Адрес прерывания. Прерывания. Прерывания и особые ситуации

Таблица векторов Cortex начинается с нижней части адресного пространства. Однако таблица векторов начинается не с нулевого адреса. а с адреса 0x00000004, т. к. первые четыре байта используются для хранения начального адреса указателя стека. Таблица векторов исключительных ситуаций содержит адреса, которые загружаются в счетчик программы, когда микропроцессор переходит в исключительную ситуацию.

Каждый из векторов прерываний занимает 4 байта и указывает на начальный адрес каждой конкретной процедуры обработки прерывания. Первые 15 векторов - адреса обработки исключительных ситуаций, возникающих в ядре Cortex. К ним относятся вектор сброса, немаскируемое прерывание, управление авариями и ошибками, исключительные ситуации отладочной системы и прерывание таймера SysTick. Набор инструкций Thumb-2 также поддерживает инструкцию. выполнение которой приводит к генерации исключительной ситуации. Начиная с 16 вектора, следуют адреса обработки прерываний пользовательских У ВВ. Их назначение зависит от каждого конкретного производителя. В программе таблица векторов обычно приводится в отдельном файле и содержит адреса процедур обработки прерываний (рис. 1.7).

Рис. 1.7.

Например, если используется прерывание таймера SysTick, то объявление на Си процедуры обработки прерывания выполняется следующим образом (рис. 1.8).

Рис. 1.8.

Теперь, когда сконфигурирована таблица векторов и объявлена процедура обработки прерываний, мы можем настроить NV1C на обработку прерывания таймера SysTick. Обычно для этого выполняют две операции: задается приоритет прерывания, а затем разрешается источник прерывания. Регистры NVIC расположены в области системных ресурсов Cortex-МЗ, и доступ к ним возможен при работе микропроцессора только в привилегированном режиме.

Настройка внутренних исключительных ситуаций процессора выполняется с помощью регистров системного управления и системных приоритетов, а пользовательских УВВ - с помощью регистров IRQ. Прерывание SysTick является внутренней исключительной ситуацией процессора Cortex и поэтому управляется через системные регистры. Некоторые внутренние исключительные ситуации постоянно разрешены. К ним относятся прерывание по сбросу, немаскированное прерывание, а также прерывание таймера SysTick, поэтому никаких действий с NVIC по разрешению этого прерывания делать не нужно. Для настройки прерывания SysTick нам необходимо активизировать сам таймер и его прерывание с помощью соответствующего регистра управления.

Приоритет каждой внутренней исключительной ситуации Cortex можно задать в системных регистрах приоритета. У исключительных ситуаций Reset, NMI и hard fault он фиксированный. Этим гарантируется, что ядро всегда будет переходить к обработке известной исключительной ситуации. У всех остальных исключительных ситуаций имеется восьмибитное поле, которое расположено в трех системных регистрах приоритета. Микроконтроллеры STM32 используют только 16 уровней приоритета, поэтому у них активны только 4 бита этого поля. Однако важно запомнить, что приоритет устанавливается четырьмя старшими битами.

Каждое пользовательское УВВ управляется через блоки регистров IRQ. У каждого такого УВВ имеется бит разрешения прерывания. Все эти биты находятся в пределах двух 32-битных регистров установки разрешения прерываний. Для отключения источника прерывания предусмотрены отдельные регистры отмены разрешения прерываний. У NVIC также имеются регистры отправленных и активных прерываний, которые позволяют отследить состояние источника прерывания.

У каждого источника прерывания имеется бит разрешения, как в NVIC, так и в УВВ. У микроконтроллера STM32 используется 16 уровней приоритетов. Всего предусмотрено 16 регистров приоритета. Каждый из них разделен на четыре 8-битных поля для задания приоритета. Каждое поле связано с конкретным вектором прерывания. У микроконтроллера STM32 используется только половина такого поля, т. к. реализовано только 16 уровней приоритета. Однако необходимо помнить, что активные биты приоритета находятся в старшей тетраде поля. По умолчанию поле приоритета определяет 16 уровней приоритета, причем уровень 0 - высший приоритет, а 15 - низший. Поле приоритета также можно представить в виде групп и подгрупп приоритета. Это не добавляет дополнительных уровней приоритета, просто облегчает управление ими при необходимости задания в поле

PRIGROUP регистра прикладных прерываний и управления сбросом большого числа прерываний. Поле PRIGROUP разделяет уровни приоритетов на группы и подгруппы. Это необходимо для повышения программной абстракции при работе с большим числом прерываний. Трехбитное поле PRIGROUP управляет разделением 4-битных полей приоритета на группы и подгруппы. Например, запись в PRIGROUP числа 3 приведет к созданию двух групп с 4 уровнями приоритетов в каждой. После этого вы можете в программе выполнить определения высокоприоритетной и низкоприоритетной групп прерываний. В рамках каждой группы можно задавать подуровни, в т. ч. низкий, средний, высокий и очень высокий. Ранее уже говорилось, что это позволяет более абстрактно смотреть на структуру прерываний и помогает программисту управлять большим числом прерываний. Конфигурация прерываний УВВ очень похожа на конфигурацию внутренних исключительных ситуаций процессора Cortex.

Для обработки событий, происходящих асинхронно по отношению к выполнению программы, лучше всего подходит механизм прерываний. Прерывание можно рассматривать как некоторое особое событие в системе, требующее моментальной реакции.

Практически все системы ввода/вывода в компьютере работают с использованием прерываний. В частности, когда вы нажимаете клавиши или щелкаете мышью, аппаратура вырабатывает прерывания. В ответ на них система, соответственно, считывает код нажатой клавиши или запоминает координаты курсора мыши. Прерывания вырабатываются контроллером диска, адаптером локальной сети, портами последовательной передачи данных, звуковым адаптером и другими устройствами.

Кажется очевидным, что возможны самые разнообразные прерывания по самым различным причинам. Поэтому с прерыванием связывают число - так называемый номер прерывания.

Этот номер однозначно соответствует тому или иному событию. Система умеет распознавать прерывания и при их возникновении запускает процедуру, соответствующую номеру прерывания.

Некоторые прерывания (первые пять по порядку номеров) зарезервированы для использования центральным процессором на случай каких-либо особых событий вроде попытки деления на нуль, переполнения и т. п.

Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. Это так называемые программные прерывания. Программные прерывания не являются асинхронными, так как вызываются из программы.

Программные прерывания удобно использовать для организации доступа к отдельным, общим для всех программ функциям. Например, функции операционной системы доступны прикладным программам именно через прерывания. При вызове этих модулей нет необходимости знать их текущий адрес в памяти.

Прикладные программы и драйверы могут сами устанавливать свои обработчики прерываний для их последующего использования другими программами. Для этого встраиваемые обработчики прерываний должны быть резидентными в памяти.

Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и потому приходят асинхронно по отношению к выполнению любых программ. Эти прерывания информируют систему о событиях, связанных с работой устройств. Например, о том, что наконец-то завершилась печать символа на принтере и неплохо было бы выдать следующий символ, или о том, что сектор диска уже прочитан и его содержимое доступно программе.

Использование прерываний при работе с медленными внешними устройствами позволяют совместить ввод/вывод с обработкой данных в центральном процессоре. В результате этого повышается общая производительность системы.

Иногда желательно сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным аппаратным прерываниям. Для этого используют так называемое маскирование прерываний, о котором мы еще будем говорить. Но существует и немаскируемое прерывание (которое, кстати, все-таки можно замаскировать, или, точнее говоря, заблокировать).

Заметим, что обработчики прерываний могут сами вызывать программные прерывания, например, для получения доступа к сервису BIOS или MS-DOS.

Составление собственных программ обработки прерываний и замена стандартных обработчиков MS-DOS и BIOS является достаточно сложной задачей. Необходимо учитывать все тонкости работы аппаратуры, а также взаимодействия программного и аппаратного обеспечения. При отладке возможно разрушение операционной системы с непредсказуемыми последствиями, поэтому надо очень внимательно следить за тем, что делает ваша программа.

4.1. Таблица векторов прерываний

Для того чтобы связать адрес обработчика прерывания с номером прерывания, используется таблица векторов прерываний, занимающая первый килобайт оперативной памяти. Эта таблица находится в диапазоне адресов от 0000:0000 до 0000:03FFh и состоит из 256 элементов - дальних адресов обработчиков прерываний.

Элементы таблицы векторов прерываний называются векторами прерываний. В первом слове элемента таблицы записана компонента смещения, а во втором - сегментная компонента адреса обработчика прерывания.

Вектор прерывания с номером 0 находится по адресу 0000:0000, с номером 1 - по адресу 0000:0004 и т. д.

Для программиста, использующего язык С, таблицу векторов прерываний можно описать следующим образом:

Инициализация таблицы выполняется частично системой базового ввода/вывода BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке MS-DOS. Операционная система MS-DOS может изменить некоторые вектора прерываний, установленные BIOS.

Расскажем о назначении наиболее важных векторов прерываний.

Прерывания, обозначенные как IRQ0 - IRQ15 являются аппаратными прерываниями.

4.2. Маскирование прерываний

Часто при выполнении критических участков программ приходится запрещать прерывания для того чтобы гарантировать непрерываемое выполнение определенной последовательности команд. Это можно сделать командой CLI. Ее нужно поместить в начало критической последовательности команд, а в конце расположить команду STI, разрешающую процессору воспринимать прерывания. Команда CLI запрещает только маскируемые прерывания, на обработку немаскируемого прерывания эта команда никакого влияния не оказывает.

Если вы используете запрет прерываний с помощью команды CLI, следите за тем, чтобы прерывания не отключались на длительный период времени, так как это может привести к нежелательным последствиям. Например, к отставанию системных часов или неправильной работе периферийных устройств компьютера.

Если вам надо запретить не все прерывания, а только некоторые, например, от клавиатуры, то для этого надо воспользоваться услугами контроллера прерываний. Записывая в этот контроллер определенную управляющую информацию, можно замаскировать прерывания от отдельных устройств.

4.3. Изменение таблицы векторов прерываний

Вашей программе может потребоваться организовать обработку некоторых прерываний. Для этого программа должна установить векторы нужных прерываний на свой обработчик. Это можно сделать, изменив содержимое соответствующего элемента таблицы векторов прерываний.

Очень важно не забыть перед завершением работы восстановить содержимое измененных векторов в таблице прерываний.

Дело в том, что память, которая была распределена программе, после завершения работы программы освобождается. Она может быть использована, например, для загрузки другой программы. Если вы забыли восстановить вектор и пришло прерывание, то система может разрушиться - вектор теперь указывает на область, которая может содержать что угодно.

Поэтому последовательность действий для нерезидентных программ, желающих обрабатывать прерывания, должна быть такой:

• прочитать содержимое элемента таблицы векторов прерываний для вектора с нужным вам номером;
• запомнить это содержимое (адрес старого обработчика прерывания) в области данных программы;
• установить новый адрес в таблице векторов прерываний так, чтобы он указывал на начало вашей программы обработки прерывания;
• перед завершением работы программы прочитать из области данных адрес старого обработчика прерывания и записать его в таблицу векторов прерываний.

Кроме того, операция изменения вектора прерывания должна быть непрерывной в том смысле, что во время изменения не должно произойти прерывание. Если вы, например, запишете новое значение смещения, а сегментный адрес обновить не успеете, то по какому адресу будет передано управление в случае прерывания и что при этом произойдет? Об этом можно только догадываться.

Функции MS-DOS для работы с таблицей прерываний

Для облегчения работы по замене векторов прерываний MS-DOS предоставляет в ваше распоряжение специальные функции, предназначенные для чтения элемента таблицы векторов прерывания и для записи в нее нового адреса. Если вы будете использовать эти функции, MS-DOS гарантирует, что операция по замене вектора будет выполнена правильно. Вам не надо заботиться о непрерывности процесса замены вектора прерывания.

Для чтения вектора используйте функцию 35h прерывания INT 21h . Перед ее вызовом регистр AL должен содержать номер вектора в таблице. После выполнения функции в регистрах ES:BX будет искомый адрес обработчика прерывания.

Для вектора с номером, находящимся в регистре AL, функция 25h прерывания INT 21h устанавливает новый обработчик прерывания. Адрес обработчика прерываний следует передать через регистры DS:DX.

Разумеется, вы можете также обращаться к таблице векторов прерываний непосредственно, но тогда при записи необходимо замаскировать прерывания командой CLI, не забыв разрешить их после записи командой STI.

Пользователям языка С доступны функции _dos_getvect и _dos_setvect . Первая функция получает адрес из таблицы векторов прерываний, вторая устанавливает новый адрес. Обе эти функции обращаются к описанным выше функциям 35h и 25h прерывания INT 21h .

Какие требования предъявляются к программе обработки прерывания?

Если прерывания происходят часто, то их обработка может сильно замедлить работу прикладной программы. Поэтому обработчик прерывания должен быть короткой, быстро работающей программой, которая выполняет только самые необходимые действия. Например, чтение очередного символа из порта принтера и запись его в буфер, увеличение значения какого-либо глобального счетчика прерываний и т. п.

Цепочки обработчиков прерываний

Если вам надо добавить какие-либо собственные действия к тем, что выполняет стандартный обработчик прерывания, то можно организовать цепочку прерываний.

Для организации цепочки прерываний нужно записать в векторную таблицу адрес своего обработчика, не забыв сохранить прежнее содержимое таблицы. Ваш обработчик получает управление по прерыванию, выполняет какие-либо действия, затем передает управление старому обработчику.

Можно сделать и по-другому: ваш обработчик вызывает старый обработчик как подпрограмму, а затем после возврата из старого обработчика выполняет дополнительные действия. Иными словами, вы можете вставить дополнительную обработку как до вызова старого обработчика, так и после его вызова.

В библиотеке транслятора C имеется функция для организации цепочки прерываний с именем _chain_intr .

Для описания функции, выполняющей роль обработчика прерывания, следует использовать ключевое слово interrupt.

Такая функция завершается командой возврата из обработки прерывания IRET. Для нее автоматически генерируются команды сохранения регистров на входе и их восстановления при выходе из обработчика прерывания. Пример использования ключевого слова interrupt для определения функции обработки прерывания:

Функция обработки прерывания должна быть дальней функцией, так как таблица векторов прерываний содержит полные адреса в формате <сегмент:смещение>.

Ключевое слово interrupt используется также для описания переменных, предназначенных для хранения векторов прерываний:

Для установки своего обработчика прерываний используйте функцию _dos_setvec . Эта функция имеет два параметра - номер прерывания и указатель на новую функцию обработки прерывания.

Например:

В этом примере для прерывания с номером 16h (программное прерывание, предназначенное для чтения данных из клавиатуры) устанавливается новый обработчик прерывания my_key_intr.

Если вам надо узнать адрес старого обработчика прерывания по его номеру, лучше всего воспользоваться функцией _dos_getvect , которая принимает в качестве параметра номер прерывания и возвращает указатель на соответствующий этому номеру обработчик.

Например:

Для организации цепочки прерываний используйте функцию _chain_intr . В качестве параметра эта функция принимает адрес старого обработчика прерываний.

Программа BEEPER

Программа BEEPER (листинг 4.1) - простой пример, который иллюстрирует применение всех трех перечисленных выше функций, предназначенных для работы с прерываниями.

Листинг 4.1. Файл beeper\beeper.cpp

Эта программа встраивает собственный обработчик прерывания таймера, который будет вызываться примерно 18,2 раза в секунду. Встраиваемый обработчик прерывания подсчитывает прерывания таймера и, если значение соответствующего счетчика кратно 20, громкоговоритель компьютера издает звуковой сигнал.

В конце работы новая программа обработки прерывания таймера вызывает старый обработчик с помощью функции _chain_intr .

После установки нового обработчика прерывания таймера основная программа ждет, когда пользователь нажмет любую клавишу. Затем она восстанавливает старое содержимое вектора прерывания.

4.4. Особенности обработки аппаратных прерываний

Аппаратные прерывания вырабатываются устройствами компьютера, как правило, при завершении ими операций обмена данными или при изменении состояния. В зависимости от типа устройства обработчик прерывания может выполнять те или иные функции. Например, по прерыванию таймера соответствующий обработчик увеличивает содержимое счетчика, расположенного в оперативной памяти. По содержимому этого счетчика программы могут определить текущее время.

В отличие от программных прерываний, вызываемых запланировано программой или драйвером, аппаратные прерывания всегда происходят асинхронно по отношению к выполняющимся программам. Кроме того, может возникнуть одновременно сразу несколько прерываний!

Для того чтобы система "не растерялась", решая какое прерывание обслуживать в первую очередь, существует специальная схема приоритетов. Каждому прерыванию назначается свой приоритет. Если происходит одновременно несколько прерываний, система отдает предпочтение самому высокоприоритетному, откладывая на время обработку остальных прерываний.

Система приоритетов реализована на двух микросхемах Intel 8259 (или аналогичных). Каждая микросхема является контроллером прерывания и обслуживает до восьми приоритетов. Микросхемы можно объединять (каскадировать) для увеличения количества уровней приоритетов в системе.

Уровни приоритетов обозначаются сокращенно IRQ0 - IRQ15 .

В компьютере типа IBM PC/XT была установлена только одна микросхема контроллера прерывания. Приоритеты линейно зависели от номера уровня прерывания. Прерывание IRQ0 соответствовало самому высокому приоритету, за ним шли прерывания IRQ1 , IRQ2 , IRQ3 и так далее.

Прерывание IRQ2 в компьютерах IBM PC/XT было зарезервировано для дальнейшего расширения системы. В компьютерах IBM PC/AT прерывание IRQ2 стало использоваться для каскадирования двух контроллеров прерывания 8259. Добавленные приоритетные уровни прерываний IRQ8 - IRQ15 в этих компьютерах располагаются по приоритету между прерываниями IRQ1 и IRQ3 .

Приведем список аппаратных прерываний, расположенных в порядке убывания приоритета:

Из этого списка видно, что самый высокий приоритет у прерываний от интервального таймера, затем идет прерывание от клавиатуры. Наименьший приоритет имеет прерывание принтера.

Для управления схемами приоритетов необходимо знать внутреннее устройство контроллера прерываний 8259.

Поступающие прерывания запоминаются в регистре запроса на прерывание IRR. Каждый бит из восьми в этом регистре соответствует своему прерыванию.

Перед выдачей в процессор запроса на прерывание проверяется содержимое восьмибитового регистра маски прерываний IMR. Если прерывание данного уровня не замаскировано, то запрос на прерывание выдается.

Наиболее интересными с точки зрения программирования контроллера прерываний являются регистры маски прерываний IMR и управляющий регистр прерываний.

В компьютерах IBM PC/XT регистр маски прерываний имеет адрес 21h, управляющий регистр прерываний - 20h. В компьютерах IBM PC/AT первый контроллер 8259 имеет такие же адреса, что и в IBM PC/XT. Регистр маски прерываний второго контроллера имеет адрес A1h, управляющий регистр прерываний - адрес A0h.

Разряды регистра маски прерываний соответствуют номерам IRQ. Для того чтобы замаскировать аппаратное прерывание какого-либо уровня, надо записать в регистр маски байт масок. В этом байте следует установить в 1 те биты, которые соответствуют маскируемым прерываниям. Например, для маскирования прерываний от НГМД в порт 21h надо записать двоичное число 01000000.

Приведем строку программы, маскирующей прерывание от флоппи-диска:

Чтобы "оживить" прерывания от НГМД, используйте следующую строку (которая размаскирует все прерывания):

Заметьте, что в приведенном выше примере мы замаскировали прерывание именно от НГМД, все остальные устройства продолжали нормально работать. Если бы мы выдали машинную команду CLI, то отключились бы все аппаратные прерывания. Это привело бы, например, к тому, что клавиатура была бы заблокирована.

Еще одно замечание, касающееся обработки аппаратных прерываний.

Если вы полностью заменяете стандартный обработчик аппаратного прерывания, не забудьте в конце программы записать байт 20h в порт с адресом 20h (A0h для второго контроллера 8259). Эти действия необходимы для очистки регистра обслуживания прерывания ISR. При этом разрешается обработка прерываний с более низким приоритетом чем то, которое только что обрабатывалось.

Если вы обрабатываете прерывание 1Ch, то указанная выше добавка в конце программы обработки прерывания не нужна, так как это прерывание является программным и вызывается из обработчика аппаратного прерывания таймера.

Перед тем как завершить изучение прерываний, зададимся вопросом - можно ли замаскировать немаскируемое прерывание? Оказывается можно!

Конечно, если сигнал прерывания пришел на вход немаскируемого прерывания процессора, ничего сделать нельзя - прерывание произойдет неизбежно. Но в компьютере предусмотрены схемы, блокирующие вход немаскируемого прерывания процессора NMI.

Для компьютера IBM PC/XT маскированием немаскируемого прерывания управляет порт с адресом 0A0h. Если записать в него 0, немаскируемое прерывание будет запрещено, если 80h - разрешено.

Аналогично для IBM PC/AT маскированием немаскируемого прерывания управляет бит 7 порта 70h. Запись байта 0ADh в порт 70h запретит немаскируемое прерывание, а байта 2Dh - разрешит прохождение прерывания.

Заметим, что мы не запрещаем немаскируемое прерывание "внутри" процессора - это невозможно по определению, мы "не пускаем" сигнал прерывания на вход NMI.

Прерывание (interrupt) – событие, требующие немедленной реакции со стороны процессора. Реакция состоит в том, что процессор прерывает обработку текущей программы (прерываемой программы ) и переходит к выполнению некоторой другой программы (прерывающей программы ), специально предназначенной для данного события. По завершении этой программы процессор возвращается к выполнению прерванной программы.

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается сигналом прерывания , оповещающим об этом вычислительную машину, и называемым запросом прерывания .

Состояние программы представляет собой совокупность состояний всех запоминающих элементов в соответствующий момент времени (например, после выполнения последней команды). При возникновении прерывания микроконтроллер сохраняет в стеке содержимое счетчика команд и загружает в него адрес соответствующего вектора прерывания. Последней командой подпрограммы обработки прерывания должна быть команда, которая осуществляет возврат в основную программу и восстановление предварительно сохраненного счетчика команд. Во время выполнения обработчика прерывания некоторая информация может подвергнуться изменению. Поэтому при переходе к обработчику прерывания необходимо сохранить элементы, подвергающиеся изменению. Набор таких элементов представляет собой вектор состояния программы . При этом другая информация о состоянии ячеек памяти не существенна или может быть восстановлена программным путем.

Вектор начального состояния содержит всю необходимую информацию для начального запуска программы. Во многих случаях вектор начального состояния содержит только один элемент – начальный адрес запускаемой программы.

Вектор прерывания является вектором начального состояния прерывающей программы (обработчика) и содержит всю необходимую информацию для перехода к обработчику, в том числе его начальный адрес. Каждому типу прерываний соответствует свой вектор прерывания, который инициализирует выполнение соответствующего обработчика. Обычно векторы прерывания хранятся в специально выделенных фиксированных ячейках памяти с короткими адресами, представляющих собой таблицу векторов прерываний . Для перехода к соответствующей прерывающей программе процессор должен располагать вектором прерывания и адресом этого вектора. По этому адресу, как правило, находится команда безусловного перехода к подпрограмме обработки прерывания.

Как правило, управление запоминанием и возвратом возложено на обработчик прерывания. В этом случае обработчик состоит из трех частей – подготовительной (пролог ) и заключительной (эпилог ), обеспечивающих переключение программ, и собственно прерывающей программы, выполняющей затребованные запросом операции. Время реакции определяется как временной интервал от момента поступления запроса прерывания до начала выполнения прерывающей программы.

t p – время реакции системы на прерывание;
t з – время запоминания состояния прерываемой программы;
t ппр – время собственно прерывающей программы;
t в – время восстановления состояния прерванной программы

При наличии нескольких источников запросов должен быть установлен определенный порядок обслуживания поступающих запросов, называемый приоритетными соотношениями или дисциплиной обслуживания . Совокупность всех возможных типов прерывания процессора представляет собой систему прерывания микроконтроллера. Дисциплина обслуживания определяет, какой из нескольких запросов, поступивших одновременно, подлежит обработке в первую очередь, и имеет ли право данный запрос прерывать тот или иной обработчик прерывания.
В случае если во время обработки прерывания поступает запрос на прерывание с более высоким уровнем приоритета, управление передается обработчику прерывания более высокого приоритета, при этом работа обработчика прерывания с более низким уровнем приоритета приостанавливается. Возникает вложенность прерываний . Максимальное число программ, которые могут приостанавливать друг друга называется глубиной прерываний .

Если запрос прерывания окажется не обслуженным к моменту прихода нового запроса от того же источника (того же приоритета), то возникает насыщение системы прерываний . При этом часть запросов прерывания будет утрачена, что для нормальной работы микроконтроллера недопустимо.

Характеристиками системы прерывания являются:

• общее количество запросов прерывания – количество источников запросов прерывания;
• тип представления прерывания – как правило, запрос прерывания представлен логическим уровнем сигнала;
• приоритет прерывания – определяет очередность обработки каждого запроса прерывания, чем выше приоритет, тем меньше задержка в исполнении прерывающей программы для него;
• время реакции – временной интервал между появлением запроса прерывания и началом выполнения прерывающей программы;
• задержка прерывания – определяется суммарным временем на запоминание и восстановление программы;
• глубина, обычно совпадает с числом уровней приоритетов в системе прерывания;
• насыщение системы прерывания;
• допустимые моменты прерывания программ (как правило, окончание выполнения следующей команды).

Маскирование прерываний используется для сообщения микроконтроллеру о необходимости реагировать на каждый тип прерывания или игнорировать его. Маска прерывания представляет двоичный код, разряды которого поставлены в соответствие источникам запроса прерываний. Единичный бит в двоичном коде сообщает микроконтроллеру о необходимости обработки прерываний такого типа. Нулевой бит напротив не позволяет микроконтроллеру переходить к обработке прерываний указанного типа.
Как правило, кроме маскирования прерываний, существует также бит глобального разрешения прерываний, нулевое значение которого отключает все обработчики прерываний (кроме аппаратного сброса и перехода к началу исполняемой программы).
Кроме двоичного кода маски прерываний существует также двоичный код флагов прерываний , который позволяет обработчику прерываний установить источник возникновения прерывания в случае если источников с указанным запросом в микроконтроллере несколько.

Для обработки событий, происходящих асинхронно по отношению к выполнению программы, лучше всего подходит механизм прерываний .

Прерывание можно рассматривать как некоторое особое событие в системе, требующее моментальной реакции. Например, хорошо спроектированные системы повышенной надежности используют прерывание по аварии в питающей сети для выполнения процедур записи содержимого регистров и оперативной памяти на магнитный носитель, с тем чтобы после восстановления питания можно было продолжить работу с того же места.

Кажется очевидным, что возможны самые разнообразные прерывания по самым различным причинам. Поэтому прерывание рассматривается не просто как таковое, с ним связывают число, называемое номером типа прерывания или просто номером прерывания. С каждым номером прерывания связывается то или иное событие. Система умеет распознавать, какое прерывание, с каким номером произошло и запускает соответствующую этому номеру процедуру.

Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. Это так называемые программные прерывания. Программные прерывания не являются асинхронными, так как вызываются из программы (а она-то знает, когда она вызывает прерывание!).

Программные прерывания удобно использовать для организации доступа к отдельным, общим для всех программ модулям. Например, программные модули операционной системы доступны прикладным программам именно через прерывания, и нет необходимости при вызове этих модулей знать их текущий адрес в памяти. Прикладные программы могут сами устанавливать свои обработчики прерываний для их последующего использования другими программами. Для этого встраиваемые обработчики прерываний должны быть резидентными в памяти.

Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и приходят асинхронно. Эти прерывания информируют систему о событиях, связанных с работой устройств, например о том, что наконец-то завершилась печать символа на принтере и неплохо было бы выдать следующий символ, или о том, что требуемый сектор диска уже прочитан его содержимое доступно программе. Использование прерываний при работе с медленными внешними устройствами позволяют совместить ввод/вывод с обработкой данных в центральном процессоре и в результате повышает общую производительность системы. Некоторые прерывания (первые пять в порядке номеров) зарезервированы для использования самим центральным процессором на случай каких-либо особых событий вроде попытки деления на ноль, переполнения и т.п.

Иногда желательно сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным прерываниям. Для этого используют так называемое маскирование прерываний . Но некоторые прерывания замаскировать нельзя, это немаскируемые прерывания.

Заметим еще, что обработчики прерываний могут сами вызывать программные прерывания, например, для получения доступа к сервису BIOS или DOS (сервис BIOS также доступен через механизм программных прерываний).

Составление собственных программ обработки прерываний и замена стандартных обработчиков DOS и BIOS является ответственной и сложной работой. Необходимо учитывать все тонкости работы аппаратуры и взаимодействия программного и аппаратного обеспечения. При отладке возможно разрушение операционной системы с непредсказуемыми последствиями, поэтому надо очень внимательно следить за тем, что делает Ваша программа.

Для того чтобы связать адрес обработчика прерывания с номером прерывания, используется таблица векторов прерываний , занимающая первый килобайт оперативной памяти - адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов - FAR-адресов обработчиков прерываний. Эти элементы называются векторами прерываний . В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором - адрес сегмента обработчика прерывания.

Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 - 0000:0004 и т.д.

Инициализация таблицы происходит частично BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке DOS. DOS может переключить на себя некоторые прерывания BIOS.

Рассмотрим содержимое таблицы векторов прерываний. Приведем назначение некоторых наиболее важных векторов:

	Описание
	Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). DOS обычно при обработке этого прерывания выводит сообщение об ошибке и останавливает выполнение программы. Для процессора 8086 при этом адрес возврата указывает на следующую после команды деления команду, а в процессоре 80286 - на первый байт команды, вызвавшей прерывание.
	Прерывание пошагового режима. Вырабатывается после выполнения каждой машинной команды, если в слове флагов установлен бит пошаговой трассировки TF. Используется для отладки программ. Это прерывание не вырабатывается после выполнения команды MOV в сегментные регистры или после загрузки сегментных регистров командой POP.
	Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора.
	Прерывание для трассировки. Это прерывание генерируется при выполнении однобайтовой машинной команды с кодом CCh и обычно используется отладчиками для установки точки прерывания.
	Переполнение. Генерируется машинной командой INTO, если установлен флаг OF. Если флаг не установлен, то команда INTO выполняется как NOP. Это прерывание используется для обработки ошибок при выполнении арифметических операций.
	Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. Для процессора 80286 генерируется при выполнении машинной команды BOUND, если проверяемое значение вышло за пределы заданного диапазона.
	Неопределенный код операции или длина команды больше 10 байт (для процессора 80286).
	Особый случай отсутствия математического сопроцессора (процессор 80286).
	IRQ0 - прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду.
	IRQ1 - прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры.
	IRQ2 - используется для каскадирования аппаратных прерываний в машинах класса AT.
	IRQ3 - прерывание асинхронного порта COM2.
	IRQ4 - прерывание асинхронного порта COM1.
	IRQ5 - прерывание от контроллера жесткого диска для XT.
	IRQ6 - прерывание генерируется контроллером флоппи-диска после завершения операции.
	IRQ7 - прерывание принтера. Генерируется принтером, когда он готов к выполнению очередной операции. Многие адаптеры принтера не используют это прерывание.
	Обслуживание видеоадаптера.
	Определение конфигурации устройств в системе.
	Определение размера оперативной памяти в системе.
	Обслуживание дисковой системы.
	Последовательный ввод/вывод.
	Расширенный сервис для AT-компьютеров.
	Обслуживание клавиатуры.
	Обслуживание принтера.
	Запуск BASIC в ПЗУ, если он есть.
	Обслуживание часов.
	Обработчик прерывания Ctrl-Break.
	Прерывание возникает 18.2 раза в секунду, вызывается программно обработчиком прерывания таймера.
	Адрес видеотаблицы для контроллера видеоадаптера 6845.
	Указатель на таблицу параметров дискеты.
	Указатель на графическую таблицу для символов с кодами ASCII 128-255.
	Используется DOS или зарезервировано для DOS.
	Прерывания, зарезервированные для пользователя.
	Не используются.
	IRQ8 - прерывание от часов реального времени.
	IRQ9 - прерывание от контроллера EGA.
	IRQ10 - зарезервировано.
	IRQ11 - зарезервировано.
	IRQ12 - зарезервировано.
	IRQ13 - прерывание от математического сопроцессора.
	IRQ14 - прерывание от контроллера жесткого диска.
	IRQ15 - зарезервировано.
	Не используются.
	Зарезервированы для BASIC.
	Используются интерпретатором BASIC.
	Для того чтобы связать адрес обработчика прерывания с номером прерывания, используется таблица векторов прерываний, занимающая первый килобайт оперативной памяти - адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов - FAR-адресов обработчиков прерываний. Эти элементы называются векторами прерываний. В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором - адрес сегмента обработчика прерывания. Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 - 0000:0004 и т.д. Для программиста, использующего язык Си, таблицу можно описать следующим образом: void (* interrupt_table)(); Инициализация таблицы происходит частично BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке DOS. DOS может переключить на себя некоторые прерывания BIOS. В таблице 5.1. приведено назначение некоторых наиболее важных векторов. Таблица 5.1. Описание Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). DOS обычно при обработке этого прерывания выводит сообщение об ошибке и останавливает выполнение программы. Для процессора 8086 при этом адрес возврата указывает на следующую после команды деления команду, а в более поздних процессорах - на первый байт команды, вызвавшей прерывание. Прерывание пошагового режима. Вырабатывается после выполнения каждой машинной команды, если в слове флагов установлен бит пошаговой трассировки TF. Используется для отладки программ. Это прерывание не вырабатывается после выполнения команды MOV в сегментные регистры или после загрузки сегментных регистров командой POP. Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора. Прерывание для трассировки. Это прерывание генерируется при выполнении однобайтовой машинной команды с кодом CCh и обычно используется отладчиками для установки точки прерывания. Переполнение. Генерируется машинной командой INT0, если установлен флаг 0F. Если флаг не установлен, то команда INT0 выполняется как NOP. Это прерывание используется для обработки ошибок при выполнении арифметических операций. Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. Для процессора 80286 генерируется при выполнении машинной команды BOUND, если проверяемое значение вышло за пределы заданного диапазона. Неопределенный код операции или длина команды больше 10 байт (для процессора 80286). Особый случай отсутствия математического сопроцессора (процессор 80286). IRQ0 - прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду. IRQ1 - прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры. IRQ2 - используется для каскадирования аппаратных прерываний в машинах класса AT. IRQ3 - прерывание асинхронного порта COM2. IRQ4 - прерывание асинхронного порта COM1. IRQ5 - прерывание от контроллера жесткого диска для XT. IRQ6 - прерывание генерируется контроллером флоппи-диска после завершения операции. IRQ7 - прерывание принтера. Генерируется принтером, когда он готов к выполнению очередной операции. Многие адаптеры принтера не используют это прерывание. Обслуживание видеоадаптера. Определение конфигурации устройств в системе. Определение размера оперативной памяти в системе. Обслуживание дисковой системы. Последовательный ввод/вывод. Расширенный сервис для AT-компьютеров. Обслуживание клавиатуры. Обслуживание принтера. Запуск BASIC в ПЗУ, если он есть. Обслуживание часов. Обработчик прерывания Ctrl-Break. Прерывание возникает 18.2 раза в секунду, вызывается программно обработчиком прерывания таймера. Адрес видеотаблицы для контроллера видеоадаптера 6845. Указатель на таблицу параметров дискеты. Указатель на графическую таблицу для символов с кодами ASCII 128-255. Используется DOS или зарезервировано для DOS. Прерывания, зарезервированные для пользователя. Не используются. IRQ8 - прерывание от часов реального времени. IRQ9 - прерывание от контроллера EGA. IRQ10 - зарезервировано. IRQ11 - зарезервировано. IRQ12 - зарезервировано. IRQ13 - прерывание от математического сопроцессора. IRQ14 - прерывание от контроллера жесткого диска. IRQ15 - зарезервировано. Не используются. Зарезервированы для BASIC. Используются интерпретатором BASIC. Не используются. IRQ0 - IRQ15 - это аппаратные прерывания, о них будет рассказано позже. Поделитесь в социальных сетях! Оцените статью: (1 оценок, в среднем: 5,00 из 5) Loading... Полезные статьи Надия черкасова личная жизнь Мерилин монро была лесбиянкой и ненавидела секс Цвет глаз монро Подарок маме на день рождения своими руками — идеи и пошаговые инструкции выполнения с фото