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上一篇文章我們學習了微處理器與微控制器的區(qū)別。點擊鏈接查看上一篇文章的內容：微處理器與微控制器

本篇文章我們學習中斷的概念與意義。本片文章只學習中斷概念與意義，并不深入研究中斷向量表與ISR中斷服務程序的實現。同時本片文章講解一個與中斷有關的應用：斷點調試。當然具體的斷點調試方法會在后面講解，本次只是說明中斷在斷點調試中的應用。

文章目錄

• 1、中斷的概念與意義
• • 1.2、 中斷的概念
  • 1.2、中斷的意義
  • 1.3、中斷的類型
  • 1.4、中斷的優(yōu)先級
• 2、中斷的應用-斷點調試
• • 2.2、什么是程序的斷點？
  • 2.2、 程序斷點的實現原理
• 3、總結

1、中斷的概念與意義

1.2、 中斷的概念

• 中斷是一種處理器與外設進行通信的機制（在我們學習了信號機制，會發(fā)現不一定是與外設之間）
• 外設通過產生中斷，向處理器告知，外部有重要事件發(fā)生
• 處理器收到中斷后，需要響應中斷（具體如何響應見后面內容）

上面只是中斷的簡單概念。舉個例子，我們點擊鼠標的時候，鼠標這個外設會產生一個中斷，當CPU收到這個中斷的時候，CPU會響應這個中斷，進而執(zhí)行ISR（中斷服務程序）,在中斷服務程序中肯定會調用鼠標的驅動模塊，從而在電腦上我們才能看到鼠標的點擊效果。

那么什么是中斷服務程序呢（ISR）？

首先中斷服務程序會從外設中讀取外設的中斷寄存器，從而獲得中斷的類型

然后根據中斷類型，設計具體的處理邏輯（后面的學習中我們會發(fā)現實際上是通過中斷向量表來選取具體的處理邏輯）

中斷處理完畢后，還需要清除外設中的中斷寄存器內容

然后清除CPU中的中斷標識位

最后還需要恢復CPU中本該執(zhí)行的指令

下面看一個圖示來表示一個中斷產生的過程：

• 步驟一外設產生中斷
• 步驟二要先把當前正在執(zhí)行的程序的上下文保存（比如通用寄存器的值）
• 步驟三四讀取外設中斷寄存器的值，獲得中斷類型
• 步驟五執(zhí)行相應的中斷處理程序
• 步驟六清除外設的中斷寄存器的值
• 步驟七清除CPU的中斷標識位
• 步驟八恢復當前需要執(zhí)行程序的上下文環(huán)境

那么，從程序的角度來考慮，中斷服務程序（ISR）有哪些特征呢？

我們知道，中斷服務程序執(zhí)行完之后，需要再次回到之前的程序繼續(xù)執(zhí)行，所以ISR不能有返回值（想一想你有返回值得到話，誰來接收這個返回值呢？），并且，沒有參數傳遞！因為前期已經通斷中斷向量表來選取了特定類型的處理邏輯，此處無需再讓中斷的類型當做參數傳遞來決定如何設計處理邏輯，所以無需參數。同時，對于這種打斷程序運行的，比如后面的信號，程序最好不要太長，容易產生錯誤。所以ISR最好短小精悍，為了能夠快速結束，最好少做浮點運算。

• 不能有返回值，不能有參數傳遞
• 盡量短小高效，避免浮點運算

1.2、中斷的意義

• 應用程序不必關心中斷的處理與發(fā)生
• 中斷服務程序也不用關心應用程序的狀態(tài)
• 中斷是上層應用與底層代碼的分界線
  

1.3、中斷的類型

• 硬中斷

  • 通過處理器的中斷信號線產生的中斷（鼠標按一下產生的中斷，通過中斷信號線發(fā)送給處理器）

• 軟中斷

  • 通過非法指令或者特殊指令陷入的中斷（比如系統調用也是一種軟中斷，它就是通過特殊指令Int 0x80陷入內核，也可以看做一種中斷。再比如后面會學習的信號，也是一種中斷）

1.4、中斷的優(yōu)先級

比如此時有好幾個中斷信號產生，比如你的電腦正在運行微博程序，你點擊鼠標，立馬有反應，這說明什么？說明鼠標的優(yōu)先級比微博程序的優(yōu)先級高。其實，任何ISR的優(yōu)先級，都比應用程序的優(yōu)先級高。而中斷中，也分為不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的中斷會優(yōu)先得到CPU的處理，且一個中斷ISR在運行時，如果再來一個比它優(yōu)先級高的中斷，這個高優(yōu)先級的中斷會打斷那個正在執(zhí)行的中斷程序。

• 中斷優(yōu)先級

• 多個中斷同時出現時，處理器優(yōu)先響應高優(yōu)先級的中斷
• 低優(yōu)先級中斷的ISR執(zhí)行時，可以被高優(yōu)先級的中斷再次打斷
• ISR比上層應用程序的優(yōu)先級都高

2、中斷的應用-斷點調試

2.2、什么是程序的斷點？

大家都知道斷點調試。程序的斷點，其實就是一個指令的地址。這個指令的地址，是調試工具（例如GDB）讓代碼停止執(zhí)行時候的位置。當你設置斷點后，程序會在你設置的斷點處停止執(zhí)行。然后去執(zhí)行你的調試工具里面的相應程序，那么接下來你就可以使用調試工具來獲取程序的相應信息，比如上下文環(huán)境，棧信息等

2.2、 程序斷點的實現原理

程序斷點的實現原理，依賴于CPU的中斷機制。包括CPU的硬中斷機制與軟中斷機制。

說的通俗一點，就是將斷點處的指令替換為中斷觸發(fā)指令，不再繼續(xù)執(zhí)行當前程序，而是去執(zhí)行中斷服務程序ISR，然后ISR再將CPU控制權交給你的調試工具的處理程序。

• 程序斷點的實現原理

• 獲取源程序指定行對應的代碼地址（指令地址）
• 保存當前程序的上下文環(huán)境信息
• 把該指令地址處的指令，替換為中斷觸發(fā)指令
• 在中斷服務程序ISR中將CPU控制權交給調試工具的處理程序
• 調試程序開始做相應處理（比如可以讀取源程序的上下文信息或者棧信息）
• 調試程序處理完后，將之前指令地址處的指令還原
• 恢復之前程序的上下文信息
• 源程序繼續(xù)從斷點處執(zhí)行程序

下面來看一張圖理解斷點的實現原理

其中中斷觸發(fā)指令，被CPU執(zhí)行后，OS會向調試程序發(fā)送signal，signal后面會講。調試程序收到signal，會執(zhí)行響應的處理函數handle。

以上只是大致講原理，沒有深入研究源碼。

3、總結

本篇文章要學會：

• 中斷的概念與意義
• 中斷的類型（硬中斷與軟中斷）
• 中斷的應用-斷點與斷點的實現原理

本系列文章幾乎全部參考狄泰軟件學院相關課程，想學習的可以加群，
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【软件开发底层知识修炼】二 深入浅出处理器之二 中断的概念与意义的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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