CPU中异常与中断

CPU 在运行的过程中，也会被各种“异常”打断。这些“异常”有：

1. SWI(软中断)
2. 快中断
3. 中断（中断也属于一种“异常”，导致中断发生的情况有很多，比如：）

• 按键
• 定时器
• ADC 转换完成
• UART 发送完数据、收到数据

这些众多的“中断源”，汇集到“中断控制器”，由“中断控制器”选择优先级最高的中断并通知 CPU。

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中断的处理流程

arm 对异常(中断)处理过程：

1. 初始化：
   1. 设置中断源，让它可以产生中断
   2. 设置中断控制器(可以屏蔽某个中断，优先级)
   3. 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。
6. 这些函数做什么事情？
   1. 软件做的:

• 保存现场(各种寄存器)
• 处理异常(中断):分辨中断源，再调用不同的处理函数
• 恢复现场

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异常向量表

/* _start标签定义了程序的入口点 */
_start :
    b reset                                 /* 复位处理程序的跳转地址 */    
    ldr pc, _undefined_instruction          /* 未定义指令处理程序的跳转地址 */    
    ldr pc, _software_interrupt             /* 软件中断处理程序的跳转地址 */    
    ldr pc, _prefetch_abort                 /* 预取指令异常处理程序的跳转地址 */  
    ldr pc, _data_abort                      /* 数据异常处理程序的跳转地址 */    
    ldr pc, _not_used                        /* 未使用处理程序的跳转地址 */    
    ldr pc, _irq                            /* 中断请求（IRQ）处理程序的跳转地址 */  
    ldr pc, _fiq                              /* 快速中断请求（FIQ）处理程序的跳转地址 */

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Linux 系统对中断的处理

进程、线程、中断的核心：栈

ARM 处理器程序运行的过程

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程序被中断时，怎么保存现场

1. 函数调用
   1. 在函数 A 里调用函数 B，实际就是中断函数 A 的执行。
   2. 那么需要把函数 A 调用 B 之前瞬间的 CPU 寄存器的值，保存到栈里；
   3. 函数 B 返回之后，就从栈中恢复函数 A 对应的 CPU 寄存器值，继续执行
2. 中断处理
   1. 进程 A 正在执行，这时候发生了中断。
   2. CPU 强制跳到中断异常向量地址去执行，
   3. 这时就需要保存进程 A 被中断瞬间的 CPU 寄存器值，
   4. 可以保存在进程 A 的内核态栈，也可以保存在进程 A 的内核结构体中。
   5. 中断处理完毕，要继续运行进程 A 之前，恢复这些值。
3. 进程切换
   1. 在所谓的多任务操作系统中，我们以为多个程序是同时运行的。
   2. 如果我们能感知微秒、纳秒级的事件，可以发现操作系统时让这些程序依次执行一小段时间，进程 A 的时间用完了，就切换到进程 B。
   3. 怎么切换？
   4. 切换过程是发生在内核态里的，跟中断的处理类似。
   5. 进程 A 的被切换瞬间的 CPU 寄存器值保存在某个地方；
   6. 恢复进程 B 之前保存的 CPU 寄存器值，这样就可以运行进程 B 了。

所以，在中断处理的过程中，伴存着进程的保存现场、恢复现场。进程的调度也是使用栈来保存、恢复现场：

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进程、线程的概念

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中断处理原则

1：不能嵌套

在 Linux 系上中断无法嵌套：即当前中断 A 没处理完之前，不会响应另一个中断 B(即使它的优先级更高)。

2：越快越好

中断的处理过程中，该 CPU 是不能进行进程调度的，所以中断的处理要越快越好，尽早让其他中断能被处理──进程调度靠定时器中断来实现。

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