作業系統--怎麼實現中斷

東垂小夫發表於2021-03-02
作業系統

中斷髮生時，作業系統會為當前的任務建立一個快照，陷入核心，把CPU的控制權交給核心。核心趁這個機會做一些工作，比如排程執行其他任務。這只是中斷的作用之一。

使用中斷有一套固定的流程，掌握它即可。流程大概如下：

初始化8259A

初始化工作是對主從8259A的兩類埠賦值。這兩類埠是：ICW和OCW。

ICW

這是初始化命令字埠，一共有四個。

  1. ICW1，設定是否級聯、是否向ICW4寫入資料。
  2. ICW2，設定主從8259A的初始中斷向量號。注意，有一批中斷向量號已經在真實模式下使用，設定初始中斷向量號應該避免覆蓋那批中斷向量號。
  3. ICW3，主片使用點陣圖標識幾號引腳掛載從片。從片使用低3位識別主片傳送的資料的接收方是否是自己。
  4. ICW4，設定是否主動傳送EOI。不清楚這點。

OCW

這是控制命令字埠。目前只需要操作一個。

設定遮蔽哪些埠、放行哪些埠。1表示遮蔽，0表示放行。

建立IDT

IDT是中斷向量表。類似GDT，也是記憶體中的一塊區域。但它內部包含的全是"門描述符"。

IDT中的每個門描述符的名稱是中斷向量號，選擇子是中斷向量號對應的處理中斷的程式碼。

; Gate : offset，selector，attr，paramCount
%macro Gate 4
dw	%1 & 0FFFFh
dw	%2 & 0FFFFh
dw	((%3 & 0FFh) << 8) | (%4 & 01Fh)
db	%1 >> 16
%endmacro

[SECTION .idt]
LABEL_IDT:
%rep 128
	Gate	selector32,	SpuriousHandler, attr, paramCount
%endrep
.080h:	Gate	selector32,	UserIntHandler, attr, paramCount

IDTLen	equ		$ - LABEL_IDT
IDTPtr	dw	IDTLen - 1
				dd	0

IDT中，第一個元素是可以用的，這與GDT不同。

%rep 128
	Gate	selector32,	offset, attr, paramCount
%endrep

表示IDT中有128個門描述符都指向相同的目的碼段。從0算起，128個門描述符，緊接著的中斷向量號應該是128，正好是80h。

建立中斷程式碼段

_SpuriousHandler:
SpuriousHandler	equ	_SpuriousHandler - $$
	mov al, 'A'
	mov ah, 0Fh
	mov [gs:(80*20+20)*2], ax
	
_UserIntHandler:
UserIntHandler	equ	_UserIntHandler - $$
	mov al, 'A'
	mov ah, 0Fh
	mov [gs:(80*20+20)*2], ax

上面的程式碼和IDT在同一程式碼段code32。SpuriousHandler、UserIntHandler是code32內的兩個偏移量。

不能完全理解這種寫法。不過，可暫且當作一種語法規則去記住就行了。以後有類似功能需要實現，就用這種寫法。

當中斷向量號是在0~127（包括0和127）時，會執行中斷處理程式碼SpuriousHandler。

當中斷向量號是080h時，會執行中斷處理程式碼UserIntHandler。

呼叫中斷

呼叫中斷的語句很簡單，如下：

int 00h
int 01h
int 10h
int 80h

特例--時鐘中斷

增加一箇中斷的流程：

  1. 在IDT中增加一個門描述符，提供目的碼（中斷處理程式）的選擇子、偏移量等。
  2. 編寫中斷處理程式碼。
  3. 呼叫中斷。

時鐘中斷很特殊，不需要直接呼叫就能被呼叫。

編寫時鐘中斷的完整程式碼如下：

; Gate : offset，selector，attr，paramCount
%macro Gate 4
dw	%1 & 0FFFFh
dw	%2 & 0FFFFh
dw	((%3 & 0FFh) << 8) | (%4 & 01Fh)
db	%1 >> 16
%endmacro

[SECTION .idt]
LABEL_IDT:
%rep 128
	Gate	selector32,	SpuriousHandler, attr, paramCount
%endrep
.080h:	Gate	selector32,	UserIntHandler, attr, paramCount
.81h:		Gate	selector32,	ClockIntHandler, attr, paramCount	

IDTLen	equ		$ - LABEL_IDT
IDTPtr	dw	IDTLen - 1
				dd	0
				
_SpuriousHandler:
SpuriousHandler	equ	_SpuriousHandler - $$
	mov al, 'A'
	mov ah, 0Fh
	mov [gs:(80*20+20)*2], ax
	
_UserIntHandler:
UserIntHandler	equ	_UserIntHandler - $$
	mov al, 'A'
	mov ah, 0Fh
	mov [gs:(80*20+20)*2], ax
  
_ClockIntHandler:
ClockIntHandler	equ	_ClockIntHandler - $$
	inc [gs:(80*20+20)*2]
	
int 80h
;在死迴圈中，時鐘中斷會以一定的時間間隔發生。
jmp $

[gs:(80*20+20)*2]這塊記憶體已經有資料了，inc [gs:(80*20+20)*2]會增加這塊記憶體中的資料的值，效果是在螢幕上出現不斷變換的字母。

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