南航嵌入式实时操作系统第7章中断和时间管理.ppt

第七章  中断和时间管理 7.1 中断管理 中断的分类 中断处理的过程 实时内核的中断管理 用户中断服务程序 中断时序* 7.1.1 概述 从发展过程来看： 中断（interrupt）最初被用来替换I/O操作的轮询处理方式，以提高I/O处理的效率。 随后，中断又包含了自陷（trap，也称为内部中断或是软件中断）的功能。 后来，中断的概念得到进一步扩大，被定义为导致程序正常执行流程发生改变的事件（不包括程序的分支情况）。可把概念被扩大的中断称为广义中断。 概述 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； Motorola 68000系列中的Trap指令 ARM中的SWI指令 Intel 80x86中的INT指令?? 概述 异常为CPU自动产生的自陷，以处理异常事件。 如被0除、执行非法指令和内存保护故障等。 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。 概述 对实时系统，中断必不可少 实时内核大都提供了管理中断的机制 方便开发中断处理程序，提高中断处理的可靠性 使中断处理程序与任务有机结合 7.1.2 中断的分类 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 可屏蔽中断和不可屏蔽中断 由于中断的发生是异步的，程序的正常执行流程随时有可能被中断服务程序打断。如果程序正在进行某些重要运算，中断服务程序的插入将有可能改变某些寄存器的数据，造成程序的运行发生错误。 可屏蔽中断：能够被屏蔽掉的中断。 外部设备的中断请求信号一般需要先通过CPU外部的中断控制器，再与CPU相应的引脚相连。 可编程中断控制器可以通过软件进行控制，以禁止或是允许中断。 不可屏蔽中断：在任何时候都不可屏蔽的。 一个比较典型的例子是掉电中断，当发生掉电时，无论程序正在进行什么样的运算，它都肯定无法正常运行下去。这种情况下，急需进行的是一些掉电保护的操作。对这类中断，应随时进行响应。 硬件中断和软件中断 硬件中断：由于CPU外部的设备所产生的中断。 异步事件：可能在程序执行的任何位置发生，发生中断的时间通常是不确定的。 软件中断：同步中断或是自陷，通过处理器的软件指令来实现。 产生中断的时机是预知的，可根据需要在程序中进行设定。 软件中断的处理程序以同步的方式进行执行。 其处理方式同硬件中断处理程序类似。 硬件中断和软件中断 软件中断是一种非常重要的机制： 系统可通过该机制在用户模式执行特权模式下的操作。 是软件调试的一个重要手段，如Intel 80x86中的INT 3，设置断点，调试器可以用它来形成观察点，并查看随程序执行而动态变化的事件情况。 边缘触发中断和电平触发中断 边缘触发中断：中断线从低变到高或是从高变到低时，中断信号就被发送出去，并只有在下一次的从低变到高或是从高变到低时才会再度触发中断。 事件发生的时间非常短，有可能出现中断控制器丢失中断的情况。 如果多个设备连接到同一个中断线，即使只有一个设备产生了中断信号，也必须调用中断线对应的所有中断服务程序来进行匹配，否则会出现中断的软件丢失情况。 边缘触发中断和电平触发中断 电平触发中断：在硬件中断线的电平发生变化时产生中断信号，并且中断信号的有效性将持续保持下去，直到中断信号被清除。 能够降低中断信号传送丢失的情况 能通过更有效的方式来服务中断，每个为该中断服务后的ISR都要向外围设备进行确认，然后取消该设备对中断线的操作。 当中断线的最后一个设备得到中断服务后，中断线的电平就会发生变化，不用对连接到同一个硬件中断线的所有中断服务程序进行尝试。 向量中断、直接中断和间接中断 向量中断：通过中断向量来调用中断服务程序。 直接中断：中断对应的中断服务程序的入口地址是一个固定值，当中断发生的时候，程序执行流程将直接跳转到中断服务程序的入口地址，执行中断服务程序。 间接中断：中断服务程序的入口地址由寄存器提供。 向量中断 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（inter