Маскирование прерываний
Прерывания
- 4.1. Таблица векторов прерываний
- 4.2. Маскирование прерываний
- 4.3. Изменение таблицы векторов прерываний
- 4.4. Особенности обработки аппаратных прерываний
Для обработки событий, происходящих асинхронно по отношению к выполнению программы, лучше всего подходит механизм прерываний. Прерывание можно рассматривать как некоторое особое событие в системе, требующее моментальной реакции.
Практически все системы ввода/вывода в компьютере работают с использованием прерываний. В частности, когда вы нажимаете клавиши или щелкаете мышью, аппаратура вырабатывает прерывания. В ответ на них система, соответственно, считывает код нажатой клавиши или запоминает координаты курсора мыши. Прерывания вырабатываются контроллером диска, адаптером локальной сети, портами последовательной передачи данных, звуковым адаптером и другими устройствами.
Кажется очевидным, что возможны самые разнообразные прерывания по самым различным причинам. Поэтому с прерыванием связывают число - так называемый номер прерывания.
Этот номер однозначно соответствует тому или иному событию. Система умеет распознавать прерывания и при их возникновении запускает процедуру, соответствующую номеру прерывания.
Некоторые прерывания (первые пять по порядку номеров) зарезервированы для использования центральным процессором на случай каких-либо особых событий вроде попытки деления на нуль, переполнения и т. п.
Программы могут сами вызывать прерывания с заданным номером. Для этого они используют команду INT. Это так называемые программные прерывания. Программные прерывания не являются асинхронными, так как вызываются из программы.
Программные прерывания удобно использовать для организации доступа к отдельным, общим для всех программ функциям. Например, функции операционной системы доступны прикладным программам именно через прерывания. При вызове этих модулей нет необходимости знать их текущий адрес в памяти.
Прикладные программы и драйверы могут сами устанавливать свои обработчики прерываний для их последующего использования другими программами. Для этого встраиваемые обработчики прерываний должны быть резидентными в памяти.
Аппаратные прерывания вызываются физическими устройствами и потому приходят асинхронно по отношению к выполнению любых программ. Эти прерывания информируют систему о событиях, связанных с работой устройств. Например, о том, что наконец-то завершилась печать символа на принтере и неплохо было бы выдать следующий символ, или о том, что сектор диска уже прочитан и его содержимое доступно программе.
Использование прерываний при работе с медленными внешними устройствами позволяют совместить ввод/вывод с обработкой данных в центральном процессоре. В результате этого повышается общая производительность системы.
Иногда желательно сделать систему нечувствительной ко всем или отдельным аппаратным прерываниям . Для этого используют так называемое маскирование прерываний, о котором мы еще будем говорить. Но существует и немаскируемое прерывание (которое, кстати, все-таки можно замаскировать, или, точнее говоря, заблокировать).
Заметим, что обработчики прерываний могут сами вызывать программные прерывания, например, для получения доступа к сервису BIOS или MS-DOS.
Составление собственных программ обработки прерываний и замена стандартных обработчиков MS-DOS и BIOS является достаточно сложной задачей. Необходимо учитывать все тонкости работы аппаратуры, а также взаимодействия программного и аппаратного обеспечения. При отладке возможно разрушение операционной системы с непредсказуемыми последствиями, поэтому надо очень внимательно следить за тем, что делает ваша программа.
Таблица векторов прерываний
Для того чтобы связать адрес обработчика прерывания с номером прерывания, используется таблица векторов прерываний , занимающая первый килобайт оперативной памяти. Эта таблица находится в диапазоне адресов от 0000:0000 до 0000:03FFh и состоит из 256 элементов - дальних адресов обработчиков прерываний.
Элементы таблицы векторов прерываний называются векторами прерываний. В первом слове элемента таблицы записана компонента смещения, а во втором - сегментная компонента адреса обработчика прерывания.
Вектор прерывания с номером 0 находится по адресу 0000:0000, с номером 1 - по адресу 0000:0004 и т. д.
Для программиста, использующего язык С, таблицу векторов прерываний можно описать следующим образом:
void (far* interrupt_table[256])();Инициализация таблицы выполняется частично системой базового ввода/вывода BIOS после тестирования аппаратуры и перед началом загрузки операционной системой, частично при загрузке MS-DOS. Операционная система MS-DOS может изменить некоторые вектора прерываний, установленные BIOS.
Расскажем о назначении наиболее важных векторов прерываний.
| Номер | Описание |
| Ошибка деления.Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). Обычно при обработке этого прерывания MS-DOS выводит сообщение об ошибке и останавливает выполнение программы. При этом для процессора i8086 адрес возврата указывает на команду, следующую после команды деления, а для процессора i80286 и более старших моделей - на первый байт команды, вызвавшей прерывание | |
| Прерывание пошагового режима.Вырабатывается после выполнения каждой машинной команды, если в слове флагов установлен бит пошаговой трассировки TF. Используется для отладки программ. Это прерывание не вырабатывается после пересылки данных в сегментные регистры командами MOV и POP | |
| Аппаратное немаскируемое прерывание.Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно оно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора | |
| Прерывание для трассировки.Генерируется при выполнении однобайтовой машинной команды с кодом CCh и обычно используется отладчиками для установки точки прерывания | |
| Переполнение. Генерируется машинной командой INTO , если установлен флаг переполнения OF. Если флаг не установлен, команда INTO выполняется как NOP. Это прерывание используется для обработки ошибок при выполнении арифметических операций | |
| Печать копии экрана. Генерируется, если пользователь нажал клавишу <PrtSc>. В программах MS-DOS обычно используется для печати образа экрана. Для процессора i80286 и более старших моделей генерируется при выполнении машинной команды BOUND, если проверяемое значение вышло за пределы заданного диапазона | |
| Неопределенный код операции или длина команды больше 10 байт | |
| Особый случай отсутствия арифметического сопроцессора | |
| IRQ0 - прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду | |
| IRQ1 - прерывание от клавиатуры. Генерируется, когда пользователь нажимает и отжимает клавиши. Используется для чтения данных из клавиатуры | |
| A | IRQ2 - используется для каскадирования аппаратных прерываний |
| B | IRQ3 - прерывание асинхронного порта COM2 |
| C | IRQ4 - прерывание асинхронного порта COM1 |
| D | IRQ5 - прерывание от контроллера жесткого диска (только для компьютеров IBM PC/XT) |
| E | IRQ6 - прерывание генерируется контроллером НГМД после завершения операции ввода/вывода |
| F | IRQ7 - прерывание от параллельного адаптера. Генерируется, когда подключенный к адаптеру принтер готов к выполнению очередной операции. Обычно не используется |
| Обслуживание видеоадаптера | |
| Определение конфигурации устройств в системе | |
| Определение размера оперативной памяти | |
| Обслуживание дисковой системы | |
| Работа с асинхронным последовательным адаптером | |
| Расширенный сервис | |
| Обслуживание клавиатуры | |
| Обслуживание принтера | |
| Запуск BASIC в ПЗУ, если он есть | |
| Перезагрузка операционной системы | |
| 1A | Обслуживание часов |
| 1B | Обработчик прерывания, возникающего, если пользователь нажал комбинацию клавиш <Ctrl+Break> |
| 1C | Программное прерывание, вызывается 18,2 раза в секунду обработчиком аппаратного прерывания таймера |
| 1D | Адрес видеотаблицы для контроллера видеоадаптера 6845 |
| 1E | Указатель на таблицу параметров дискеты |
| 1F | Указатель на графическую таблицу для символов с кодами ASCII 128-255 |
| 20-5F | Используется MS-DOS или зарезервировано для MS-DOS |
| 60-67 | Прерывания, зарезервированные для программ пользователя |
| 68-6F | Не используются |
| IRQ8 - прерывание от часов реального времени | |
| IRQ9 - прерывание от контроллера EGA | |
| IRQ10 - зарезервировано | |
| IRQ11 - зарезервировано | |
| IRQ12 - зарезервировано | |
| IRQ13 - прерывание от арифметического сопроцессора | |
| IRQ14 - прерывание от контроллера жесткого диска | |
| IRQ15 - зарезервировано | |
| 78 - 7F | Не используются |
| 80-85 | Зарезервировано для BASIC |
| 86-F0 | Используются интерпретатором BASIC |
| F1-FF | Не используются |
Прерывания, обозначенные как IRQ0 - IRQ15 являются аппаратными прерываниями.
Маскирование прерываний
Часто при выполнении критических участков программ приходится запрещать прерывания для того чтобы гарантировать непрерываемое выполнение определенной последовательности команд. Это можно сделать командой CLI. Ее нужно поместить в начало критической последовательности команд, а в конце расположить команду STI, разрешающую процессору воспринимать прерывания. Команда CLI запрещает только маскируемые прерывания, на обработку немаскируемого прерывания эта команда никакого влияния не оказывает.
Если вы используете запрет прерываний с помощью команды CLI, следите за тем, чтобы прерывания не отключались на длительный период времени, так как это может привести к нежелательным последствиям. Например, к отставанию системных часов или неправильной работе периферийных устройств компьютера.
Если вам надо запретить не все прерывания, а только некоторые, например, от клавиатуры, то для этого надо воспользоваться услугами контроллера прерываний. Записывая в этот контроллер определенную управляющую информацию, можно замаскировать прерывания от отдельных устройств.