作業系統實現-外中斷

• 2022 年 5 月 24 日
• 筆記
• 作業系統

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這一次我們來對中斷中的外中斷進行講解，先給下中斷的分類和中斷號分配把。

前面對異常進行了講解，這次對外中斷進行說明。我們下面以時鐘中斷舉例，首先我們要知道的是，時鐘中斷是作業系統自己發生的，比如我們在執行一段程式碼時候，可能不知道啥時候，就會觸發時鐘中斷，我們為了體現觸發了時鐘中斷，我們就列印一句話就行。

同樣我們給每個外中斷號定義一個入口函數

INTERRUPT_HANDLER 0x20, 0; clock 時鐘中斷
INTERRUPT_HANDLER 0x21, 0; 鍵盤中斷
INTERRUPT_HANDLER 0x22, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x23, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x24, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x25, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x26, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x27, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x28, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x29, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x2a, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x2b, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x2c, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x2d, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x2e, 0
INTERRUPT_HANDLER 0x2f, 0

在這個函數中，同樣設置一個具體的函數

void idt_init()
{
    // 初始化ENTRY_SIZE個中斷處理函數
    for (size_t i = 0; i < ENTRY_SIZE; i++)
    {
        gate_t *gate = &idt[i];
        // gate->offset0 = (u32)interrupt_handler & 0xffff;
        // gate->offset1 = ((u32)interrupt_handler >> 16) & 0xffff;
        handler_t handler = handler_entry_table[i];

        gate->offset0 = (u32)handler & 0xffff;
        gate->offset1 = ((u32)handler >> 16) & 0xffff;
        gate->selector = 1 << 3; // 程式碼段
        gate->reserved = 0;      // 保留不用
        gate->type = 0b1110;     // 中斷門
        gate->segment = 0;       // 系統段
        gate->DPL = 0;           // 內核態
        gate->present = 1;       // 有效
    }
    // 異常的具體處理函數
    for (size_t i = 0; i < 0x20; i++)
    {
        handler_table[i] = exception_handler;
    }
    // 外中斷的具體處理函數
    for (size_t i = 0x20; i < ENTRY_SIZE; i++)
    {
        handler_table[i] = default_handler;
    }

    idt_ptr.base = (u32)idt;
    idt_ptr.limit = sizeof(idt) - 1;

    asm volatile("lidt idt_ptr\n");
}
void default_handler(int vector)
{
    send_eoi(vector);
    LOGK("[%d] default interrupt called %d...\n", vector, counter++);
}

注意我們有一個send_eoi函數，這是發送結束中斷的函數，因為我們比如時鐘中斷產生，那麼首先是結束中斷，然後才是對其進行處理，不然後續就不會再次發生中斷，其程式碼如下

void send_eoi(int vector)
{
    if (vector >= 0x20 && vector < 0x28)
    {
        outb(PIC_M_CTRL, PIC_EOI);
    }
    if (vector >= 0x28 && vector < 0x30)
    {
        outb(PIC_M_CTRL, PIC_EOI);
        outb(PIC_S_CTRL, PIC_EOI);
    }
}

最後就是main函數的編寫

void kernel_init()
{    
	console_init();
    gdt_init();
    interrupt_init();

    // asm volatile(
    // "sti\n"
    // "movl %eax, %eax\n");

    asm volatile("sti");

    u32 counter = 0;
    while (true)
    {
        DEBUGK("looping in kernel init %d...\n", counter++);
        delay(100000000);
    }
}

其中最主要的就是asm volatile("sti")，這行表示打開中斷，否則不會觸發，還有一個關鍵，怎麼讓cpu知道是時鐘中斷呢，這就要中斷控制器進行設置，下面是設置程式碼

// 初始化中斷控制器
void pic_init()
{
    outb(PIC_M_CTRL, 0b00010001); // ICW1: 邊沿觸發, 級聯 8259, 需要ICW4.
    outb(PIC_M_DATA, 0x20);       // ICW2: 起始埠號 0x20
    outb(PIC_M_DATA, 0b00000100); // ICW3: IR2接從片.
    outb(PIC_M_DATA, 0b00000001); // ICW4: 8086模式, 正常EOI

    outb(PIC_S_CTRL, 0b00010001); // ICW1: 邊沿觸發, 級聯 8259, 需要ICW4.
    outb(PIC_S_DATA, 0x28);       // ICW2: 起始埠號 0x28
    outb(PIC_S_DATA, 2);          // ICW3: 設置從片連接到主片的 IR2 引腳
    outb(PIC_S_DATA, 0b00000001); // ICW4: 8086模式, 正常EOI

    outb(PIC_M_DATA, 0b11111110); // 關閉所有中斷，打開時鐘中斷
    outb(PIC_S_DATA, 0b11111111); // 關閉所有中斷
}

主要看最後兩行，設置打開哪些中斷，下面是支援的中斷圖，可以看到有支援15個中斷，上面的outb(PIC_M_DATA, 0b11111110)表示打開時鐘中斷，當值為0，打開中斷。

下面是實驗的結果圖，第一張圖是沒有設置send_eoi，可以看到只接收到了一次中斷

下面是設置了send_eoi。

我們下面來嘗試下鍵盤中斷，將outb(PIC_M_DATA, 0b11111110);設置為outb(PIC_M_DATA, 0b11111101);，開啟程式，我們按下鍵盤，可以看到，當按下鍵盤觸發，但是我們再次按下，卻發現沒有用，這是因為針對鍵盤中斷，我們要編寫對應的處理函數，比如處理收到的字元，然後編寫對應的中斷結束函數，才能再次接受中斷