Исключения. Программные прерывания

Программные прерывания

С помощью инструкции INT n (n - номер прерывания) можно сгенерировать прерывание с любым номером 0...255. Такие прерывания называют программными. Состояние бита IF в регистре флагов не влияет на возможность генерации программных прерываний.

Хотя номер прерывания в этой инструкции может быть любым, следует отметить, что, например, при использовании вектора 2 для вызова обработчика немаскируемого прерывания внутреннее состояние процессора будет отличаться от того, которое бывает при обработке аппаратного немаскируемого прерывания. Аналогично, попытка вызвать обработчик исключения с помощью этой инструкции может оказаться неудачной, т.к. при возникновении большинства исключений в стек включается код ошибки, а при генерации программного прерывания этого не происходит. Обработчик исключения извлекает из стека код ошибки, а в случае программного прерывания из стека будет ошибочно извлечен адрес возврата, что нарушит целостность стека и в конечном итоге, скорее всего, приведет к исключению #13 или более тяжелому.

Источниками исключений являются три типа событий:

генерируемые программой исключения,

исключения машинного контроля (Pentium+),

обнаруженные процессором ошибки в программе.

Инструкции INTO (проверка на переполнение), INT3 (контрольная точка) и BOUND (проверка границ массива) позволяют программе контролировать определенные условия в заданных точках программы и генерировать программные исключения. Следует отметить, что попытка вызвать обработчик исключения при помощи инструкции INT n (за исключением перечисленных выше инструкций) не является исключением и может привести к аварийному завершению программы, если соответствующее исключение должно генерировать код ошибки.

Процессоры Pentium+ предоставляют зависящий от реализации механизм контроля операций внутри чипа и транзакций на шине процессора, называемый машинным контролем. Если при выполнении машинного контроля возникает ошибка, генерируется исключение #18.

Исключения процессора в зависимости от способа генерации и возможности рестарта вызвавшей исключение команды подразделяются на нарушения, ловушки и аварии.

Нарушение (отказ) - это исключение, которое обнаруживается либо перед исполнением, либо во время исполнения команды. При этом процессор переходит в состояние, позволяющее осуществить рестарт команды. В качестве адреса возврата в стек обработчика заносится адрес вызвавшей исключение команды.

Ловушка возникает на границе команд сразу же после команды, вызвавшей это исключение. Значения регистров CS и EIP, заносимые в стек обработчика, указывают на очередную команду. Например, если ловушка сработала на команде JMP, то в стеке запоминаются значения регистров CS и EIP, указывающие на адресат команды JMP.

В некоторых случаях для ловушек и нарушений невозможен рестарт команды, например, если один из операндов расположен ниже текущего указателя стека, т.е. по адресу памяти меньше, чем вершина стека.

Авария не позволяет осуществить рестарт программы, и зачастую нельзя точно локализовать команду, вызвавшую это исключение. Исключения типа "авария" генерируются при обнаружении серьезных ошибок, таких как неразрешенные или несовместимые значения в системных таблицах или аппаратные сбои.

Типичным случаем аварии является исключение #8 "двойная ошибка". Двойная ошибка происходит, когда процессор пытается обработать исключение, а его обработчик генерирует еще одно исключение. Для некоторых исключений процессор не генерирует двойную ошибку, такие исключения называют "легкими": 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14 и 16. Только ошибки деления (исключение #0) и сегментные исключения (10, 11, 12, 13), называемые "тяжелыми", могут вызвать двойную ошибку. Таким образом, получение исключения "неприсутствие сегмента" во время обработки исключения отладки не приведет к двойной ошибке, в то время как ошибка сегмента, происходящая во время обработки ошибки деления на нуль, приведет к исключению #8.

Если при попытке вызвать обработчик исключения #8 возникает ошибка, процессор переходит в режим отключения (shutdown mode). Вывести из этого режима процессор могут только аппаратные сигналы: NMI#, SMI#, RESET# или INIT#. Обычно чипсет, обнаружив на шине процессора цикл отключения, инициирует аппаратный сброс.

Если на границе инструкции обнаруживается, что требуется обработка более одного прерывания или исключения, процессор обрабатывает прерывание или исключение с наивысшим приоритетом. Исключения с низким приоритетом снимаются, а прерывания с низким приоритетом откладываются. Снятые исключения могут быть потом снова сгенерированы при возврате из обработчика.

Приоритеты событий:

Приоритет	Описание
	Аппаратный сброс (RESET#) и машинный контроль (#18)
	Ловушка при переключении задач (#1)
	Внешний сигнал (INIT#, SMI# и др.)
	Контрольная точка (#3) и ловушка отладки (#1)
	Аппаратные прерывания (NMI#, INTR#)
	Нарушения, обнаруженные при предвыборке очередной инструкции: · точка отладки по коду (#1), · неприсутствие страницы с кодом (#14), · превышение предела сегмента кода (#13).
	Нарушения, обнаруженные при декодировании очередной инструкции: · превышение длины инструкции (#13), · недействительный код операции (#6), · неприсутствие сопроцессора (#7).
	Нарушения, обнаруженные при исполнении инструкции (все остальные)

Назначение прерываний и исключений:

номер	описание	тип	возможен рестарт	код ошибки	источник исключения
	Ошибка деления	нарушение	да	нет	DIV, IDIV
	Отладка	нарушение / ловушка	да	нет	любая команда
	NMI	прерывание	со след. команды	нет	сигнал NMI
	Контрольная точка	ловушка	со след. команды	нет	INT3
	Переполнение	ловушка	со след. команды	нет	INTO
	Нарушение границы массива	нарушение	да	нет	BOUND
	Недействительный код операции	нарушение	да	нет	Инструкция UD2 (P6+), неверный код операции, неверный операнд, выполнение спец. команд в RM, неверное использование префикса LOCK
	Сопроцессор отсутствует	нарушение	да	нет	ESC, WAIT
	Двойное нарушение	авария	нет		Если при обработке тяжелого исключения^1 или страничного нарушения возникает еще одно тяжелое исключение.
	Нарушение сегмента для сопроцессора^2	нарушение	да	нет	ESC, WAIT
	Недействительный TSS	нарушение	да	есть	JMP, CALL, IRET, INT
	Неприсутствие сегмента	нарушение	да	есть	при попытке загрузить сегментный регистр или LDTR
	Нарушение стека	нарушение	да	есть	операции со стеком, загрузка SS
	Нарушение общей защиты	нарушение / ловушка	да	есть	любое обращение к памяти или проверка защиты
	Страничное нарушение	нарушение	да	есть	любое обращение к памяти
	резерв
	Ошибка сопроцессора	нарушение	да	нет	ESC, WAIT
	Контроль выравнивания^3	нарушение	да		любое обращение к данным в памяти
	Машинный контроль^4	авария	стоп	зависит от МП	зависит от МП
	Ошибка SIMD^5	нарушение	да	нет	инструкция SSE или SSE2
20-31	резерв
32-255	Определяемые пользователем прерывания	прерывание	да	-	INT n или внешний сигнал
^1К тяжелым относят исключения 0, 10, 11, 12, 13. ^2Это исключение генерируется только МП 80386. В поздних процессорах - зарезервировано. ^3Используется в i486 и выше. ^4Используется в Pentium и выше. ^5Используется в Pentium-III и выше.

Дата добавления: 2014-01-07