中断屏蔽技术

Posted 2022-03-21 PacosonSWJTU

【README】

本文转自bilibili《计算机组成原理（哈工大刘宏伟）》的视频讲解，非常棒，墙裂推荐；

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【1】中断屏蔽

1，中断屏蔽的意思是，在中断1的服务程序执行过程中，不允许被其他中断打扰；

2，按理，对于不同中断源，它有中断响应优先级，但这个是硬件决定的，无法修改；而如果要修改各个中断的优先级（即是否可以被打扰），可以通过中断屏蔽寄存器（人工设置该寄存器的值）来实现；这是提出中断屏蔽技术的原因所在；

3，中断屏蔽的具体原理是： 每个中断源都有一个中断屏蔽字（如16个bit）； 当该中断被响应或执行该中断的服务请求时，对应中断源的屏蔽字设置到中断屏蔽寄存器；在中断响应时，cpu会根据屏蔽寄存器的值来判断是否响应该中断；

【1.1】屏蔽技术介绍

1 中断屏蔽技术

• 1.1 通过设置中断屏蔽字来改变中断服务优先级，从而提高系统设计和响应的灵活性；
• 1.2 中断屏蔽字是通过中断屏蔽触发器来设置的；INTR 是中断请求寄存器；MASK 是中断屏蔽触发器（MASK=0，非门输出1时表示未屏蔽）；

2 如何提出中断请求？

• 触发器D在完成后，提出中断请求，能够提出中断的条件是，这个中断源没有被屏蔽掉；

3 右图第2种方式实现中断屏蔽

• 中断屏蔽字的长度等于中断源的个数，屏蔽字的每个bit对应到每个mask的取值上；
• 若maski等于1，则表示第i个中断源的中断请求不会被响应（或被屏蔽）；当然也无法提出中断请求；

中断屏蔽触发器的作用是 屏蔽某个中断源发出中断请求，也不能参加中断请求优先级的排队；

【1.2】中断屏蔽字

屏蔽触发器对应的值是屏蔽字；
如，16个中断源，每个中断源都对应一个屏蔽字；
每个屏蔽字表示当中断源的中断服务程序在执行过程中，是否允许其他中断源提出中断请求
进入到排队器进行排队（即是否允许其他中断源提出中断请求）；对应的bit位为1表示屏蔽，0表示不屏蔽；

如：1号中断源的中断服务程序在执行过程中，无论是1号还是2.。。。16号中断源提出的中断请求都不会进入中断排队器中排队（即1号中断源屏蔽其他中断源的中断请求）；
但2号中断服务程序的执行过程中，允许1号中断源提出中断请求并被1号打断；

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【2】 屏蔽技术可以改变中断处理优先级

【2.1】中断响应优先级与处理优先级

1，中断优先级分为响应优先级，处理优先级；

• 响应优先级，属于中断硬件给定，无法修改；
• 处理优先级，可以通过屏蔽技术进行修改；

2，处理优先级是可以改变的，通过重置屏蔽字，让低优先级的中断无法进入排队器排队；通过中断屏蔽字让某一个中断源的处理优先级被提高；

【例】在执行C的中断服务程序的过程中，对应的中断屏蔽字（中断屏蔽寄存器）被设置为0110，只有A或D的中断请求可以进入中断排队器中排队；

 【2.2】例子，屏蔽技术修改中断处理优先级

响应优先级为 A B C D，降序排列， 无法修改；处理优先级修改为， A D C B，降序排列；

【例子】加入屏蔽技术后的多中断处理步骤

• 步骤1：ABCD同时提出中断服务请求，因为主程序屏蔽字（即中断屏蔽寄存器）为0000（不会屏蔽任何中断），所以4个中断都会进入排队器；
• 步骤2：又A的响应优先级最高，所以cpu先响应A，转而执行A的中断服务程序；在执行A中断服务程序过程中，因A的屏蔽字为1111，故它会把中断屏蔽字设置为1111，这会屏蔽其他中断源（ABCD）的中断请求；
• 步骤3：A的中断服务程序执行后，返回主程序，这时主程序屏蔽字是0000，所以中断屏蔽字寄存器为0000； 即主程序随时可以被打断，DCB都可以进入中断排队器进行排队；
• 步骤4：又B的响应优先级最高，所以先响应B，执行B的中断服务程序；又B的中断屏蔽字为0100，所以B允许被CD中断源打断；
• 步骤5：在执行B的中断服务程序过程中，CD均可以提出中断请求，并进入中断排队器排队；
• 步骤6：又C的响应优先级高于D，所以先响应C，转而执行C的中断服务程序（C中断B）；响应C后， C的中断屏蔽字设置到中断屏蔽字寄存器，即0110；那么C的中断服务程序可以被AD中断源打断；
• 步骤7：在执行C的中断服务程序过程中，D提出中断请求，进入排队器进行排队；又D的处理优先级高于C，所以中断C，转而执行D（D中断C）；
• 步骤8：执行D完成后，回到C的中断服务程序的断点，继续执行C，因为D中断的是C（中断谁就返回谁）；
• 步骤9： C执行完成后，再返回到B，因为C中断的是B；
• 步骤10：B执行完成后，整个执行就结束了；

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【3】新屏蔽字的设置

新屏蔽字的设置步骤：

序号	步骤	描述
1	保护现场	Push指令，把要用到的寄存器的值保存起来，以便从中断恢复后使用；
2	置屏蔽字	设置中断屏蔽字；
3	开中断	提前开中断，目的是实现多重中断；设置EINT=1
4	执行中断服务程序
5	关中断	因为恢复现场，恢复中断屏蔽字的过程不能被打断；设置EINT=0
6	恢复现场	把之前被保护的现场数据从内存恢复到寄存器；
7	恢复中断屏蔽字	把中断屏蔽寄存器的值设置为主程序的屏蔽字（0000），允许被任何中断打断；
8	开中断	允许中断；设置EINT=1
9	中断返回	从中断中恢复到主程序；