中断处理和设备处理如何合作

A. 中断处理是什么

中断处理

当CPU（中央处理器）执行一条现行指令的时候，如果外设向CPU发出中断请求，那么CPU在满足响应的情况下，将发出中断响应信号，与此同时关闭中断，表示CPU不在受理另外一个设备的中断。

这时，CPU将寻找中断请求源是哪一个设备，并保存CPU自己的程序计数器（PC）的内容。然后，他将转移到处理该中断源的中断服务程序。CPU在保存现场信息，设备服务（如交换数据）以后，将恢复现场信息。在这些动作完成以后，开放中断，并返回到原来被中断的主程序的下一条指令。

(1)中断处理和设备处理如何合作扩展阅读

当中断处理完毕后，用户通过POP指令将保存在堆栈中的各个寄存器的内容弹出，即恢复主程序断点处寄存器的原值。

在中断服务子程序的最后要安排一条中断返回指令IRET，执行该指令，系统自动将堆栈内保存的 IP/EIP和CS值弹出，从而恢复主程序断点处的地址值，同时还自动恢复标志寄存器FR或EFR的内容，使CPU转到被中断的程序中继续执行。

B. 中断处理系统一般是由什么组成

以下来源于网络 希望对你有所帮助

Linux通过使用多种不同硬件来执行许多不同任务。包括驱动显示器的视频设备、驱动硬盘的IDE设备等。我们可以同步驱动这些设备，即我们可以发送一个请求执行一组操作（比如说将一块内存数据写入到磁盘）然后等待到执行完毕。这种方式虽然可以工作,但是效率很低，因为操作系统必须等待每个操作的完成,所以操作系统将花费大量时间在“忙等待”上。更为有效的方式是执行请求，然后转去执行其它任务。当设备完成请求时再通过中断通知操作系统。这样系统中可以同时存在多个未完成的任务。

不管CPU在作什么工作，为了让设备产生中断必须提供一些必要的硬件支持。几乎所有的通用处理器如AlphaAXP都使用近似的方法。CPU的一些物理引脚被设计成可以改变电压（如从+5V变成-5V）从而引起CPU停止当前工作并开始执行处理中断的特殊代码：中断处理程序。这些引脚之一被连接到一个周期性时钟上并每隔千分之一秒就接收一次中断，其它引脚则可连接到系统中其它设备如SCSI控制器上。

系统常使用中断控制器来在向CPU中断引脚发送信号之前将设备中断进行分组。这样可以节省CPU上中断引脚个数，同时增加了系统设计的灵活性。此中断控制器通过屏蔽与状态寄存器来控制中断。通过设置屏蔽寄存器中的某些位可以使能或者关闭中断，读取状态寄存器可得到系统当前处于活动状态的中断。

系统中有些中断是通过硬连线连接的，如实时时钟的周期性定时器可能被固定连接到中断控制器的引脚3上。而其它连接到控制器的引脚只能由插到特定ISA或PCI槽中的控制卡来决定。例如中断控制器中的引脚4可能被连接到PCI槽号0，但可能某天此槽中插入一块以太网卡而过几天又会换成SCSI控制器。总之每个系统都有其自身的中断路由机制，同时操作系统还应该能灵活处理这些情况。

多数现代通用微处理器使用近似的方法来处理中断。硬件中断发生时，CPU将停止执行当前指令并将跳转到内存中包含中断处理代码或中断处理代码指令分支的位置继续执行。这些代码在一种特殊CPU模式：中断模式下执行。通常在此模式下不会有其它中断发生。但是也有例外；有些CPU将中断的优先级进行分类，此时更高优先级的中断还可能发生。这样意味着必须认真编写第一级中断处理代码，同时中断处理过程应该拥有其自身的堆栈，以便存储转到中断处理过程前的CPU执行状态（所有CPU的普通寄存器和上下文）。一些CPU具有一组特殊的寄存器-它们仅存在于中断模式中，在中断模式下可以使用这些寄存器来保存执行所需要的执行上下文。

当中断处理完毕后CPU状态将被重储，同时中断也将被释放。CPU将继续做那些中断发生前要做的工作。中断处理代码越精炼越好，这样将减少操作系统阻塞在中断上的时间与频率。

7.1可编程中断控制器
系统设计者可以自由选择中断结构，一般的IBMPC兼容将使用Intel82C59A-2CMOS可编程中断控制器或其派生者。这种控制器在PC诞生之前便已经产生，它的可编程性体现在那些位于众所周知ISA内存位置中的寄存器上。非Intel系统如基于AlphaAXP的PC不受这些体系结构限制，它们经常使用各种不同的中断控制器。

图7.1给出了两个级连的8位控制器，每个控制器都有一个屏蔽与中断状态寄存器：PIC1和PIC2。这两个屏蔽寄存器分别位于ISAI/O空间0x21和0xA1处，状态寄存器则位于0x20和0xA0。对此屏蔽寄存器某个特定位置位将使能某一中断，写入0则屏蔽它。但是不幸的是中断屏蔽寄存器是只写的，所以你无法读取你写入的值。这也意味着Linux必须保存一份对屏蔽寄存器写入值的局部拷贝。一般在中断使能和屏蔽例程中修改这些保存值，同时每次将这些全屏蔽码写入寄存器。

当有中断产生时，中断处理代码将读取这两个中断状态寄存器（ISR）。它将0x20中的ISR看成一个16位中断寄存器的低8位而将0xA0中的ISR看成其高8位。这样0xA0中ISR第1位上的中断将被视作系统中断9。PIC1上的第二位由于被用来级连PIC2所以不能作其它用处，PIC2上的任何中断将导致PIC1的第二位被置位。

7.2初始化中断处理数据结构
核心的中断处理数据结构在设备驱动请求系统中断控制时建立。为完成此项工作，设备驱动使用一组Linux核心函数来请求中断，使能中断和屏蔽中断。
每个设备驱动将调用这些过程来注册其中断处理例程地址。

有些中断由于传统的PC体系结构被固定下来，所以驱动仅需要在其初始化时请求它的中断。软盘设备驱动正是使用的这种方式;它的中断号总为6。有时设备驱动也可能不知道设备使用的中断号。对PCI设备驱动来说这不是什么大问题，它们总是可以知道其中断号。但对于ISA设备驱动则没有取得中断号的方便方式。Linux通过让设备驱动检测它们的中断号来解决这个问题。

设备驱动首先迫使设备引起一个中断。系统中所有未被分配的中断都被使能。此时设备引发的中断可以通过可编程中断控制器来发送出去。Linux再读取中断状态寄存器并将其内容返回给设备驱动。非0结果则表示在此次检测中有一个或多个中断发生。设备驱动然后将关闭检测并将所有未分配中断屏蔽掉。

如果ISA设备驱动成功找到了设备的IRQ号，就可以象平常一样请求对设备的控制。

基于PCI系统比基于ISA系统有更多的动态性。ISA设备使用的中断引脚通常是通过硬件设备上的跳线来设置并固定在设备驱动中。PCI设备在系统启动与初始化PCI时由PCIBIOS或PCI子系统来分配中断。每个PCI设备可以使用A，B，C或D之中的任意中断。这个中断在设备建立时确定且通常多数设备的缺省中断为A。PCI槽中的PCI中断连线A，B，C和D被正确路由到中断控制器中。所以PCI槽4上的引脚A可能被路由到中断控制器上的引脚6，PCI槽7上的引脚B被路由到中断控制器上的引脚7等等。

如何路由PCI中断完全取决于特定的系统，一般设置代码能理解PCI中断路由拓扑。在基于Intel的PC上由系统BIOS代码在启动时作这些设置而在不带BIOS（如AlphaAXP）系统中由Linux核心来完成这个任务。

PCI设置代码将每个设备对应的中断控制器的引脚号写入PCI配置头中。通过得到PCI中断路由拓扑及设备的PCI槽号和PCI中断引脚设置代码可以确定其对应的中断引脚（或IRQ）号。设备使用的中断引脚被保存在此设备的PCI配置头中为此目的保留的中断连线域中。当运行设备驱动时这些信息被读出并用来控制来自Linux核心的中断请求。

系统中可能存在许多PCI中断源，比如在使用PCI-PCI桥接器时。这些中断源的个数可能将超出系统可编程中断控制器的引脚数。此时PCI设备必须共享中断号-中断控制器上的一个引脚可能被多个PCI设备同时使用。Linux让中断的第一个请求者申明此中断是否可以共享。中断的共享将导致irq_action数组中的一个入口同时指向几个irqaction数据结构。当共享中断发生时Linux将调用对应此中断源的所有中断处理过程。没有中断需要服务时，任何共享此中断（所有的PCI设备驱动）的设备驱动都要准备好其中断处理过程的调用。

7.3中断处理

图7.2Linux中断处理数据结构

Linux中断处理子系统的一个基本任务是将中断正确路由到中断处理代码中的正确位置。这些代码必须了解系统的中断拓扑结构。例如在中断控制器上引脚6上发生的软盘控制器中断必须被辨认出的确来自软盘并路由到系统的软盘设备驱动的中断处理代码中。Linux使用一组指针来指向包含处理系统中断的例程的调用地址。这些例程属于对应于此设备的设备驱动，同时由它负责在设备初始化时为每个设备驱动申请其请求的中断。图7.2给出了一个指向一组irqaction的irq_action指针。每个irqaction数据结构中包含了对应于此中断处理的相关信息，包括中断处理例程的地址。而中断个数以及它们被如何处理则会根据体系结构及系统的变化而变化。Linux中的中断处理代码就是和体系结构相关的。这也意味着irq_action数组的大小随于中断源的个数而变化。

中断发生时Linux首先读取系统可编程中断控制器中中断状态寄存器判断出中断源，将其转换成irq_action数组中偏移值。例如中断控制器引脚6来自软盘控制器的中断将被转换成对应于中断处理过程数组中的第7个指针。如果此中断没有对应的中断处理过程则Linux核心将记录这个错误，不然它将调用对应此中断源的所有irqaction数据结构中的中断处理例程。

当Linux核心调用设备驱动的中断处理过程时此过程必须找出中断产生的原因以及相应的解决办法。为了找到设备驱动的中断原因，设备驱动必须读取发生中断设备上的状态寄存器。设备可能会报告一个错误或者通知请求的处理已经完成。如软盘控制器可能将报告它已经完成软盘读取磁头对某个扇区的正确定位。一旦确定了中断产生的原因，设备驱动还要完成更多的工作。如果这样Linux核心将推迟这些操作。以避免了CPU在中断模式下花费太多时间。在设备驱动中断中我们将作详细讨论。

C. 在计算机系统中，请解释什么是中断，请用流程图画出一次中断处理流程

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

中断流程图如下：

(3)中断处理和设备处理如何合作扩展阅读

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。

参考资料来源：网络-中断机制

参考资料来源：网络-中断

D. 系统中断的中断处理

中断处理一般分为中断响应和中断处理两个步骤。中断响应由硬件实施，中断处理主要由软件实施。
（1）中断响应
对中断请求的整个处理过程是由硬件和软件结合起来而形成的一套中断机构实施的。发生中断时，CPU暂停执行当前的程序，而转去处理中断。这个由硬件对中断请求作出反应的过程，称为中断响应。一般说来，中断响应顺序执行下述三步动作：
◆中止当前程序的执行；
◆保存原程序的断点信息（主要是程序计数器PC和程序状态寄存器PS的内容）；
◆从中断控制器取出中断向量，转到相应的处理程序。
通常CPU在执行完一条指令后，立即检查有无中断请求，如果有，则立即做出响应。
当发生中断时，系统作出响应，不管它们是来自硬件（如来自时钟或者外部设备）、程序性中断（执行指令导致“软件中断”—Software Interrupts），或者来自意外事件（如访问页面不在内存）。
如果当前CPU的执行优先级低于中断的优先级，那么它就中止对当前程序下条指令的执行，接受该中断，并提升处理机的执行级别（一般与中断优先级相同），以便在CPU处理当前中断时，能屏蔽其它同级的或低级的中断，然后保存断点现场信息，通过取得的中断向量转到相应的中断处理程序的入口。
（2）中断处理
CPU从中断控制器取得中断向量，然后根据具体的中断向量从中断向量表IDT中找到相应的表项，该表项应是一个中断门。于是，CPU就根据中断门的设置而到达了该通道的总服务程序的入口。
核心对中断处理的顺序主要由以下动作完成：
◆保存正在运行进程的各寄存器的内容，把它们放入核心栈的新帧面中。
◆确定“中断源”或核查中断发生，识别中断的类型（如时钟中断或盘中断）和中断的设备号（如哪个磁盘引起的中断）。系统接到中断后，就从机器那里得到一个中断号，它是检索中断向量表的位移。中断向量因机器而异，但通常都包括相应中断处理程序入口地址和中断处理时处理机的状态字。
◆核心调用中断处理程序，对中断进行处理。
◆中断处理完成并返回。中断处理程序执行完以后，核心便执行与机器相关的特定指令序列，恢复中断时寄存器内容和执行核心栈退栈，进程回到用户态。如果设置了重调度标志，则在本进程返回到用户态时做进程调度。

E. 一般中断处理的主要步骤是什么

一般中断处理的主要步骤分别是中断请求、中断判优、中断响应、中断处理和中断返回。
在微机系统中，对于外部中断，中断请求信号是由外部设备产生，并施加到CPU的NMI或INTR引脚上，CPU通过不断地检测NMI和INTR引脚信号来识 别是否有中断请求发生。对于内部中断，中断请求方式不需要外部施加信号激发，而是通过内部中断控制逻辑去调用。无论是外部中断还是内部中断，中断处理过程 都要经历以下步骤：请求中断→响应中断→关闭中断→保留断点→中断源识别→保护现场→中断服务子程序→恢复现场→中断返回。

请求中断
当某一中断源需要CPU为其进行中断服务时，就输出中断请求信号，使中断控制系统的中断请求触发器置位，向CPU请求中断。系统要求中断请求信号一直保持到CPU对其进行中断响应为止。

中断响应
CPU对系统内部中断源提出的中断请求必须响应，而且自动取得中断服务子程序的入口地址，执行中断 服务子程序。对于外部中断，CPU在执行当前指令的最后一个时钟周期去查询INTR引脚，若查询到中断请求信号有效，同时在系统开中断（即IF=1）的情 况下，CPU向发出中断请求的外设回送一个低电平有效的中断应答信号，作为对中断请求INTR的应答，系统自动进入中断响应周期。

关闭中断
CPU响应中断后，输出中断响应信号，自动将状态标志寄存器FR或EFR的内容压入堆栈保护起来，然后将FR或EFR中的中断标志位IF与陷阱标志位TF清零，从而自动关闭外部硬件中断。因为CPU刚进入中断时要保护现场，主要涉及堆栈操作，此时不能再响应中断，否则将造成系统混乱。

保护断点
保护断点就是将CS和IP/EIP的当前内容压入堆栈保存，以便中断处理完毕后能返回被中断的原程序继续执行，这一过程也是由CPU自动完成。

中断源识别
当系统中有多个中断源时，一旦有中断请求，CPU必须确定是哪一个中断源提出的中断请求，并由中断控制器给出中断服务子程序的入口地址，装入CS与IP/EIP两个寄存器。CPU转入相应的中断服务子程序开始执行。

保护现场
主程序和中断服务子程序都要使用CPU内部寄存器等资源，为使中断处理程序不破坏主程序中寄存器的内容，应先将断点处各寄存器的内容压入堆栈保护起来，再进入的中断处理。现场保护是由用户使用PUSH指令来实现的。

中断服务
中断服务是执行中断的主体部分，不同的中断请求，有各自不同的中断服务内容，需要根据中断源所要完成的功能，事先编写相应的中断服务子程序存入内存，等待中断请求响应后调用执行。

恢复现场
当中断处理完毕后，用户通过POP指令将保存在堆栈中的各个寄存器的内容弹出，即恢复主程序断点处寄存器的原值。

中断返回
在中断服务子程序的最后要安排一条中断返回指令IRET，执行该指令，系统自动将堆栈内保存的 IP/EIP和CS值弹出，从而恢复主程序断点处的地址值，同时还自动恢复标志寄存器FR或EFR的内容，使CPU转到被中断的程序中继续执行。

F. 什么是中断简述中断处理过程

中断就是执行中断服务程序，这是中断系统的核心。不同计算机系统的中断处理过程各具特色，但对多数计算机而言，其中中断服务程序的流程如下。 中断处理过程基本上由3部分组成，第一部分为准备部分，其基本功能是保护现场，对于非向量中断方式则需要确定中断源，最后开放中断，允许更高级的中断请求打断低级的中断服务程序；第二部分为处理部分，即真正执行具体的为某个中断源服务的中断服务程序；第三部分为结尾部分，首先要关中断，以防止在恢复现场过程中被新的中断请求打断，接着恢复现场，然后开放中断，以便返回原来的程序后可响应其他的中断请求。中断服务程序的最后一条指令一定是中断返回指令。

一个完整的中断过程包括:

中断请求：是指中断源(引起中断的事件或设备)向CPU
 发出的请求中断的要求。
中断判优：当有多个中断源发出请求时，需要通过适当的办法决定先处理哪个中断请求；
中断响应：指CPU中止现行程序转至中断服务程序的过程；
中断处理：就是指CPU执行中断服务程序；
中断返回:   执行完中断服务程序后，返回到被中断的程序

 

中断的作用：

（1）CPU与I/O设备并行工作
（2）硬件故障处理
（3）实现人机联系：在计算机工作过程中，如果用户要干预机器，如查看计算的中间结果，了解机器的工作状态，给机器下达临时性的命令等。在没有中断系统的计算机里这些功能几乎是无法实现的。
（4）实现多道程序和分时操作
（5）实现实时处理
（6）实现应用程序和操作系统的联系
（7）多处理机系统各处理机间的联系

G. 简述中断处理的过程。指出其中哪些工作是由硬件完成的，哪些是由软件实现的

CPU中断处理过程为首先，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，由软件执行完成。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。

中断返回过程为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，由软件执行完成。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。

(7)中断处理和设备处理如何合作扩展阅读：

几个中断请求可能同时出现，但中断系统只能按一定的次序来响应和处理。可最先被响应的中断具有最高优先权，按优先级别顺序进行处理。优先权高低是由中断部件的中断排队线路确定的。对应于各中断级设置相应的屏蔽位。只有屏蔽位为1时,该中断级才能参加中断优先权排队。

当机器设置很多中断源时，为了简化设计，对中断源分组管理。具有相同中断优先权的中断源构成一个中断级。同一级中断使用同一个中断控制程序起点。

H. 中断的冲突解决

中断的处理过程为：关中断（在此中断处理完成前，不处理其它中断）、保护现场、执行中断服务程序、恢复现场、开中断。
现在我们已经基本知道了IRQ、DMA和I/O的概念，下面我就要说一下如何解决常见的中断冲突问题。
众所周知，现在的win9x已经运用PNP技术，它可以将中断进行自动分配，这种“即插即用”的功能可以说是大大简化了用户的操作。不过任何事物都有好与不好两方面，这种PNP技术也有它的弱点，那就是如果不能认出要安装的新设备，那么自动分配中断时就会产生冲突。现在新的硬件产品层出不穷，各种产品又相互兼容，功能类似，这就导致了win9x常常不能正确检测出新设备，中断冲突也就不可避免了。
知道了冲突产生的原因，那我们如果解决冲突呢？在此我就详细的谈一谈在win9x下中断冲突的解决。首先我们要知道系统中冲突的设备，做法是在控制面板中双击“系统”图标，查看设备管理器中的各设备。一般有“？”和“！”的设备要注意了，有问题的设备就是它们了。解决方法有分两步做：
第一步、先删去有“？”和“！”的设备，然后重新启动，让计算机自己再认一遍这些设备。这样做是因为部分有“？”和“！”的设备可能是驱动程序安装有误，再重装一遍可解决问题。
第二步、如果上面一步还是不能解决问题，现在多半是中断冲突了，那我们只能手动调整来解决中断冲突。在系统=>设备管理器=>属性中我们可以看到系统资源分配的情况，通过查看此项就可从中了解到哪些系统资源被占用，哪些系统资源还没有用，用户做相应的调整即可。

I. 中断处理系统一般是由什么组成大神们帮帮忙

以下来源于网络 希望对你有所帮助 Linux通过使用多种不同硬件来执行许多不同任务。包括驱动显示器的视频设备、驱动硬盘的IDE设备等。 我们可以同步驱动这些设备，即我们可以发送一个请求执行一组操作（比如说将一块内存数据写入到磁盘）然后等待到执行完毕。这种方式虽然可以工作,但是效率很低，因为操作系统必须等待每个操作的完成,所以操作系统将花费大量时间在“忙等待”上。更为有效的方式是执行请求，然后转去执行其它任务。当设备完成请求时再通过中断通知操作系统。这样系统中可以同时存在多个未完成的任务。 不管CPU在作什么工作，为了让设备产生中断必须提供一些必要的硬件支持。几乎所有的通用处理器如 Alpha AXP都使用近似的方法。CPU的一些物理引脚被设计成可以改变电压（如从+5V变成-5V）从而引起CPU停止当前工作并开始执行处理中断的特殊代码：中断处理程序。这些引脚之一被连接到一个周期性时钟上并每隔千分之一秒就接收一次中断，其它引脚则可连接到系统中其它设备如SCSI控制器上。 系统常使用中断控制器来在向CPU中断引脚发送信号之前将设备中断进行分组。这样可以节省CPU上中断引脚个数，同时增加了系统设计的灵活性。此中断控制器通过屏蔽与状态寄存器来控制中断。通过设置屏蔽寄存器中的某些位可以使能或者关闭中断，读取状态寄存器可得到系统当前处于活动状态的中断。 系统中有些中断是通过硬连线连接的，如实时时钟的周期性定时器可能被固定连接到中断控制器的引脚3上。而其它连接到控制器的引脚只能由插到特定ISA或PCI槽中的控制卡来决定。例如中断控制器中的引脚4可能被连接到PCI槽号0，但可能某天此槽中插入一块以太网卡而过几天又会换成SCSI控制器。总之每个系统都有其自身的中断路由机制，同时操作系统还应该能灵活处理这些情况。 多数现代通用微处理器使用近似的方法来处理中断。硬件中断发生时，CPU将停止执行当前指令并将跳转到内存中包含中断处理代码或中断处理代码指令分支的位置继续执行。这些代码在一种特殊CPU模式： 中断模式下执行。通常在此模式下不会有其它中断发生。但是也有例外；有些CPU将中断的优先级进行分类，此时更高优先级的中断还可能发生。这样意味着必须认真编写第一级中断处理代码，同时中断处理过程应该拥有其自身的堆栈，以便存储转到中断处理过程前的CPU执行状态（所有CPU的普通寄存器和上下文）。一些CPU具有一组特殊的寄存器-它们仅存在于中断模式中，在中断模式下可以使用这些寄存器来保存执行所需要的执行上下文。 当中断处理完毕后CPU状态将被重储，同时中断也将被释放。CPU将继续做那些中断发生前要做的工作。中断处理代码越精炼越好，这样将减少操作系统阻塞在中断上的时间与频率。 7.1 可编程中断控制器 系统设计者可以自由选择中断结构，一般的IBM PC兼容将使用Intel 82C59A-2 CMOS可编程中断控制器或其派生者。这种控制器在PC诞生之前便已经产生，它的可编程性体现在那些位于众所周知ISA内存位置中的寄存器上。非Intel系统如基于Alpha AXP的PC不受这些体系结构限制，它们经常使用各种不同的中断控制器。 图7.1给出了两个级连的8位控制器，每个控制器都有一个屏蔽与中断状态寄存器：PIC1和PIC2。这两个屏蔽寄存器分别位于ISA I/O空间0x21和0xA1处，状态寄存器则位于0x20和0xA0。对此屏蔽寄存器某个特定位置位将使能某一中断，写入0则屏蔽它。但是不幸的是中断屏蔽寄存器是只写的，所以你无法读取你写入的值。这也意味着Linux必须保存一份对屏蔽寄存器写入值的局部拷贝。一般在中断使能和屏蔽例程中修改这些保存值，同时每次将这些全屏蔽码写入寄存器。 当有中断产生时，中断处理代码将读取这两个中断状态寄存器（ISR）。它将0x20中的ISR看成一个16位中断寄存器的低8位而将0xA0中的ISR看成其高8位。这样0xA0中ISR第1位上的中断将被视作系统中断9。PIC1 上的第二位由于被用来级连PIC2所以不能作其它用处，PIC2上的任何中断将导致PIC1的第二位被置位。 7.2 初始化中断处理数据结构 核心的中断处理数据结构在设备驱动请求系统中断控制时建立。为完成此项工作，设备驱动使用一组Linux核心函数来请求中断，使能中断和屏蔽中断。 每个设备驱动将调用这些过程来注册其中断处理例程地址。 有些中断由于传统的PC体系结构被固定下来，所以驱动仅需要在其初始化时请求它的中断。软盘设备驱动正是使用的这种方式;它的中断号总为6。有时设备驱动也可能不知道设备使用的中断号。对PCI设备驱动来说这不是什么大问题，它们总是可以知道其中断号。但对于ISA设备驱动则没有取得中断号的方便方式。Linux通过让设备驱动检测它们的中断号来解决这个问题。 设备驱动首先迫使设备引起一个中断。系统中所有未被分配的中断都被使能。此时设备引发的中断可以通过可编程中断控制器来发送出去。Linux再读取中断状态寄存器并将其内容返回给设备驱动。非0结果则表示在此次检测中有一个或多个中断发生。设备驱动然后将关闭检测并将所有未分配中断屏蔽掉。 如果ISA设备驱动成功找到了设备的IRQ号，就可以象平常一样请求对设备的控制。 基于PCI系统比基于ISA系统有更多的动态性。ISA设备使用的中断引脚通常是通过硬件设备上的跳线来设置并固定在设备驱动中。PCI设备在系统启动与初始化PCI时由PCI BIOS或PCI子系统来分配中断。每个PCI设备可以使用A，B，C或D之中的任意中断。这个中断在设备建立时确定且通常多数设备的缺省中断为 A。PCI槽中的PCI中断连线A，B，C和D被正确路由到中断控制器中。所以PCI槽4上的引脚A可能被路由到中断控制器上的引脚6，PCI槽7上的引脚B被路由到中断控制器上的引脚7等等。 如何路由PCI中断完全取决于特定的系统，一般设置代码能理解PCI中断路由拓扑。在基于Intel的PC上由系统BIOS代码在启动时作这些设置而在不带BIOS（如Alpha AXP）系统中由Linux核心来完成这个任务。 PCI设置代码将每个设备对应的中断控制器的引脚号写入PCI配置头中。通过得到PCI中断路由拓扑及设备的PCI槽号和PCI中断引脚设置代码可以确定其对应的中断引脚（或IRQ）号。设备使用的中断引脚被保存在此设备的PCI配置头中为此目的保留的中断连线域中。当运行设备驱动时这些信息被读出并用来控制来自Linux核心的中断请求。 系统中可能存在许多PCI中断源，比如在使用PCI-PCI桥接器时。这些中断源的个数可能将超出系统可编程中断控制器的引脚数。此时PCI设备必须共享中断号-中断控制器上的一个引脚可能被多个PCI设备同时使用。Linux让中断的第一个请求者申明此中断是否可以共享。中断的共享将导致irq_action数组中的一个入口同时指向几个irqaction数据结构。当共享中断发生时Linux将调用对应此中断源的所有中断处理过程。没有中断需要服务时，任何共享此中断（所有的PCI设备驱动）的设备驱动都要准备好其中断处理过程的调用。 7.3 中断处理 图7.2 Linux中断处理数据结构 Linux中断处理子系统的一个基本任务是将中断正确路由到中断处理代码中的正确位置。这些代码必须了解系统的中断拓扑结构。例如在中断控制器上引脚6上发生的软盘控制器中断必须被辨认出的确来自软盘并路由到系统的软盘设备驱动的中断处理代码中。Linux使用一组指针来指向包含处理系统中断的例程的调用地址。这些例程属于对应于此设备的设备驱动，同时由它负责在设备初始化时为每个设备驱动申请其请求的中断。图7.2给出了一个指向一组irqaction的irq_action指针。每个irqaction数据结构中包含了对应于此中断处理的相关信息，包括中断处理例程的地址。而中断个数以及它们被如何处理则会根据体系结构及系统的变化而变化。Linux中的中断处理代码就是和体系结构相关的。这也意味着irq_action数组的大小随于中断源的个数而变化。 中断发生时Linux首先读取系统可编程中断控制器中中断状态寄存器判断出中断源，将其转换成irq_action数组中偏移值。例如中断控制器引脚6来自软盘控制器的中断将被转换成对应于中断处理过程数组中的第7个指针。如果此中断没有对应的中断处理过程则Linux核心将记录这个错误，不然它将调用对应此中断源的所有irqaction数据结构中的中断处理例程。 当Linux核心调用设备驱动的中断处理过程时此过程必须找出中断产生的原因以及相应的解决办法。为了找到设备驱动的中断原因，设备驱动必须读取发生中断设备上的状态寄存器。设备可能会报告一个错误或者通知请求的处理已经完成。如软盘控制器可能将报告它已经完成软盘读取磁头对某个扇区的正确定位。一旦确定了中断产生的原因，设备驱动还要完成更多的工作。如果这样Linux核心将推迟这些操作。以避免了CPU在中断模式下花费太多时间。在设备驱动中断中我们将作详细讨论。
求采纳

J. 设备中断处理程序通常需完成哪些工作

进行进程上下文的切换,对处理中断信号源进行测试,读取设备状态和修改进程状态等