)行的程序上下文保存到寄存器/堆棧中；

（中斷處理）CPU尋找中斷服務(wù)程序的入口地址，跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序運(yùn)行；

（恢復(fù)現(xiàn)場）中斷處理結(jié)束后，CPU會(huì)將之前保存在堆棧中的斷點(diǎn)和寄存器重新恢復(fù)；

CPU繼續(xù)運(yùn)行之前被打斷的程序。

在上述例子中，相關(guān)的問題如下：

產(chǎn)生中斷的方式有哪些？

答：主動(dòng)觸發(fā)、軟件觸發(fā)、硬件觸發(fā)。

主動(dòng)觸發(fā)（程序中通過函數(shù)接口，通知CPU進(jìn)行中斷處理）

內(nèi)部中斷（數(shù)據(jù)溢出、非法地址訪問、未識(shí)別的操作碼...）

外部中斷（輸入/輸出設(shè)備、硬件設(shè)備故障...）

CPU如何區(qū)分是哪個(gè)中斷源觸發(fā)的請(qǐng)求？

答：中斷引腳+中斷號(hào)。

每一個(gè)能夠發(fā)出中斷請(qǐng)求的硬件設(shè)備控制器都有一條名為“IRQ”的輸出線。

所有的IRQ輸出線都與一個(gè)名為可編程中斷控制器的硬件電路輸入引腳相連。

中斷控制器會(huì)監(jiān)視IRQ線上的信號(hào)。

如果IRQ線上出現(xiàn)信號(hào)，中斷控制器會(huì)將其轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的中斷號(hào)，通知CPU處理。

CPU根據(jù)中斷號(hào)，在中斷向量表中找到對(duì)應(yīng)的中斷處理程序

外部設(shè)備進(jìn)行I/O操作時(shí)，會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。這個(gè)信號(hào)中會(huì)有特定的標(biāo)志，使計(jì)算機(jī)能夠判斷是哪個(gè)設(shè)備提出中斷請(qǐng)求，這個(gè)信號(hào)就叫做中斷號(hào)。

中斷號(hào)一般是由中斷控制器提供的，中斷控制器支持一系列的中斷源，并提供對(duì)應(yīng)的中斷號(hào)。中斷引腳也是由中斷控制器上引出來的。

即中斷控制器將中斷引腳和中斷號(hào)關(guān)聯(lián)起來，CPU又將中斷號(hào)和中斷處理程序關(guān)聯(lián)起來，

最終實(shí)現(xiàn)了通過中斷引腳上的信號(hào)，觸發(fā)CPU去執(zhí)行中斷處理程序。

當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷系統(tǒng)（中斷控制器）如何確定優(yōu)先響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求？

答：中斷優(yōu)先級(jí)+中斷屏蔽

為使系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)并處理發(fā)生的所有中斷，系統(tǒng)根據(jù)引起中斷事件的重要性和緊迫程度，硬件將中斷源分為若干個(gè)級(jí)別，稱作中斷優(yōu)先級(jí)。

在實(shí)際系統(tǒng)中，常常遇到多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷的情況，這時(shí)CPU必須確定首先為哪一個(gè)中斷源服務(wù)，以及服務(wù)的次序。

解決的方法是中斷優(yōu)先排隊(duì)，即根據(jù)中斷源請(qǐng)求的輕重緩急，排好中斷處理的優(yōu)先次序即優(yōu)先級(jí)( Priority )，又稱優(yōu)先權(quán)，先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求。

另外，當(dāng)CPU正在處理某一中斷時(shí)，要能響應(yīng)另一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高的中斷請(qǐng)求，而屏蔽掉同級(jí)或較低級(jí)的中斷請(qǐng)求，形成中斷嵌套。

CPU在什么時(shí)候、什么條件、以什么方式來響應(yīng)中斷？

答：可以從產(chǎn)生中斷、接收中斷、執(zhí)行中斷角度去描述。

中斷控制器對(duì)應(yīng)的中斷引腳上收到信號(hào)（產(chǎn)生中斷），中斷未被屏蔽、中斷優(yōu)先級(jí)最高（接收中斷），CPU當(dāng)前處于可以切換上下文的狀態(tài)（執(zhí)行中斷）。

CPU響應(yīng)中斷條件：

有中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求；

中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷；

申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽；

無同級(jí)或更高級(jí)中斷正在被服務(wù)；

當(dāng)前的指令周期已經(jīng)結(jié)束。

（保護(hù)現(xiàn)場）CPU響應(yīng)中斷后，在開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序之前，需要做哪些操作？如何保護(hù)現(xiàn)場？如何保存原程序斷點(diǎn)？

答：簡單來說就是，寄存器、堆棧、壓棧。

保護(hù)現(xiàn)場就是當(dāng)出現(xiàn)中斷時(shí)，把CPU的狀態(tài)，也就是當(dāng)前程序地址保存在寄存器中，隨后轉(zhuǎn)向執(zhí)行其他任務(wù)，當(dāng)任務(wù)完成，從寄存器中取出地址繼續(xù)執(zhí)行。保護(hù)現(xiàn)場其實(shí)就是保存中斷前一時(shí)刻的狀態(tài)不被破壞。

CPU保護(hù)現(xiàn)場做如下動(dòng)作：

將標(biāo)志寄存器內(nèi)容壓入堆棧，以保護(hù)中斷時(shí)的狀態(tài)；

將IF和TF標(biāo)志清0，目的是防止在中斷響應(yīng)的同時(shí)又來別的中斷，而將TF清0是為了防止CPU以單步方式執(zhí)行中斷處理子程序。這時(shí)要特別提醒，因?yàn)镃PU在中斷響應(yīng)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉了IF標(biāo)志，因此用戶如要進(jìn)行中斷嵌套時(shí)，必須在自己的中斷處理子程序中用開中斷指令來重新設(shè)置IF；

保護(hù)斷點(diǎn)，斷點(diǎn)指的是在響應(yīng)中斷時(shí)，主程序當(dāng)前指令下面的一條指令的地址。因此保護(hù)斷點(diǎn)的動(dòng)作就是將當(dāng)前的IP和CS的內(nèi)容入棧，保護(hù)斷點(diǎn)是為了以后正確地返回主程序；

Ps：保護(hù)現(xiàn)場應(yīng)該包括保護(hù)程序斷點(diǎn)和保護(hù)CPU內(nèi)部各寄存器內(nèi)容的現(xiàn)場倆個(gè)方面

Ps：主程序和中斷服務(wù)子程序都要使用CPU內(nèi)部寄存器等資源，為使中斷處理程序不破壞主程序中寄存器的內(nèi)容，應(yīng)先將斷點(diǎn)處各寄存器的內(nèi)容壓入堆棧保護(hù)起來，再進(jìn)入的中斷。

（執(zhí)行中斷）CPU響應(yīng)中斷后，如何轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序運(yùn)行？

答：中斷向量表。

CPU響應(yīng)中斷做如下動(dòng)作：

根據(jù)中斷號(hào)（由中斷控制器傳遞），在中斷向量表中找出相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址，跳轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)子程序執(zhí)行。

Ps：驅(qū)動(dòng)在申請(qǐng)注冊中斷時(shí)，會(huì)將中斷服務(wù)程序和中斷號(hào)進(jìn)行綁定。

Ps：中斷號(hào)是由中斷控制器提供的，中斷控制器將對(duì)應(yīng)的中斷號(hào)和中斷引腳進(jìn)行綁定。

（恢復(fù)現(xiàn)象）CPU響應(yīng)中斷結(jié)束后，在開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序之后，需要做哪些操作？如何恢復(fù)現(xiàn)場？如何返回到原程序的斷點(diǎn)處？

答：簡單來說就是，寄存器、堆棧、出棧。

恢復(fù)現(xiàn)場就是指將各寄存器和指針恢復(fù)到中斷前的狀態(tài)。

當(dāng)中斷處理完畢后，CPU將原程序保存在堆棧中的各個(gè)寄存器的內(nèi)容彈出，即恢復(fù)原程序斷點(diǎn)處寄存器的原值。

CPU保護(hù)現(xiàn)場做如下動(dòng)作：

恢復(fù)斷點(diǎn)，斷點(diǎn)指的是在響應(yīng)中斷時(shí)，原程序當(dāng)前指令下面的一條指令的地址。因此恢復(fù)斷點(diǎn)的動(dòng)作就是將先前的指針和寄存器的內(nèi)容出棧，即恢復(fù)原程序斷點(diǎn)處寄存器的原值；

將IF和TF標(biāo)志置1，允許接收新的中斷；

審核編輯：湯梓紅