MIT 6.1810: xv6 book Chapter6: Interrupts and device drivers 笔记

驱动driver是操作系统中用来管理特定设备的代码

系统调用希望设备执行IO操作时,运行在内核线程 中的驱动代码会请求设备开始操作

操作结束后设备引发中断,驱动的interrupt handler找出完成操作的类型,执行后续操作

Code: Console input

控制台驱动 通过RISC-V上的UART硬件接受人类输入的字符

对于软件来说,UART表现为一系列内存映射的控制寄存器 ,地址开始于#define UART0 0x10000000L

LSR 输入字符是否正在等待被驱动读取

THR 传输时,驱动将一个字节写入THR,导致UART在FIFO队列中添加一个字节,后续通过RS232端口发送

kernel/uart.c uartinit()函数使UART每接收到一个字节的输入时引发接收中断receive interrupt ,发送一字节输入后引发传输结束中断transmit complete interrupt

Code: Console output

输出缓存(uart_tx_buf)使得进程不必等待UART结束发送

每次UART完成一个字节的发送,会引发一个中断。uartintr检查发送是否结束,并调用uartstart发送剩余被阻塞的字节

缓冲和中断实现了设备和进程的分离,也被称为IO并发

Timer interrupts

相关寄存器:

time 由硬件以恒定速率增加的计数,用作当前时间

stimecmp CPU将要引发时钟中断的时间 (对于qemu模拟的RISC-V,1000000时间单位约为1/10秒)

usertrap在处理时钟中断时,会调用yield来保证CPU能在可运行进程间多路复用

因为当前进程可能从当前CPU切换到另一个,所以在处理interrupt相关代码前需要小心保存相关寄存器的值

Real world

UART使用programmed IO ,软件驱动数据移动,这种方式简单,但在大量数据下传输速率慢;

**DMA(direct memory access)**设备驱动直接向内存中读写数据,现代磁盘和网络设备使用这种驱动

高速设备通过一些手段减少中断:

1.引发一次中断代表接下来的一系列请求

2.轮询polling 彻底禁用中断,转而周期性检查设备是否需要注意

xv6不是实时系统,现实中某些对实际时间要求很高的操作系统,如汽车自动驾驶控制器,需要对中断做出很快的反应

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