异常中断控制器

封面图 • 2023-11-01 • 嵌入式

异常中断控制器

异常和中断是计算机系统中处理外部事件和错误的两个主要机制。异常是指在程序执行期间由指令执行引起的事件，而中断是指由外部设备引起的事件。异常中断控制器（Exception and Interrupt Controller）是一个硬件模块，负责管理和处理异常和中断。在某些系统中，异常和中断被统一地处理，而在其他系统中，它们可能被分开处理。

以下是异常中断控制器的一些基本概念和功能：

异常处理： 异常中断控制器负责监视 CPU 执行过程中产生的异常。异常包括诸如除零、非法指令、页错误等。当异常发生时，控制器会协助 CPU 转移到相应的异常处理程序。

中断处理： 中断是由外部设备发起的，用于通知 CPU 外部事件的发生。例如，硬件设备完成了数据传输，可以通过中断通知 CPU。中断处理程序负责响应中断并执行相应的处理。

中断向量： 每个异常或中断都有一个唯一的标识符，称为中断向量。中断向量确定了与异常或中断相关联的处理程序的位置。当异常或中断发生时，中断向量被用于查找相应的处理程序的地址。

中断掩码： 中断掩码是一个位掩码，用于屏蔽或允许特定的中断。通过配置中断掩码，可以选择性地启用或禁用特定的中断。这对于管理系统中断的优先级和响应是非常重要的。

中断优先级： 中断可能具有不同的优先级，这取决于其重要性。较高优先级的中断在处理时可能会中断较低优先级的中断。异常和中断控制器需要考虑和维护中断的优先级。

中断处理程序： 每个中断或异常都有一个相应的中断处理程序。中断处理程序是一段代码，用于响应和处理中断或异常引起的事件。处理程序可能包括保存现场、执行特定的处理代码，然后恢复现场并返回。

中断请求（IRQ）： 外部设备通过发出中断请求（IRQ）信号通知中断控制器。中断控制器会根据设备的优先级和中断掩码来确定是否向 CPU 发送中断请求。

向量表： 向量表是一个存储中断向量和对应中断处理程序地址的数据结构。当中断或异常发生时，中断控制器使用向量表来查找相应的处理程序。

多级中断控制： 大型系统中，可能会采用多级中断控制，即有多个中断控制器级别。这有助于管理和组织大量的中断信号。

常见的异常中断控制器包括 Intel 架构下的 PIC（可编程中断控制器）和 APIC（高级可编程中断控制器），ARM 架构下的 GIC（通用中断控制器）等。

异常中断控制器在计算机系统中发挥着关键的作用，确保系统能够及时响应和处理各种异常和中断，保证系统的稳定性和可靠性。