我對中斷的理解(以IRQ為主) - 1

太多轉貼的網誌有點無聊，今天來寫寫自己對於中斷的理解。

1. 軟體中斷與硬體中斷。

OS必須要知道硬體中斷的發生，像是我們敲敲鍵盤動動滑鼠的動作，OS都必須要去讀取keystroke，我們必須做更多事來處理硬體中斷，來確保CPU能夠順利再回到原來的狀態，這篇文章會提到比較多的IRQ便是屬於硬體中斷。

而軟體中斷，常見的TRAP或EXCEPTION，我都是用除以零去理解，當CPU都收到這種要求，產生算術邏輯錯誤，便會產生一個軟體中斷去中止PROGRAM。

2. IRQ的產生

Device要跟CPU要資源做事有兩種方式，一種是CPU來POLLING，但這種方式太浪費CPU資源，所以便有了IRQ( interrupt request)，當Device需要CPU幫忙，便透過中斷跟CPU要資源。

3. 誰會發IRQ

這邊要講的是PCI device，一個PCI device會有四隻腳讓他發IRQ，INTA# INTB# INTC# INTD#，如果你是single function PCI device，就是透過INTA#，這部分是Boad designer去設計，BIOS只能read。

4. 8259 PIC - Programmable Interrupt Controller

早期需要中斷的DEVICE就是KEYBOARD、MOUSE、CMOS等等，後來越來越多device需要發中斷，而處理這些事情，便是靠傳說中的8259，8259長這樣:

我們可以看到它是兩個接在一起的，就是說明IRQ不夠用的最佳例子(一個不夠我就接兩個)，其中大部分的IRQ都被占用了，這部分可以參考WIKI: https://en.wikipedia.org/wiki/Interrupt_request_(PC_architecture)

可鍵盤滑鼠計時器等等都有占用到固定的IRQ了，一般而言沒有用的還有IRQ10, IRQ11就是我們可以用來分配的。對於8259而言，IRQ number小的優先權較大，由於IRQ2是用來串接的，所以優先權依序為0~1, 8~15, 3~7。

3.1 8259暫存器

暫略

3.2 Shared IRQ

8根不夠用，難道15根就夠用嗎，如果還是不夠怎麼辦。所以IRQ有共享的觀念，那要怎麼共享呢?很簡單，我們在IRQ前面加個P，他就Programmable了。

3.3. PIRQ

當然不是加個P就好了，share IRQ的同時，我們需要做什麼呢? INTEL當初的設計是找廠商在設計幾根PIN，線路圖長這樣。

這張圖是網路找的，應該是當初有根INTEL合作的廠商吧，我們可以看到這個CHIP有四根腳，分別是PIRQA#, PIRQB#, PIRQC#, PIRQD#。BIOS在POST的時候，會把可以用的IRQ收集起來，根據SYSYEM的狀況，把這些可用的PIN填入PIRQA# PIRQB# PIRQC# PIRQD#對應的register，這張圖為例，當我的PCI Slot 1透過INT A#發出了中斷，他接到了PIRQA#，透過register 60H，router知道要用IRQ9，最終便透過IRQ9發出，若透過INT C#發出中斷，對應到62H，一樣是IRQ9，自此IRQ透過register就Programmable，共享的概念就達成了。

到最後PIRQ也不夠用了，所以又多了PIRQE#...PIRQH#，是不是蠻無言的，這也為日後APIC的出現留下伏筆，下篇再談。

難道這樣就完成了嗎，不我們還差一點點，到這邊為止device只是發出IRQ，但是OS只知道有人發了IRQ，並不知道是誰發的，所以有了IRQ routing table。

4.1 IRQ routing table

早期這個table存在於memory，現在就是用ACPI去規範他。我節錄ACPI的sample code如下

Method(_PRT,0) {

Package(){0x0000FFFF, 0, LNKA, 0 },

Package(){0x0000FFFF, 1, LNKB, 0 },

Package(){0x0000FFFF, 2, LNKC, 0 },

Package(){0x0000FFFF, 3, LNKD, 0 },

}

這邊第一個參數就交代了device的訊息(D0, any fucntion)。

APIC在這邊的描述又有些不同，以後再提。

5.後述

可以看出即便在IRQ不夠的狀態下，錢還是要賺，硬體還是要出，所以出現了許多過渡產品，之後為了要相容這些，也衍生出不少問題。

無論如何，這都是我粗淺的理解，之後會繼續往下衍生，有錯還請先進指正。