Прерывания от внешних устройств

Прерывания от внешних устройств, или аппаратные прерывания — это то, что понимается под термином «прерывание». Внешние устройства (клавиатура, дисковод, таймер, звуковая карта и т.д.) подают сигнал, по которому процессор прерывает выполнение программы и передает управление на обработчик прерывания. Всего на персональных компьютерах используется 15 аппаратных прерываний, хотя теоретически возможности архитектуры позволяют довести их число до 64.

Рассмотрим их кратко в порядке убывания приоритетов (прерывание имеет более высокий приоритет, и это означает, что, пока не завершился его обработчик, прерывания с низкими приоритетами будут ждать своей очереди).

IRQ0 (INT 8) — прерывание системного таймера. Это прерывание вызывается 18,2 раза в секунду. Стандартный обработчик этого прерывания вызывает INT 1Ch при каждом вызове, так что, если программе необходимо только регулярно получать управление, а не перепрограммировать таймер, рекомендуется использовать прерывание 1Ch.

IRQ1 (INT 9) — прерывание клавиатуры. Это прерывание вызывается при каждом нажатии и отпускании клавиши на клавиатуре. Стандартный обработчик этого прерывания выполняет довольно много функций, начиная с перезагрузки по Ctrl-Alt-Del и заканчивая помещением кода клавиши в буфер клавиатуры BIOS.

IRQ2 — к этому входу на первом контроллере прерываний подключены аппаратные прерывания IRQ8 – IRQ15, но многие BIOS перенаправляют IRQ9 на INT 0Ah.

IRQ8 (INT 70h) — прерывание часов реального времени. Это прерывание вызывается часами реального времени при срабатывании будильника и если они установлены на генерацию периодического прерывания (в последнем случае IRQ8 вызывается 1024 раза в секунду).

IRQ9 (INT 0Ah или INT 71h) — прерывание обратного хода луча. Вызывается некоторыми видеоадаптерами при обратном ходе луча. Часто используется дополнительными устройствами (например, звуковыми картами, SCSI-адаптерами и т.д.).

IRQ10 (INT 72h) — используется дополнительными устройствами.

IRQ11 (INT 73h) — используется дополнительными устройствами.

IRQ12 (INT 74h) — мышь на системах PS используется дополнительными устройствами.

IRQ13 (INT 02h или INT 75h) — ошибка математического сопроцессора. По умолчанию это прерывание отключено как на FPU, так и на контроллере прерываний.

IRQ14 (INT 76h) — прерывание первого IDE-контроллера «операция завершена».

IRQ15 (INT 77h) — прерывание второго IDE-контроллера «операция завершена».

IRQ3 (INT 0Bh) — прерывание последовательного порта COM2 вызывается, если порт COM2 получил данные.

IRQ4 (INT 0Ch) — прерывание последовательного порта СОМ1 вызывается, если порт СОМ1 получил данные.

IRQ5 (INT 0Dh) — прерывание LPT2 используется дополнительными устройствами.

IRQ6 (INT 0Eh) — прерывание дисковода «операция завершена».

IRQ7 (INT 0Fh) — прерывание LPT1 используется дополнительными устройствами.

Самые полезные для программ аппаратные прерывания — прерывания системного таймера и клавиатуры. Так как их стандартные обработчики выполняют множество функций, от которых зависит работа системы, их нельзя заменять полностью, как мы делали это с обработчиком INT 5. Следует обязательно вызвать предыдущий обработчик, передав ему управление следующим образом (если его адрес сохранен в переменной old_handler, как в предыдущих примерах):

pushf call old_handler

Эти две команды выполняют действие, аналогичное команде INT (сохранить флаги в стеке и передать управление подобно команде call), так что, когда обработчик завершится командой IRET, управление вернется в нашу программу. Так удобно вызывать предыдущий обработчик в начале собственного. Другой способ — простая команда jmp:

jmp cs:old_handler

приводит к тому, что, когда старый обработчик выполнит команду IRET, управление сразу же перейдет к прерванной программе. Этот способ применяют, если нужно, чтобы сначала отработал новый обработчик, а потом он передал бы управление старому.

Посмотрим, как работает перехват прерывания от таймера на следующем примере:

; timer.asm ; демонстрация перехвата прерывания системного таймера: вывод текущего времени ; в левом углу экрана .model tiny .code .186 ; для pusha/popa и сдвигов org 100h start proc near ; сохранить адрес предыдущего обработчика прерывания 1Ch mov ax,351Ch ; АН = 35h, AL = номер прерывания int 21h ; функция DOS: определить адрес обработчика mov word ptr old_int1Ch,bx ; прерывания mov word ptr old_int1Ch+2,es ; (возвращается в ES:BX) ; установить наш обработчик mov ax,251Ch ; АН = 25h, AL = номер прерывания mov dx,offset int1Ch_handler ; DS:DX - адрес обработчика int 21h ; установить обработчик прерывания 1Ch

; здесь размещается собственно программа, например вызов command.com mov ah,1 int 21h ; ожидание нажатия на любую клавишу ; конец программы

; восстановить предыдущий обработчик прерывания 1Ch mov ax,251Ch ; АН = 25h, AL = номер прерывания mov dx,word ptr old_int1Ch+2 mov ds,dx mov dx,word ptr cs:old_int1Ch ; DS:DX - адрес обработчика int 21h

ret

old_int1Ch dd ? ; здесь хранится адрес предыдущего обработчика start_position dw 0 ; позиция на экране, в которую выводится текущее время start endp

; обработчик для прерывания 1Ch ; выводит текущее время в позицию start_position на экране ; (только в текстовом режиме) int1Ch_handler proc far pusha ; обработчик аппаратного прерывания push es ; должен сохранять ВСЕ регистры push ds push cs ; на входе в обработчик известно только pop ds ; значение регистра CS mov ah,02h ; Функция 02h прерывания 1Ah: int 1Ah ; чтение времени из RTC, jc exit_handler ; если часы заняты - в другой раз

; AL = час в BCD-формате call bcd2asc ; преобразовать в ASCII, mov byte ptr output_line[2],ah ; поместить их в mov byte ptr output_line[4],al ; строку output_line

mov al,cl ; CL = минута в BCD-формате call bcd2asc mov byte ptr output_line[10],ah mov byte ptr output_line[12],al

mov al,dh ; DH = секунда в BCD-формате call bcd2asc mov byte ptr output_line[16],ah mov byte ptr output_line[18],al

mov cx,output_line_l ; число байт в строке - в СХ push 0B800h pop es ; адрес в видеопамяти mov di,word ptr start_position ; в ES:DI mov si,offset output_line ; адрес строки в DS:SI cld rep movsb ; скопировать строку exit_handler: pop ds ; восстановить все регистры pop es popa jmp cs:old_int1Ch ; передать управление предыдущему обработчику

; процедура bcd2asc ; преобразует старшую цифру упакованного BCD-числа из AL в ASCII-символ, ; который будет помещен в АН, а младшую цифру - в ASCII-символ в AL bcd2asc proc near mov ah,al and al,0Fh ; оставить младшие 4 бита в AL shr ah,4 ; сдвинуть старшие 4 бита в АН or ах,3030h ; преобразовать в ASCII-символы ret bcd2asc endp

; строка " 00h 00:00 " с атрибутом 1Fh (белый на синем) после каждого символа output_line db ' ',1Fh,'0',1Fh,'0',1Fh,'h',1Fh db ' ',1Fh,'0',1Fh,'0',1Fh,':',1Fh db '0',1Fh,'0',1Fh,' ',1Fh output_line_l equ $ - output_line

int1Ch_handler endp

end start

Если в этом примере вместо ожидания нажатия на клавишу поместить какую-нибудь программу, работающую в текстовом режиме, например tinyshell из главы 1.3, она выполнится как обычно, но в правом верхнем углу будет постоянно показываться текущее время, то есть такая программа будет осуществлять два действия одновременно. Именно для этого и применяется механизм аппаратных прерываний — они позволяют процессору выполнять одну программу, в то время как отдельные программы следят за временем, считывают символы из клавиатуры и помещают их в буфер, получают и передают данные через последовательные и параллельные порты и даже обеспечивают многозадачность, переключая процессор между разными задачами по прерыванию системного таймера.

Разумеется, обработка прерываний не должна занимать много времени: если прерывание происходит достаточно часто (например, прерывание последовательного порта может происходить 28 800 раз в секунду), его обработчик обязательно должен выполняться за более короткое время. Если, например, обработчик прерывания таймера будет выполняться 1/32,4 секунды, то есть половину времени между прерываниями, вся система будет работать в два раза медленнее. А если еще одна программа с таким же долгим обработчиком перехватит это прерывание, система остановится совсем. Именно поэтому обработчики прерываний принято писать исключительно на ассемблере.

Содержание раздела