中断优先级包括响应优先级和处理优先级,响应优先级由硬件线路或查询程序的查询顺序决定,不可动态改变。处理优先级可利用中断屏蔽技术动态调整,以实现多重中断。下面来看他们如何运用在中断处理过程中:
中断控制器位于CPU和外设之间,用于处理I/O中断请求。以下是一个简化的中断控制器:
现在有A,B,C三个中断源。中断响应优先级 :A>B>C,中断处理优先级:C>B>A
假设CPU正在处理A中断源的中断请求,此时B,C同时发出了中断请求,CPU执行完当前指令后,会检查INTR(中断请求信号寄存器)是否有效(INTR高电平有效)。
怎么看INTR是否有效,那就要看屏蔽寄存器是否会将信号屏蔽,由于中断处理优先级C>B>A,所以屏蔽寄存器不会屏蔽中断信号,INTR会接收到中断请求,变为有效。
CPU是否能检测到中断请求信号有效,是由中断处理优先级决定的,而不是中断响应优先级。
由于现在B,C的处理优先级都大于A,所以都要被送到判优电路 。当有多个中断源的中断请求到达判优电路时,就由中断响应优先级来决定CPU应该响应哪一个。响应优先级B>C,所以向量地址形成线路会形成中断源B的中断类型号(也就是下图的送中断向量的过程)。
CPU响应B中断源的中断请求,执行B的中断服务程序,程序会设置新的中断屏蔽字(每个中断源对应一个屏蔽字,其中1越多,优先级越高),并且保存现场,并且开中断。
由于C的中断请求还没有被处理,并且处理优先级C>B,所以B的中断服务程序又会响应C中断源发来的中断请求。当C的中断服务程序执行完后,返回到B,B的服务程序再返回到A。所以,完成顺序C>B>A,响应顺序B>C。
总结(非常重要):
中断优先级包括响应优先级和处理优先级,中断屏蔽标志改变的是处理优先级。中断响应优先级是由中断查询程序或中断判优电路决定的,它反映的是多个中断同时请求时哪个先被响应 ,即中断服务程序开始执行的顺序。在多重中断系统中,中断处理优先级决定了本中断是否能打断正在执行的中断服务程序,决定了多个中断服务程序执行完的次序。
注:
① 中断类型号是通过数据线传给CPU的,一定要记得地址线是单向的(地址只能从 CPU 传向外部存储器或 I/O 端口)。中断类型号用于指出中断向量的地址 ,CPU响应某个外部中断后,就从数据总线上获取该中断源的中断类型号,然后据此计算对应中断向量的地址,再根据该地址从中断向量表中取出中断服务程序入口地址,即中断向量。
② 只有每条指令执行的最后一个操作控制信号CPU才会检测INTR是否有中断请求信号 。CPU采样到INT信号有效,则进入中断响应周期。
③ CPU检测到信号有效,进入中断响应周期,隔一段固定的时间就会发出中断查询信号,也就是在中断响应过程中,发出中断查询信号(中断回答信号)。由这个信号,所有未被屏蔽的信号就会进入判优电路,由判优线路决定是否响应。
到这里就可以更清楚地理解中断响应的条件:
① CPU处于开中断状态 ② 一条指令执行完 ③ 至少要有一个未被屏蔽的中断请求
中断响应的时间点和异常处理的时间点是不一样的,中断一定是在一条指令执行结束后开始查询有无中断请求,有的话立即响应,所以一定是在指令执行完时响应中断,而异常发生在指令执行过程中,异常的处理是在指令执行中进行的。
中断处理的过程:
中断响应:
中断响应是硬件完成的,也就是从总线上取中断地址,CPU会做三件事:
① 关中断;② 保护断点和程序状态;③ 识别中断源:取得中断服务程序的首地址和初始PSW送PC和PSWR
执行中断服务:
(1)准备阶段:
① 保护现场(比如一些通用寄存器的内容)及旧屏蔽字(比如B打断A的中断服务程序后,要保存A的中断屏蔽字,以便中断返回时恢复旧的屏蔽字)
② 查明原因(软件识别中断时才会用到)
③ 设置新屏蔽字 ④ 开中断
(2)进行具体的中断处理
(3)恢复阶段:
① 关中断 ② 恢复现场及旧屏蔽字③ 清除中断标志(清除该中断源的中断请求,否则CPU又检测到中断,又会反复进入中断)④ 开中断 ⑤ 中断返回
(1)1号中断源:11111 2号:01100 3号:00100 4号:01111 5号: 01101
① 先响应2的中断请求,即保存现场,保存中断屏蔽字,设置新的中断屏蔽字,开中断。一旦开中断,就会立马响应4,因为4的中断处理优先级大于2。
② 处理完4的中断服务程序后,会回到2继续执行其中断服务程序。
③ 中断处理优先级1>5>2>3,所以当1,3,5同时发出中断请求,2能屏蔽3。
④ 中断响应优先级1>5,所以先执行1,并且1的中断处理优先级 也是最高的,所以1不会被5打断。(如果这里1的中断处理优先级小于5,则1中断服务程序执行过程中会响应5的中断请求)
⑤ 1处理完后,返回2,由于5的中断处理优先级大于2,所以5会被响应。
⑥ 由于2的处理优先级大于3,所以3号中断源被2号屏蔽,只有当2号执行完后,并且返回用户程序(因为2号的中断屏蔽字决定了2号是检测不到3号的中断请求的),再执行3号中断请求