深入淺出處理器（中）_中斷

專題1—深入淺出處理器

2.處理器（中）_中斷

2.1中斷的概念和意義：

中斷時一種處理器與外設進行通信的機制，用于通知處理器外部有“重要事件”發生，一般情況下中斷需要被處理器響應。

2.2中斷服務程序(ISR)

1.從外設中讀取中斷寄存器的值，以便了解中斷的類型
2.根據中斷類型具體設計處理邏輯
3.清除外設狀態寄存器中的中斷標志位
4.清理處理器中的中斷標識位
整個處理器過程如下所示：

軟件工程師眼中的中斷服務程序：
— 不能有返回值，不能有參數傳遞
— 必須短小而高效，避免浮點運算
錯誤示例：
__interrupt double compute_area(double radius)
{
double area = PI radius radius;
printf (“\n area = %f”, area);
return area;
}

2.3中斷的意義：

—中斷的意義在于應用程序不必關心中斷的發生與處理
—中斷服務程序不必關系應用程序的執行狀態
—中斷是“上層應用”與“底層代碼”的分割邊界。

2.4中斷的類型

—硬中斷：通過處理器中斷信號線產生的中斷
CPU和外部設備是分別獨立的硬件執行單元，CPU對全部設備進行管理和資源調度處理，CPU要想知道外部設備的運行狀態，要么CPU定時的去查看外部設備特定寄存器，要么讓外部設備在出現需要CPU干涉處理時“打斷”CPU，讓它來處理外部設備的請求，毫無疑問第二種方式更合理，可以讓CPU“專心”去工作，這里的“打斷”操作就叫做中斷請求，根據請求的緊急情況，中斷請求分一般中斷和快速中斷，快速中斷具有最高中斷優先級和最小的中斷延遲，通常用于處理高速數據傳輸及通道的中數據恢復處理，如DMA等，絕大部分外設使用一般中斷請求。
—軟中斷：通過非法指令或者特殊指令出發的中斷(或者稱為異常)
異常是應用程序自己調用時產生的，用于用戶程序申請訪問硬件資源時，例如：printf()打 印函數，要將用戶數據打印到顯示器上，用戶程序要想實現打印必須申請使用顯示器，而用戶程序又沒有外設硬件的使用權，只能通過使用軟件中斷指令切換到內核態，通過操作系統內核代碼來訪問外設硬件，內核態是工作在特權模式下，操作系統在特權模式下完成將用戶數據打印到顯示器上。這樣做的目的無非是為了保護操 作系統的安全和硬件資源的合理使用，該異常在管理模式下處理。

2.5中斷優先級

多個中斷同時出現時，處理器會優先響應高優先級的中斷，低優先級的中斷ISR執行時可以被高優先級的中斷打斷。
思考：CPU如何保證fiq比irq快？有2個原因：
第一，fiq模式有專用的r8～r12，因此在fiq的isr中可以直接使用r8-r12而不用保存，這就能節省時間；
第二，異常向量表中fiq是最后一個異常向量入口。因此fiq的isr不需要跳轉，可以直接寫在原地，這樣就比其他異常少跳轉一次，省了些時間。

2.6中斷的應用_程序斷點

A.斷點指的是調試工具用于暫停代碼執行的指令位置、
B.斷點的實現為處理器的中斷支持
軟件斷點：利用非法指令異常產生中斷實現（軟中斷）
硬件中斷：利用中斷寄存器的特定產生中斷實現
斷點程序的原理：
1.獲取源程序制定行對應的代碼地址
2.把代碼地址中的指令替換為中斷觸發指令
3.在中斷服務程序中將控制權交給調試程序
4.調試程序讀取源程序上下文信息
5.調試程序將代碼中的指令還原
6.源程序從斷點處繼續向下執行
上述過程和中斷的處理過程完全一致，圖解如下：

2.7中斷調試的工程應用

背景：嵌入式產品的實時性要求很高，各個task 有嚴格的時間要求，斷點調試不可用，只能依賴于打印調試（日志調試發），但是打印調試，打印的數據分布于產品各個角落，難以分析和定位，同時打印操作設計到IO操作，會影響產品效率
解決思路：結合日志調試發和斷點調試法的優點，使得實時系統調試時，能夠任意查看制定代碼行上下文信息；并且不增加打印語句，不暫停執行。
最終方案：
1.獲取原程序制定行對應的代碼地址
2.把代碼地址中的指令替換為中斷觸發指令
3.在中斷服務程序中抓取全局信息和棧信息
4.抓取的信息發送會調試程序解析并輸出

本文參考自狄泰課程，特此致謝。