如果要你講一下中斷，你會怎么去描述一個中斷的觸發(fā)流程呢？

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

那保護現(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提出中斷請求？

CPU如何區(qū)分是哪個中斷觸發(fā)的請求？

當多個中斷源同時提出中斷請求時，中斷系統(tǒng)如何確定優(yōu)先響應(yīng)哪個中斷請求？

CPU在什么條件、什么時候、以什么方式來響應(yīng)中斷？

CPU響應(yīng)中斷后，如何保護現(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)了新的中斷請求，CPU該如何處理？

設(shè)計中斷系統(tǒng)時，需要考慮哪些主要問題？

本文希望就以上的問題，對中斷觸發(fā)和響應(yīng)流程進行一個詳細的描述。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（電平觸發(fā) / 邊沿觸發(fā)）；

這些電平信號，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，中斷控制器會向CPU發(fā)送中斷請求；

CPU收到中斷請求后，判斷是否響應(yīng)該中斷；

（保護現(xiàn)場）如果一切條件滿足，響應(yīng)中斷，將當前正在運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)程序運行；

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

CPU繼續(xù)運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：主動觸發(fā)、軟件觸發(fā)、硬件觸發(fā)。

主動觸發(fā)（程序中通過函數(shù)接口，通知CPU進行中斷處理）

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

外部中斷（輸入/輸出設(shè)備、硬件設(shè)備故障...）

CPU如何區(qū)分是哪個中斷源觸發(fā)的請求？

答：中斷引腳+中斷號。

每一個能夠發(fā)出中斷請求的硬件設(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。

中斷控制器會監(jiān)視IRQ線上的信號。

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

CPU根據(jù)中斷號，在中斷向量表中找到對應(yīng)的中斷處理程序

外部設(shè)備進行I/O操作時，會隨機產(chǎn)生中斷請求信號。這個信號中會有特定的標志，使計算機能夠判斷是哪個設(shè)備提出中斷請求，這個信號就叫做中斷號。

中斷號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，并提供對應(yīng)的中斷號。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關(guān)聯(lián)起來，CPU又將中斷號和中斷處理程序關(guān)聯(lián)起來，

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

當多個中斷源同時提出中斷請求時，中斷系統(tǒng)（中斷控制器）如何確定優(yōu)先響應(yīng)哪個中斷請求？

答：中斷優(yōu)先級+中斷屏蔽

為使系統(tǒng)能及時響應(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級別，稱作中斷優(yōu)先級。

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

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

另外，當CPU正在處理某一中斷時，要能響應(yīng)另一個優(yōu)先級更高的中斷請求，而屏蔽掉同級或較低級的中斷請求，形成中斷嵌套。

CPU在什么時候、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。

中斷控制器對應(yīng)的中斷引腳上收到信號（產(chǎn)生中斷），中斷未被屏蔽、中斷優(yōu)先級最高（接收中斷），CPU當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)出的中斷請求；

中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷；

申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽；

無同級或更高級中斷正在被服務(wù)；

當前的指令周期已經(jīng)結(jié)束。

（保護現(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？如何保護現(xiàn)場？如何保存原程序斷點？

答：簡單來說就是，寄存器、堆棧、壓棧。

保護現(xiàn)場就是當出現(xiàn)中斷時，把CPU的狀態(tài)，也就是當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)，當任務(wù)完成，從寄存器中取出地址繼續(xù)執(zhí)行。保護現(xiàn)場其實就是保存中斷前一時刻的狀態(tài)不被破壞。

CPU保護現(xiàn)場做如下動作：

將標志寄存器內(nèi)容壓入堆棧，以保護中斷時的狀態(tài)；

將IF和TF標志清0，目的是防止在中斷響應(yīng)的同時又來別的中斷，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。這時要特別提醒，因為CPU在中斷響應(yīng)時自動關(guān)閉了IF標志，因此用戶如要進行中斷嵌套時，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；

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

Ps：保護現(xiàn)場應(yīng)該包括保護程序斷點和保護CPU內(nèi)部各寄存器內(nèi)容的現(xiàn)場倆個方面

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)先將斷點處各寄存器的內(nèi)容壓入堆棧保護起來，再進入的中斷。

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

答：中斷向量表。

CPU響應(yīng)中斷做如下動作：

根據(jù)中斷號（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)動在申請注冊中斷時，會將中斷服務(wù)程序和中斷號進行綁定。

Ps：中斷號是由中斷控制器提供的，中斷控制器將對應(yīng)的中斷號和中斷引腳進行綁定。

（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)。

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

CPU保護現(xiàn)場做如下動作：

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

將IF和TF標志置1，允許接收新的中斷；

審核編輯：湯梓紅