详解中断机制

shuszhao

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昨天 13:03 上传
中断机制是现代计算机系统中的基本机制之一，它在系统中起着通信网络的作用，以协调系统对各种外部事件的响应和处理，中断是实现多道程序设计的必要条件，中断是CPU 对系统发生的某个事件作出的一种反应。引起中断的事件称为中断源。中断源向CPU 提出处理的请求称为中断请求。发生中断时被打断程序的暂停点称为断点。CPU暂停现行程序而转为响应中断请求的过程称为中断响应。处理中断源的程序称为中断处理程序。CPU执行有关的中断处理程序称为中断处理。而返回断点的过程称为中断返回。中断的实现由软件和硬件综合完成，硬件部分叫做硬件装置，软件部分成为软件处理程序。
众所周知，处理器的速度跟外围硬件设备的速度往往不在一个数量级上，因此，如果内核采取让处理器向硬件发出一个请求，然后专门等待回应的办法，显然降低内核效率。

既然硬件的响应这么慢，那么内核就应该在此期间处理其他事务，等到硬件真正完成了请求的操作之后，再回过头来对它进行处理。想要实现这种功能，轮询（polling）可能会是一种解决办法。可以让内核定期对设备的状态进行查询，然后做出相应的处理。不过这种方法很可能会让那个内核做不少无用功，因为无论硬件设备是正在忙碌着完成任务还是已经大功告成，轮询总会周期性的重复执行。更好的办法是由我们来提供一种机制，让硬件在需要的时候再向内核发出信号（变内核主动为硬件主动），这就是中断机制。

中断使得硬件得以与处理器进行通信。举个例子，在你敲打键盘的时候，键盘控制器（控制键盘的硬件设备）会发送一个中断，通知操作系统有键按下。中断本质是一种特殊的电信号，由硬件设备发向处理器。处理器接受到中断后，会马上向操作系统反映此信号的到来，然后就由os负责处理这些新到来的数据。硬件设备生成中断的时候并不考虑与处理器的时钟同步——换句话说就是中断随时可以产生。因此，内核随时可能因为新到来的中断而被打断。

不同的设备对应的中断不同，而每个中断都通过一个惟一的数字标识。因此，来自键盘的中断就有别于来自硬盘的中断，从而使得操作系统能够对中断进行区分，并知道哪个硬件设备产生了哪个中断。这样，操作系统才能给不同的中断提供不同的中断处理程序。

在它执行程序的时候，如果有另外的事件发生（比如用户又打开了一个程序）那么这时候就需要由计算机系统的中断机制来处理了。

中断机制包括硬件的中断装置和操作系统的中断处理服务程序。让硬件在需要的时候再向内核发出信号。

中断系统的功能

1）实现中断响应和中断返回
当CPU收到中断请求后，能根据具体情况决定是否响应中断，如果CPU没有更急、更重要的工作，则在执行完当前指令后响应这一中断请求。CPU中断响应过程如下：首先，将断点处的PC值（即下一条应执行指令的地址）推入堆栈保留下来，这称为保护断点，由硬件自动执行。然后，将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留下来，这称为保护现场，由用户自己编程完成。保护断点和现场后即可执行中断服务程序，执行完毕，CPU由中断服务程序返回主程序，中断返回过程如下：首先恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现场，由用户编程完成。然后，再加返回指令RETI，RETI指令的功能是恢复PC值，使CPU返回断点，这称为恢复断点。恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此为止。

2）实现优先权排队

通常，系统中有多个中断源，当有多个中断源同时发出中断请求时，要求计算机能确定哪个中断更紧迫，以便首先响应。为此，计算机给每个中断源规定了优先级别，称为优先权。这样，当多个中断源同时发出中断请求时，优先权高的中断能先被响应，只有优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。计算机按中断源优先权高低逐次响应的过程称优先权排队，这个过程可通过硬件电路来实现，亦可通过软件查询来实现。

3）实现中断嵌套

当CPU响应某一中断时，若有优先权高的中断源发出中断请求，则CPU能中断正在进行的中断服务程序，并保留这个程序的断点（类似于子程序嵌套），响应高级中断，高级中断处理结束以后，再继续进行被中断的中断服务程序，这个过程称为中断嵌套。如果发出新的中断请求的中断源的优先权级别与正在处理的中断源同级或更低时，CPU不会响应这个中断请求，直至正在处理的中断服务程序执行完以后才能去处理新的中断请求。

中断的分类
分为软中断和硬中断
软中断：
a.编程异常通常叫做软中断
b.软中断是通讯进程之间用来模拟硬中断的 一种信号通讯方式。
c.中断源发中断请求或软中断信号后,CPU或接收进程在适当的时机自动进行中断处理或完成软中断信号对应的功能
d.软中断是软件实现的中断,也就是程序运行时其他程序对它的中断;而硬中断是硬件实现的中断,是程序运行时设备对它的中断。
硬中断：
a.硬中断是由外部事件引起的因此具有随机性和突发性；软中断是执行中断指令产生的，无面外部施加中断请求信号，因此中断的发生不是随机的而是由程序安排好的。
b.硬中断的中断响应周期，CPU需要发中断回合信号（NMI不需要），软中断的中断响应周期，CPU不需发中断回合信号。
c.硬中断的中断号是由中断控制器提供的（NMI硬中断中断号系统指定为02H）；软中断的中断号由指令直接给出，无需使用中断控制器。
d.硬中断是可屏蔽的（NMI硬中断不可屏蔽），软中断不可屏蔽。
区别：
a.软中断发生的时间是由程序控制的,而硬中断发生的时间是随机的
b.软中断是由程序调用发生的,而硬中断是由外设引发的
c.硬件中断处理程序要确保它能快速地完成它的任务,这样程序执行时才不会等待较长时间

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学习了，谢谢。，

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好文章可以

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谢谢分享，建议说明是什么单片机的，这个应该不是51的单片机吧。

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