利用中斷屏蔽技術(shù)修改中斷優(yōu)先級(jí)

田永紅

摘要：在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，中斷系統(tǒng)不只是I/O系統(tǒng)，也是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。中斷響應(yīng)的次序是固定的，中斷處理的次序可以與之保持一致，也可通過(guò)修改屏蔽字來(lái)靈活地改變，文章針對(duì)三種典型的問(wèn)題，提出解決思路和方法，闡述利用中斷屏蔽技術(shù)修改中斷優(yōu)先級(jí)。

關(guān)鍵詞：中斷級(jí)屏蔽位；中斷響應(yīng)；中斷處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP316文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2011）22-0015-02

當(dāng)CPU與外設(shè)交換信息時(shí)，如果采用查詢(xún)的方式，則CPU要浪費(fèi)很多時(shí)間去等待外設(shè)，為了解決快速CPU與慢速外設(shè)之間的矛盾，一方面提高外設(shè)的工作速度，另一方面發(fā)展了中斷的概念。中斷概念的出現(xiàn)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重大變革。中斷是指CPU終止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理隨機(jī)提出的請(qǐng)求，待處理完后，再回到原先被打斷的程序繼續(xù)恢復(fù)執(zhí)行的過(guò)程。響應(yīng)和處理各種中斷的軟、硬件總體稱(chēng)為中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。它對(duì)程序的監(jiān)視和跟蹤、人機(jī)聯(lián)系、故障處理、多道程序和分時(shí)處理、實(shí)時(shí)處理、目態(tài)程序和操作系統(tǒng)的聯(lián)系、I/O處理以及多處理機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)的聯(lián)系等都起著重要的作用。中斷響應(yīng)的次序是固定的，中斷處理的次序可以與之保持一致，也可通過(guò)修改屏蔽字來(lái)靈活地改變，文章針對(duì)三種典型的問(wèn)題，提出解決思路和方法，闡述利用中斷屏蔽技術(shù)修改中斷優(yōu)先級(jí)。

1確定中斷屏蔽字

引起中斷的各種事件稱(chēng)為中斷源。在中、大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，中斷源個(gè)數(shù)多達(dá)幾十甚至幾百個(gè)，為每個(gè)中斷源單獨(dú)形成入口，顯然很困難，也沒(méi)有這種必要，為簡(jiǎn)化中斷處理程序入口地址形成硬件，將中斷源歸成幾類(lèi)，每一類(lèi)中各中斷源性質(zhì)比較接近，對(duì)每一類(lèi)給定一個(gè)中斷處理程序入口，再由軟件轉(zhuǎn)入對(duì)相應(yīng)的中斷源進(jìn)行處理。中斷的特點(diǎn)是具有隨機(jī)性，常常會(huì)同時(shí)發(fā)生多個(gè)中斷請(qǐng)求，為解決這個(gè)問(wèn)題，需要根據(jù)中斷的性質(zhì)、緊迫性、重要性以及軟件處理的方便性把中斷分成不同的級(jí)別，按照優(yōu)先次序進(jìn)行響應(yīng)和處理。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，中斷優(yōu)先級(jí)一般是由硬件的排隊(duì)器實(shí)現(xiàn)的，因此，當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷服務(wù)時(shí)，中斷響應(yīng)次序的高低是固定死的。處理機(jī)在執(zhí)行某一個(gè)級(jí)別的中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)，較之同級(jí)的或低級(jí)的中斷請(qǐng)求不能中斷其處理，只有較之高級(jí)的中斷請(qǐng)求可以中斷其處理。為了能由操作系統(tǒng)靈活改變實(shí)際的中斷處理次序，設(shè)置了中斷級(jí)屏蔽位寄存器，以決定某級(jí)中斷請(qǐng)求能否進(jìn)入中斷響應(yīng)排隊(duì)器，只有能進(jìn)入排隊(duì)器的中斷請(qǐng)求，才有機(jī)會(huì)得到響應(yīng)，從而就可改變中斷實(shí)際處理完的次序，PSW中包含有中斷級(jí)屏蔽位字段。因此，引出了第一種典型的問(wèn)題：給定中斷響應(yīng)次序和希望的中斷處理次序，怎么確定各級(jí)中斷的屏蔽字，方法是：某級(jí)中斷的屏蔽字中，自身及處理次序較之低的各級(jí)中斷需要屏蔽。需要特別注意的是，有關(guān)中斷級(jí)屏蔽位“0”、“1”是屏蔽還是“開(kāi)放”中斷，不同機(jī)器有著不同的定義，不要將“0”、“1”的含義搞反了。現(xiàn)舉例說(shuō)明，假設(shè)機(jī)器有5級(jí)中斷，中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?→2→3→4→5，令“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽，“1”對(duì)應(yīng)于開(kāi)放，若希望中斷處理次序也為1→2→3→4→5，則只需將各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置成如表1所示的即可。

若希望其實(shí)際的中斷處理次序?yàn)?→4→5→2→3，則只需將各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置成如表2所示的即可。

2確定中斷處理次序

第二種典型的問(wèn)題是：給定中斷響應(yīng)次序和各級(jí)中斷的屏蔽字，判斷出實(shí)際的中斷處理次序，方法是：中斷屏蔽字中全部都屏蔽的中斷處理次序是最優(yōu)先的，只屏蔽自身的中斷處理次序是最靠后的，任何一級(jí)中斷的處理次序處于其中斷屏蔽字中被屏蔽的各級(jí)中斷之前和處于未被屏蔽的各級(jí)中斷之后。例如可以根據(jù)表2中級(jí)屏蔽位的設(shè)置，首先判斷出1的處理次序是最優(yōu)先的，3的處理次序是最靠后的，而在2的屏蔽字中，4和5是未被屏蔽的，因此，2的處理次序應(yīng)在4和5之后，在4的屏蔽字中，5是被屏蔽的，因此，4的處理次序應(yīng)在5之前，所以，實(shí)際的處理次序是1→4→5→2→3。

3CPU程序運(yùn)行過(guò)程圖

中斷的實(shí)質(zhì)是程序的切換，通過(guò)畫(huà)出CPU程序運(yùn)行過(guò)程圖可以比較直觀地了解程序的切換過(guò)程，因此，第三種典型的問(wèn)題是：給定中斷響應(yīng)次序，各級(jí)中斷的處理次序和不同時(shí)刻中斷請(qǐng)求情況，要求畫(huà)出CPU的程序運(yùn)行過(guò)程圖，要點(diǎn)如下：

①縱向?yàn)闀r(shí)間軸，橫向依次為中斷請(qǐng)求，用戶程序，1級(jí)中斷處理程序，2級(jí)中斷處理程序……。

②用戶程序運(yùn)行時(shí)，其現(xiàn)行PSW的中斷級(jí)屏蔽位為全部開(kāi)放，不能屏蔽任何中斷請(qǐng)求，也就是說(shuō)所有的中斷請(qǐng)求都能進(jìn)入排隊(duì)器排隊(duì)，按中斷響應(yīng)次序，進(jìn)入其中級(jí)別最高的中斷處理程序執(zhí)行。

③進(jìn)入某級(jí)中斷處理程序后，按照中斷處理次序，中斷屏蔽字被設(shè)成該級(jí)中斷應(yīng)有的狀態(tài)，如果此時(shí)還有未響應(yīng)的中斷請(qǐng)求且未被屏蔽，則轉(zhuǎn)入到其中最高級(jí)的中斷處理程序執(zhí)行。表現(xiàn)在程序運(yùn)行過(guò)程圖上就是經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的停留后，隨即轉(zhuǎn)入到處理次序高的程序執(zhí)行。正在執(zhí)行某級(jí)中斷處理程序時(shí)，若有新的中斷請(qǐng)求且未被屏蔽，則轉(zhuǎn)入到其中最高級(jí)的中斷處理程序執(zhí)行。

④任何中斷處理程序執(zhí)行完畢后，要返回到被其中斷的程序執(zhí)行。

需要特別注意的是，一旦轉(zhuǎn)入到任何程序執(zhí)行，中斷屏蔽字隨之改變。針對(duì)上面所舉的例子，假設(shè)在運(yùn)行用戶程序時(shí)，同時(shí)出現(xiàn)第2、4級(jí)中斷請(qǐng)求，而在處理第2級(jí)中斷未完成時(shí)，又同時(shí)出現(xiàn)第1、3、5級(jí)請(qǐng)求，則根據(jù)上面的要點(diǎn)，畫(huà)出中斷處理次序?yàn)?→4→5→2→3的程序運(yùn)行過(guò)程示意圖如圖1所示。

在圖1中，短橫線為交換PSW的時(shí)間段。通過(guò)這個(gè)圖，可以看出，中斷處理次序是由中斷請(qǐng)求，中斷屏蔽和中斷響應(yīng)次序三方面綜合決定的。

4結(jié)語(yǔ)

本文闡述了中斷響應(yīng)的次序是由中斷響應(yīng)排隊(duì)器硬件確定的固定次序，而中斷處理的次序可以與之保持一致，也可通過(guò)修改屏蔽字來(lái)靈活改變。

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