BIOS工程师手边事—中断

如果你以前没接触过中断，也许你会认为中断是一件特容易的事。但一旦你接触中断，并且想弄明白前因后果时，你就会改变观点，并且大发感慨：这是什么鬼东西？

是的，X86的中断就是这么麻烦。在操作系统下，一个中断从产生到中断服务程序的确定要经历N个步骤。首先，你要知道中断源。有了中断源，就要确定中断号。有了中断号，还要对应一个中断向量。有了中断向量，还需要注册中断服务程序和设定这个中断的优先等级。现在的架构都是支持中断共享的，所以如果牵涉到中断共享，还会有几个中断服务程序对应一个中断向量的事情。

 

1. 中断源触发类型

对于外部设备触发的中断，可以通过中断控制器设为电平触发模式或者边沿触发模式。

 

2. 中断号

对于BIOS工程师来讲，做中断这一块的重点在于中断号的确定。在这一点，ISA中断和PCI中断的确定是不同的。

ISA中断：ISA时代已经成为历史，但现在的计算机平台还保留着对ISA设备的兼容，LPC总线就是干这种事的。要想使能ISA的某个中断，要完成两个事情。首先，要在逻辑设备的SIO配置空间中填写中断号。然后还要在ASL中设置好_CRS，将其中断号宣告出来和设置MP表的IO Interrupt Entry供操作系统使用。要想修改ISA中断，我们不仅要修改SIO配置空间的中断号，还要修改_CRS里宣告的中断号。

PCI中断：设置PCI内部Device的中断时，我们要完成成三部分的事情。首先要设置DXXIP和DXXIR寄存器，即选择IRQ Routing中的一条路径作为中断连线。其次，我们要在LPC配置空间的PIRQ[A..H]_ROUT寄存器中设置IRQEN为1，代表使用APIC作为中断控制器。并且据此设置好MP table或者APCI的_PRT，这样，系统程序就会根据这些表格配置中断控制器和Interrupt Line寄存器。所以如果想修改PCI内部设备的中断号，我们就可以通过修改DXXIP来完成。

 

3. 中断控制器

中断控制器是CPU和外设中断的一个枢纽。CPU外部设备想要争取CPU的关注，就要向中断控制器发起中断，中断控制器通知CPU。CPU会放下手上的事情去处理该外设的请求，待处理完该外设的请求后，再接着忙活手上的事情。中断控制器集成在南桥中，一般来讲，南桥会有PIC和APIC两种中断控制器。因为主流操作系统都不再使用PIC，所以本章内容以APIC为主。

APIC的A是高级的意思，是可编程中断控制器的一个升级。一个IOAPIC可支持24个中断。访问IOAPIC需要使用一个内存寄存器对。一般来说是0xFEC00000和0xFEC00010，和其它寄存器对没什么区别，前者是INDEX寄存器，后者是DATA寄存器。使用它们来读写REDIR_TBL，就可以设置中断号所对应的中断向量以及使用的LAPIC，中断模式，是否禁止等。可以说，REDIR_TBL几乎干完了PIC的N个寄存器的活。

 

4. 中断向量

所谓的中断向量，我们可以认为它是确定中断号所对应的中断服务程序位置的。我们来看一下REDIR_TBL的字段。

Vector就是我们想要的向量，OS通过读MP表或ACPI表来设置这个值。有了这个Vector,我们就可以确定相应的中断处理程序在IDT表的相应表项。

 

2. 中断描述符

在实模式下，中断服务程序入口地址存储在中断向量表中，中断向量表存入在内存0地址处。PIC的中断的中断向量起始于INT8，因为前面8个被CPU内部中断给占了。中断向量表每个表项由四个BYTE构成。

但现在的操作都工作在保护模式下，取代中断向量表的是中断描述符。其每个表项由8个BYTE构成，并且基址由CPU寄存器IDTR来决定，并且系统程序可通过LIDT和SIDT指令读写该寄存器，这就给系统带了很大便利。

中断描述符表项：

 

    其中Segment Selector和Offset字段共同构成了中断处理程序的入口地址。调用这个中断处理程序，我们的中断就得到了最终的处理。

 

2. 初始化APIC所用到的表

操作系统要做到通用，就不能和硬件打太多交道。所以它初始化APIC所用到的资源，是从BIOS处的内存得来的。根据操作系统的喜好，可是以MP table，也可以是ACPI。

6.1 MP table中分为很多个Entry，其中比较重要的一个为Entry Type=3的Entries，我们来看一下它的结构：

    这个Entry字段意义比较多，但其offset 7最重要，可以认为其就是我们所说的中断号。至于offset 6的字段，我也很好奇，做过的X86平台，无论是笔记本还是台式机服务器的平台，都只有一个IOAPIC，所以此字段一直为0，不知道IA64会不会用多个IO APIC进行级联的。

    6.2 ACPI表会提供_CRS和_PRT供操作系统使用，还提供APIC子表告诉操作系统IO APIC地址和LAPIC的地址，给操作系统提供了很大的方便。

(完)

附：缺乏经验的人背道叛逆，自招丧命；愚昧的人事事满不在乎，自取灭亡。