什么是中断？

1.什么是中断  

2.中断的重要性

3.中断的上下半部

4.中断处理流程  中断的原则  

5.ARM处理器程序运行过程

6.程序被被中断时，怎么保护现场

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1.什么是中断

        中断是指在 CPU 正常运行期间， 由外部或内部事件引起的一种机制。 当中断发生时， CPU会停止当前正在执行的程序， 并转而执行触发该中断的中断处理程序。 处理完中断处理程序后， CPU 会返回到中断发生的地方， 继续执行被中断的程序。 中断机制允许 CPU 在实时响应外部或内部事件的同时， 保持对其他任务的处理能力。 ​

        可以想象这样一幅画面， 你正在烹饪一顿美味的晚餐， 准备了各种食材， 点燃了炉灶， 开始了幸福的烹饪过程， 突然， 你的手机响起， 有人打来了一个紧急电话， 打破了你正常的烹饪流程， 这时候你需要立刻停止手中的工作， 迅速接起电话， 与对方进行交流， 在接完电话之后，再回到厨房继续之前的烹饪流程。 这就是一个在实际生活中的中断案例， 中断的概念流程图如下所示：

2.中断的重要性

        在上面的场景中， 作为唯一具有处理能力的主体， 我们一次只能专注于一个任务， 可以等待水烧开、 看电视等等。 然而， 当我们专心致志地完成一项任务时， 常常会有紧迫或不紧迫的其他事情突然出现， 需要我们关注和处理。 有些情况甚至要求我们立即停下手头的工作来应对。只有在处理完这些中断事件之后， 我们才能回到先前的任务。 ​

        中断机制赋予了我们处理意外情况的能力， 而且如果我们能充分利用这个机制， 就能够同时完成多个任务。 回到烧水的例子， 无论我们是否在厨房， 煤气灶都会将水烧开。 我们只需要在水烧开后及时关掉煤气。 为了避免在厨房等待的时间， 而水烧开时产生的声音就是中断信号，提醒我们炉子上的水已经烧开。 这样， 我们就可以在等待的时间里做其他事情， 比如看电视。当水壶烧开发出声音之后， 它会打断当前的任务， 提醒水已经烧开， 这时只需要前往厨房关掉煤气即可。 ​

        中断机制使我们能够有条不紊地同时处理多个任务， 从而提高了并发处理能力。 类似地，计算机系统中也使用中断机制来应对各种外部事件。 例如， 在键盘输入时， 会发送一个中断信号给 CPU， 以便及时响应用户的操作。 这样， CPU 就不必一直轮询键盘的状态， 而可以专注于其他任务。 中断机制还可以用于处理硬盘读写完成、 网络数据包接收等事件， 提高了系统的资源利用率和并发处理能力。

3.中断的上下半部

        中断的执行需要快速响应， 但并不是所有中断都能迅速完成。 此外， Linux 中的中断不支持嵌套， 意味着在正式处理中断之前会屏蔽其他中断， 直到中断处理完成后再重新允许接收中断， 如果中断处理时间过长， 将会引发问题。 ​

        这里仍旧以烹饪的过程中接电话进行举例： 当你正在烹饪一顿美味的晚餐时， 所有的食材都准备好了， 炉灶上的火焰跳跃着， 你正享受着烹饪的乐趣。 突然， 你的手机响起， 发出紧急电话的铃声， 打破了你正常的烹饪流程， 接电话的时间很短并不会对烹饪产生很大的影响， 而接电话的时候可能就有问题了， 水烧开之后可能会煮干、 错过了最好的添加调味料的时间等等。​

        而为了让系统可以更好地处理中断事件， 提高实时性和响应能力， 将中断服务程序划分为上下文两部分： ​

        中断上文是中断服务程序的第一部分， 它主要处理一些紧急且需要快速响应的任务。 中断上文的特点是执行时间较短， 旨在尽快完成对中断的处理。 这些任务可能包括保存寄存器状态、更新计数器等， 以便在中断处理完成后能够正确地返回到中断前的执行位置。 ​

        中断上文是中断服务程序的第一部分， 它主要处理一些紧急且需要快速响应的任务。 中断上文的特点是执行时间较短， 旨在尽快完成对中断的处理。 这些任务可能包括保存寄存器状态、更新计数器等， 以便在中断处理完成后能够正确地返回到中断前的执行位置。

4.中断处理流程  中断的原则

arm 对异常(中断)处理过程： ​

① 初始化：​

        a) 设置中断源，让它可以产生中断​

        b) 设置中断控制器(可以屏蔽某个中断，优先级)​

        c) 设置 CPU 总开关(使能中断) ​

② 执行其他程序： 正常程序 ​

③ 产生中断：比如按下按键--->中断控制器--->CPU​

④ CPU 每执行完一条指令都会检查有无中断/异常产生​

⑤ CPU 发现有中断/异常产生，开始处理 ​

        对于不同的异常，跳去不同的地址执行程序 ​

        这地址上，只是一条跳转指令，跳去执行某个函数(地址)，这个就是异常向量。 ③④⑤都            是硬件做的。 ​

⑥ 这些函数做什么事情 ​

        软件做的:​

        a) 保存现场(各种寄存器)​

        b) 处理异常(中断):分辨中断源， 再调用不同的处理函数​

        c) 恢复现场 ​

5.ARM处理器程序运行过程

ARM 芯片属于精简指令集计算机(RISC： Reduced Instruction Set Computing)，它所用的指令比较简单，有如下特点： ​

① 对内存只有读、写指令​

② 对于数据的运算是在 CPU 内部实现​

③ 使用 RISC 指令的 CPU 复杂度小一点，易于设计​比如对于 a=a+b 这样的算式，需要经过下面      4 个步骤才可以实现： ​

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细看这几个步骤，有些疑问： ​

① 读 a，那么 a 的值读出来后保存在 CPU 里面哪里？ ​

② 读 b，那么 b 的值读出来后保存在 CPU 里面哪里？​

③ a+b 的结果又保存在哪里？ ​

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CPU 运行时，先去取得指令，再执行指令：​

① 把内存 a 的值读入 CPU 寄存器 R0​

② 把内存 b 的值读入 CPU 寄存器 R1​

③ 把 R0、 R1 累加，存入 R0​

④ 把 R0 的值写入内存 a

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