Прерывания и особые случаи

Прерывания текущей программы могут возникать по следующим трем причинам:

□ внешний сигнал по входам INTR или NMI;

□ аномальная ситуация, сложившаяся при выполнении конкретной команды и зафиксированная аппаратурой контроля;

□ находящаяся в программе команда прерывания INT n.

Первая из указанных выше причин относится к аппаратным прерываниям, а две другие — к программным.

(Страница198)

Программные прерывания, вызываемые причинами 2 и 3, называют обычно особыми случаями (иногда используют термин исключения). Особые случаи возникают, например, при нарушении защиты по привилегиям, превышении предела сегмента, делении на ноль и т. д.

Все особые случаи классифицируются как нарушения, ловушки или аварии.

Нарушение (fault) — этот особый случай процессор может обнаружить до возникновения фактической ошибки (например, нарушение правил привилегий или отсутствие сегмента в оперативной памяти). Очевидно, после обработки нарушения можно продолжить программу, осуществив рестарт виновной команды.

Ловушка (trap) — обнаруживается после окончания выполнения виновной команды. После ее обработки процессор возобновляет действия с той команды, которая следует за "захваченной" (например, прерывание при переполнении или команда INT n). Большинство отладочных контрольных точек также интерпретируются как ловушки.

Авария (abort) — приводит к потере контекста программы, ее продолжение невозможно. Причину аварии установить нельзя, поэтому осуществить рестарт программы не удается, ее необходимо прекратить. К авариям ("выходам из процесса") относятся аппаратные ошибки, а также несовместимые или недопустимые значения в системных таблицах.

Общая реакция процессора на прерывания или особые случаи состоит в сохранении минимального контекста прерываемой программы (в стеке — адрес возврата и, может быть, некоторую дополнительную информацию), идентификации источника прерывания или особого случая и передаче управления соответствующему обработчику (программе, подпрограмме, задаче). Однако имеются принципиальные различия по формированию сохраняемого контекста.

При возникновении нарушений в стек обработчика особого случая в качестве адреса возврата включается CS: EIP команды, вызвавшей нарушение.

При распознавании ловушки (к ним относятся и большинство внешних прерываний) процессор включает в стек адрес возврата, относящийся к следующей за ловушкой команде.

Наконец, при авариях содержательный адрес возврата отсутствует, поэтому рестарт задачи при авариях невозможен.

Принцип реализации прерываний (внешних) и особых случаев (внутренних) в микропроцессорах фирмы Intel сохранился практически неизменным с МП 8086.

В 8086 сигналы запросов на обработку прерываний формировались либо аппаратурой контроля процессора (внутренние прерывания), либо поступали из внешней среды на входы процессора INTR или NMI. При обнаружении (разрешенного) запроса в стек помещались текущие значения FLAGS, CS и IP.

В процессе идентификации источника запроса ему ставился в соответствие восьмиразрядный двоичный код n — вектор прерывания, причем за каждым внутренним прерыванием и за внешним NMI жестко закреплялся свой вектор, а для запросов, поступивших по входу INTR, реализовывалась процедура ввода вектора с внешней шины. Далее, определенный вектор прерывания рассматривался как номер строки таблицы, располагающейся с нулевого физического адреса памяти. Четырехбайтовыми элементами этой таблицы были адреса CS: IP точек входа в подпрограммы — обработчики прерываний. Таким образом, в системе поддерживалось до 256 различных обработчиков прерываний, причем векторы 0 — 31 резервировались за внутренними прерываниями (и NMI), а остальные — для внешних прерываний.

При идентификации источника запроса INTR выполняются следующие действия (при условии, что флаг IF=1, иначе запрос INTR игнорируется):

1. Генерируется два цикла шины для ввода вектора внешнего прерывания.

2. Помещается в стек содержимое регистра FLAGS.

3. Помещается в стек содержимое регистра CS.

4. Помещается в стек содержимое регистра IP.

5. Сбрасывается в 0 флаг разрешения внешних прерываний IF, запрещая восприятие новых запросов по входу INTR до явной установки флага IF в 1 командой sti.

6. По значению вектора n обращаются к n-му элементу таблицы векторов прерываний и из нее загружаются новые значения регистров CS: IP.

7. Начинается выполнения обработчика прерывания с точки входа, определяемой CS: IP.

Сохраненное в стеке старое содержимое регистров CS: IP образует адрес возврата. Когда обработчик прерываний заканчивает свои действия, он должен выполнить команду возврата iret, которая, извлекая из стека содержимое FLAGS, CS, IP, возвращает управление прерванной программе.

Механизм реализации внешних и внутренних прерываний МП 80486 и Pentium в R-режиме аналогичен описанному выше, однако в P-режиме он значительно усовершенствован:

□ таблица векторов прерываний трансформирована в дескрипторную таблицу прерываний IDT (рис. 7.13);

□ более сложен процесс перехода к обработчику прерывания или особого случая;

□ обработчику передается дополнительная информация о причине возникновения особого случая.

Рис. 7.13. Дескрипторная таблица прерываний

Механизм передачи управления обработчику особого случая (прерывания) соответствует обычному способу передачи управления через шлюз вызова. При этом процессор аппаратно включает в стек значения EFLAGS, CS: EIP (адрес возврата) прерываемой программы и, кроме того, в некоторых случаях — код ошибки и текущие значения SS, ESP (последние — при смене привилегий).

Точное значение адреса возврата зависит от того, является ли особый случай нарушением, ловушкой или аварией. Первые 32 вектора зарезервированы за особыми случаями P-режима (табл. 7.1).

Таблица 7.1. Особые случаи

Вектор	Причина	Тип
	Ошибка деления	Нарушение
	Отладка	Нарушение/ловушка
	Немаскируемое прерывание NMI	Ловушка
	Контрольная точка	Ловушка
	Переполнение	Ловушка
	Нарушение границы массива	Нарушение

Таблица 7.1 (окончание)

Вектор	Причина	Тип
	Недействительный код операции	Нарушение
	Устройство недоступно	Нарушение
	Двойное нарушение*	Авария
	Не используется
	Недействительный TSS*	Нарушение
	Неприсутствие сегмента*	Нарушение
	Нарушение стека*	Нарушение
	Нарушение общей защиты*	Нарушение/ловушка
	Страничное нарушение*	Нарушение
	Зарезервирован
	Ошибка операции с плавающей точкой	Нарушение
	Контроль выравнивания*	Нарушение
18 — 31	Зарезервированы

Примечание. * — включает в стек код ошибки.

Дата добавления: 2015-04-25