lab1 练习6 中断向量表的初始化
练习6：完善中断初始化和处理 （需要编程）
请完成编码工作和回答如下问题：
- 中断描述符表（也可简称为保护模式下的中断向量表）中一个表项占多少字节？其中哪几位代表中断处理代码的入口？
- 请编程完善kern/trap/trap.c中对中断向量表进行初始化的函数idt_init。在idt_init函数中，依次对所有中断入口进行初始化。使用mmu.h中的SETGATE宏，填充idt数组内容。每个中断的入口由tools/vectors.c生成，使用trap.c中声明的vectors数组即可。
- 请编程完善trap.c中的中断处理函数trap，在对时钟中断进行处理的部分填写trap函数中处理时钟中断的部分，使操作系统每遇到100次时钟中断后，调用print_ticks子程序，向屏幕上打印一行文字”100 ticks”。
【注意】除了系统调用中断(T_SYSCALL)使用陷阱门描述符且权限为用户态权限以外，其它中断均使用特权级(DPL)为０的中断门描述符，权限为内核态权限；而ucore的应用程序处于特权级３，需要采用｀int 0x80`指令操作（这种方式称为软中断，软件中断，Tra中断，在lab5会碰到）来发出系统调用请求，并要能实现从特权级３到特权级０的转换，所以系统调用中断(T_SYSCALL)所对应的中断门描述符中的特权级（DPL）需要设置为３。
要求完成问题2和问题3 提出的相关函数实现，提交改进后的源代码包（可以编译执行），并在实验报告中简要说明实现过程，并写出对问题1的回答。完成这问题2和3要求的部分代码后，运行整个系统，可以看到大约每1秒会输出一次”100 ticks”，而按下的键也会在屏幕上显示。
提示：可阅读小节“中断与异常”。
小节“中断与异常”：https://chyyuu.gitbooks.io/ucore_os_docs/content/lab1/lab1_3_3_3_lab1_interrupt.html
实验报告：练习6
1.中断描述符表（也可简称为保护模式下的中断向量表）中一个表项占多少字节？其中哪几位代表中断处理代码的入口？
中断描述符表一个表项占8个字节。如下图(注意是两行)，分别为task gate,interrupt gate以及trap gate。分别对应IDT表中的三种描述符，任务(很少用)，中断(I/O等)，陷入(系统调用或exception等)。其中，task gate可以不看，主要就是看interrupt gate和trap gate两个descriptor.
2-3字节是段选择子，0-1字节和6-7字节拼成位移，
两者联合便是中断处理程序的入口地址。
2.请编程完善kern/trap/trap.c中对中断向量表进行初始化的函数idt_init。在idt_init函数中，依次对所有中断入口进行初始化。使用mmu.h中的SETGATE宏，填充idt数组内容。每个中断的入口由tools/vectors.c生成，使用trap.c中声明的vectors数组即可。
其实这个实验的目的就是填充IDT表，将中断服务例程的地址给它填充进去。__vector[]全局变量里保存了所有的中断服务例程。遍历添加即可。
总结下来有3步
第一步，声明__vertors[],其中存放着中断服务程序的入口地址。这个数组生成于vertor.S中。
第二步，填充中断描述符表IDT。
第三部，加载中断描述符表。
首先是SETGATE函数，用于向IDT表里填充中断服务例程信息, 我们必然在trap.c里调用这个函数进行IDT的填充。
参考：mmu.h的SETGATE宏定义函数：
/* *
* Set up a normal interrupt/trap gate descriptor
* - istrap: 1 for a trap (= exception) gate, 0 for an interrupt gate
* - sel: Code segment selector for interrupt/trap handler
* - off: Offset in code segment for interrupt/trap handler
* - dpl: Descriptor Privilege Level - the privilege level required
* for software to invoke this interrupt/trap gate explicitly
* using an int instruction.
* */
#define SETGATE(gate, istrap, sel, off, dpl) { \
(gate).gd_off_15_0 = (uint32_t)(off) & 0xffff; \
(gate).gd_ss = (sel); \
(gate).gd_args = 0; \
(gate).gd_rsv1 = 0; \
(gate).gd_type = (istrap) ? STS_TG32 : STS_IG32; \
(gate).gd_s = 0; \
(gate).gd_dpl = (dpl); \
(gate).gd_p = 1; \
(gate).gd_off_31_16 = (uint32_t)(off) >> 16; \
}
1.中断服务例程的地址均保存在 _vector去全局变量中，这个值定义在 tools/vector.c里
以下是vector.c的部分源码，其中一共有255个vector,
vector.s文件
# handler
.text #中断处理函数属于.text的内容。因此，中断处理函数的段选择子即.text的段选择子GD_KTEXT。
vector0:
pushl $0
pushl $0
jmp __alltraps
.globl vector1
vector1:
pushl $0
pushl $1
jmp __alltraps
.globl vector2
vector2:
pushl $0
pushl $2
jmp __alltraps
kern/trap/trap.c的idt_init函数
void
idt_init(void) {
/* LAB1 YOUR CODE : STEP 2 */
/* (1) Where are the entry addrs of each Interrupt Service Routine (ISR)?
* All ISR's entry addrs are stored in __vectors. where is uintptr_t __vectors[] ?
* __vectors[] is in kern/trap/vector.S which is produced by tools/vector.c
* (try "make" command in lab1, then you will find vector.S in kern/trap DIR)
* You can use "extern uintptr_t __vectors[];" to define this extern variable which will be used later.
* (2) Now you should setup the entries of ISR in Interrupt Description Table (IDT).
* Can you see idt[256] in this file? Yes, it's IDT! you can use SETGATE macro to setup each item of IDT
* (3) After setup the contents of IDT, you will let CPU know where is the IDT by using 'lidt' instruction.
* You don't know the meaning of this instruction? just google it! and check the libs/x86.h to know more.
* Notice: the argument of lidt is idt_pd. try to find it!
*/
//取得vecotrs数组
extern uintptr_t __vectors[];
int i;
//设置idt表
for (i = 0; i < sizeof(idt) / sizeof(struct gatedesc); i ++) {
// idt表item,设置为trap,段基址,_vecotr[i]偏移量,特权级使用
SETGATE(idt[i], 0, GD_KTEXT, __vectors[i], DPL_KERNEL);
}
// 进入内核模式并使用lidt指令加载IDT表
SETGATE(idt[T_SWITCH_TOK], 0, GD_KTEXT, __vectors[T_SWITCH_TOK], DPL_USER);
// load the IDT 该指令只有特权级能够使用
lidt(&idt_pd);
}
3.请编程完善trap.c中的中断处理函数trap，在对时钟中断进行处理的部分填写trap函数中处理时钟中断的部分，使操作系统每遇到100次时钟中断后，调用print_ticks子程序，向屏幕上打印一行文字”100 ticks”。
这个就很简单了，按照步骤一步一步写就行了。
每次分发trap的时候，如果case是IRQ_OFFSET + IRQ_TIMER则ticks++,当ticks%100==0时候, 调用print_ticks即可。
/* trap_dispatch - dispatch based on what type of trap occurred */
static void
trap_dispatch(struct trapframe *tf) {
char c;
switch (tf->tf_trapno) {
case IRQ_OFFSET + IRQ_TIMER:
/* LAB1 YOUR CODE : STEP 3 */
/* handle the timer interrupt */
/* (1) After a timer interrupt, you should record this event using a global variable (increase it), such as ticks in kern/driver/clock.c
* (2) Every TICK_NUM cycle, you can print some info using a funciton, such as print_ticks().
* (3) Too Simple? Yes, I think so!
*/
ticks ++;
if (ticks % 100 == 0) {
print_ticks();
}
break;
case IRQ_OFFSET + IRQ_COM1:
c = cons_getc();
cprintf("serial [%03d] %c\n", c, c);
break;
case IRQ_OFFSET + IRQ_KBD:
c = cons_getc();
cprintf("kbd [%03d] %c\n", c, c);
break;
//LAB1 CHALLENGE 1 : YOUR CODE you should modify below codes.
case T_SWITCH_TOU:
if (tf->tf_cs != USER_CS) {
switchk2u = *tf;
switchk2u.tf_cs = USER_CS;
switchk2u.tf_ds = switchk2u.tf_es = switchk2u.tf_ss = USER_DS;
switchk2u.tf_esp = (uint32_t)tf + sizeof(struct trapframe) - 8;
// set eflags, make sure ucore can use io under user mode.
// if CPL > IOPL, then cpu will generate a general protection.
switchk2u.tf_eflags |= FL_IOPL_MASK;
// set temporary stack
// then iret will jump to the right stack
*((uint32_t *)tf - 1) = (uint32_t)&switchk2u;
}
break;
case T_SWITCH_TOK:
if (tf->tf_cs != KERNEL_CS) {
tf->tf_cs = KERNEL_CS;
tf->tf_ds = tf->tf_es = KERNEL_DS;
tf->tf_eflags &= ~FL_IOPL_MASK;
switchu2k = (struct trapframe *)(tf->tf_esp - (sizeof(struct trapframe) - 8));
memmove(switchu2k, tf, sizeof(struct trapframe) - 8);
*((uint32_t *)tf - 1) = (uint32_t)switchu2k;
}
break;
case IRQ_OFFSET + IRQ_IDE1:
case IRQ_OFFSET + IRQ_IDE2:
/* do nothing */
break;
default:
// in kernel, it must be a mistake
if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
print_trapframe(tf);
panic("unexpected trap in kernel.\n");
}
}
}
/* *
* trap - handles or dispatches an exception/interrupt. if and when trap() returns,
* the code in kern/trap/trapentry.S restores the old CPU state saved in the
* trapframe and then uses the iret instruction to return from the exception.
* */
void
trap(struct trapframe *tf) {
// dispatch based on what type of trap occurred
trap_dispatch(tf);
}
