文章目录
  1. 基本概念与原理
  2. 中断处理机制
    1. 设置CPU可响应中断
    2. 建立中断服务例程
    3. 保存现场&恢复现场
  3. 系统调用

基本概念与原理

 

系统调用：应用程序主动向操作系统发出的服务请求；异步响应。

异常：非法指令或其他原因导致当前指令执行失败，(如内存出错)后的处理请求；同步响应。

中断：来自硬件设备(外设，device)的处理请求。好处：避免CPU不停地去查询外设的状态，提高CPU的运行效率；异步或同步响应。

中断处理机制

  • 建立中断服务例程；
  • 设置控制寄存器状态使CPU能够响应中断；
  • 处理中断；
  • 保存与恢复现场；

设置CPU可响应中断

  • sstaus(硬件)：保存全局中断使能位；
  • sie(硬件)：指出CPU目前能处理或忽略的中断；
  • stvec(硬件)：中断入口地址；

初始化如下：

  • 设置sie的TI使能STIE位；
  • 设置sstaus的使能中断SIE位；
  • 实现中断服务总控函数并设置stvec指向该函数的地址；

建立中断服务例程

  • 初始化
  • 服务例程

保存现场&恢复现场

在调用中断服务例程之前，需要保存被中断的应用程序的上下文(也就是所有的寄存器)，具体来说，有如下寄存器：

  • x[0-31]：通用寄存器；
  • sstatus：系统状态寄存器；
  • 以及寄存器sepc、scause、stval；

产生中断后，硬件设置如下：

  • sepc设置为产生中断后指令的地址；
  • pc设置为stvec(总控中断服务程序的地址)；
  • scause设置为中断的来源；
  • sstatus的SIE位置0以禁用中断；
  • stval保存中断相关的附加信息；

系统调用

 

  • ecall指令与sret指令用于系统调用；
  • 系统调用存在着堆栈切换与特权级的切换，参数验证(内核无法信任应用程序)以及可能的切换页表、拷贝数据操作；

具体流程

  • 应用发起请求；
  • 函数库发出系统调用请求(设置系统调用号，再执行ecall指令)；
  • 保存被中断的应用程序的上下文；
  • 硬件设置：
    • sepc：保存请求后的指令地址；
    • pc设置为stvec(总控中断服务程序的地址)；
    • scause设置为ecall from u-mode；
    • sstatus：SIE位置0以禁用中断；
    • stval保存中断相关的附加信息；
  • 调用中断服务例程；
  • 恢复被中断的应用程序的上下文；
  • 应用继续执行；