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嵌入式实时操作系统 及应用开发 第七章 中断管理 中断： 由于某种事件的发生而导致程序流程 的改变。产生中断的事件称为中断源。 CPU响应中断的条件： n至少有一个中断源向CPU发出中断信号； n系统允许中断，且对此中断信号未予屏蔽。 中断 中断一旦被识别， CPU会保存部分( 或全部)运行上下文(context，即寄存器 的值)，然后跳转到专门的子程序去处理 此次事件，称为中断服务子程序(ISR)。 中断服务程序ISR § 中断服务程序的主要内容： – 保存上下文：保存中断服务程序将要使用的所有寄存 器的内容，以便于在退出中断服务程序之前进行恢复； – 如果中断向量被多个设备所共享，为了确定产生该中 断信号的设备，需要轮询这些设备的中断状态寄存器； – 获取中断相关的其他信息； – 对中断进行具体的处理； – 恢复保存的上下文； – 执行中断返回指令，使CPU的控制返回到被中断的程序 继续执行。 中断服务程序ISR 非预料事件是指事件发生的时间无法预知 即中断源何时产生中断不确定，是随机的。 但事件的性质及处理方法则是已知的，确定的 即中断服务程序是事先编写好的,只是何时 执行未知。 中断源产生中断的随机性使中断服务程序的执行也 具有随机性 即何时执行中断服务程序不是在程序中安排好 的。 中断服务程序ISR § 在实际应用中，广义的中断通常被分为中断、自陷和异常 (exception)等类别。 – 中断是由于CPU外部的原因而改变程序执行流程的过程， 属于异步事件，又称为硬件中断。自陷和异常则为同步 事件； – 自陷表示通过处理器所拥有的软件指令、可预期地使处 理器正在执行的程序的执行流程发生变化，以执行特定 的程序。自陷是显式的事件，需要无条件地执行； – 异常为CPU自动产生的自陷，以处理异常事件。 § 异常没有对应的处理器指令，当异常事件发生时， 处理器也需要无条件地挂起当前运行的程序，执行 特定的处理程序。 中断 § 分类方式 – 硬件中断是否可以被屏蔽： § 可屏蔽中断和不可屏蔽中断 – 中断源： § 硬件中断和软件中断 – 中断信号的产生： § 边缘触发中断和电平触发中断 – 中断服务程序的调用方式： § 向量中断、直接中断和间接中断 中断的分类 § 中断硬件设备的硬件中断线(也称为中断请求 IRQ)被中断控制器汇集成中断向量 ( interrupt vector)； § 每个中断向量对应一个中断服务程序，用来存 放中断服务程序的入口地址或是中断服务程序 的第一条指令。 § 系统中通常包含多个中断向量，存放这些中断 向量对应中断服务程序入口地址的内存区域被 称为中断向量表。 向量中断 中断和指令周期 检查中断 处理中断 取周期 执行周期 中断周期 执行指令 取指令 中断和指令周期 不允许 中断 允许中断 停止 中断系统的功能 中断判优 中断请求 中断服务 中断返回 中断响应 E 中断响应、服务及返回 流程图 中断服务程序B 中断非嵌套 中断的非嵌套顺序处理 中断服务程序A 程序 中断嵌套 高优先级中断服 务程序B 中断的嵌套处理 中断服务程序A 程序 § 中断服务程序通常包括三个方面的内容： – 中断前导： § 保存中断现场，进入中断处理。 – 用户中断服务程序： § 完成对中断的具体处理。 – 中断后续： § 恢复中断现场，退出中断处理。 实时内核的中断管理 实时内核的中断管理 中断向量号0 中断向量号1 中断向量号2 中断向量号3 …… 中断向量号m 中断向量号0 中断向量号1 中断向量号2 中断向量号3 …… 中断向量号n 中断接管 程序 物理中断向量表 虚拟中断向量表 用户中断服务程序 用户中断服务程序0 用户中断服务程序1 用户中断服务程序3 用户中断服务程序2 用户中断服务程序m 中断栈 用户栈 堆 静态数据 代码 中断向量表 用户栈 堆 静态数据 代码 中断栈 中断向量表 中断栈的分布 内存高端 内存低端 (A) (B) § 实时内核通常提供如下中断管理功能： – 挂接中断服务程序。把一个函数(用户中断服务程序) 同一个虚拟中断向量表中的中断向量联系在一起。当 中断向量对应中断发生的时候，被挂接的用户中断服 务程序就会被调用执行； – 获得中断服务程序入口地址。根据中断向量，获得挂 接在该中断向量上的中断服务程