中断中需要面对的问题(二)
中断中有些问题需要面对。
隔离变化
不知道您有没有意识到，中断处理前面这部分的设计是何等的简单优美。人是高度智能化的，能够对遇到的各种意外情况做有针对性的处理，计算机相比就差距甚远了，它只能根据预定的程序进行操作。对于计算机来说，硬件支持的，只能是中断这种电信号传播的方式和CPU对这种信号的接收方法，而具体如何处理这个中断，必须得靠操作系统实现。操作系统支持所有事先能够预料到的中断信号，理论上都不存在太大的挑战，但在操作系统安装到计算机设备上以后，肯定会时常有新的外围设备被加入系统，这可能会带来安装系统时根本无法预料的“意外”中断。如何支持这种扩展，是整个系统必须面对的。
而硬件和软件在这里的协作，给我们带来了完美的答案。当新的设备引入新类型的中断时，CPU和操作系统不用关注如何处理它。CPU只负责接收中断信号，并引用中断服务程序；而操作系统提供默认的中断服务——一般来说就是不理会这个信号，返回就可以了——并负责提供接口，让用户通过该接口注册根据设备具体功能而编制的中断服务程序。如果用户注册了对应于一个中断的服务程序，那么CPU就会在该中断到来时调用用户注册的服务程序。这样，在中断来临时系统需要如何操作硬件、如何实现硬件功能这部分工作就完全独立于CPU架构和操作系统的设计了。
而当你需要加入新设备的时候，只需要告诉操作系统该设备占用的中断号、按照操作系统要求的接口格式撰写中断服务程序，用操作系统提供的函数注册该服务程序，设备的中断就被系统支持了。
中断和对中断的处理被解除了耦合。这样，无论是你在需要加入新的中断时，还是在你需要改变现有中断的服务程序时、又或是取消对某个中断支持的时候，CPU架构和操作系统都无需作改变。
保存当前工作“现场”
在中断处理完毕后，计算机一般来说还要回头处理原先手头正做的工作。这给中断的概念带来些额外的“内涵”。注一“回头”不是指从头再来重新做，而是要接着刚才的进度继续做。这就需要在处理中断信号之前保留工作“现场”。“现场”这个词比较晦涩，其实就是指一个信息集，它能反映某个时间点上任务的状态，并能保证按照这些信息就能恢复任务到该状态，继续执行下去。再直白一点，现场不过就是一组寄存器值。而如何保护现场和恢复场景是中断机制需要考虑的重点之一。
每个中断处理都要经历这个保存和恢复过程，我们可以抽象出其中的步骤：
1. 保存现场
2. 执行具体的中断服务程序
3. 从中断服务返回
4. 恢复现场
上面说过了，“现场”看似在不断变化，没有哪个瞬间相同。但实际上组成现场的要素却不会有任何改变。也就是说，只要我们保存了相关的寄存器状态，现场就能保存下来。而恢复“现场”就是重新载入这些寄存器。换句话说，对于任何一个中断，保护现场和恢复现场所做的都是完全相同的操作。
既然操作相同，实现操作的过程和代码就相同。减少代码的冗余是模块化设计的基本准则，实在没有道理让所有的中断服务程序都重复实现这样的功能，应该将它作为一种基本的结构由底层的操作系统或硬件完成。而对中断的处理过程需要迅速完成，因此，Intel CPU的控制器就承担了这个任务，非但如此，上面的所有步骤次序都被固化下来，由控制器驱动完成。保存现场和恢复现场都由硬件自动完成，大大减轻了操作系统和设备驱动程序的负担。
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作者：杭州卿萃科技ALIFPGA
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