如何「一心多用」——單片機的中斷機制

如何“一心多用”——单片机的中断机制

計算機多任務處理的基礎——中斷機制

如何“一心多用”——单片机的中断机制
如何“一心多用”——单片机的中断机制

中斷機制是現代計算機系統中的基本機制之一,它在系統中起著通信網絡的作用,以協調系統對各種外部事件的響應和處理,中斷是實現多道程序設計的必要條件,中斷是CPU 對系統發生的某個事件作出的一種反應。引起中斷的事件稱為中斷源。中斷源向CPU 提出處理的請求稱為中斷請求。發生中斷時被打斷程序的暫停點稱為斷點。CPU暫停現行程序而轉為響應中斷請求的過程稱為中斷響應。處理中斷源的程序稱為中斷處理程序。CPU執行有關的中斷處理程序稱為中斷處理。而返回斷點的過程稱為中斷返回。中斷的實現由軟件和硬件綜合完成,硬件部分叫做硬件裝置,軟件部分稱為軟件處理程序。

眾所周知,處理器的速度跟外圍硬件設備的速度往往不在一個數量級上,因此,如果內核採取讓處理器向硬件發出一個請求,然後專門等待回應的辦法,顯然降低內核效率。

既然硬件的響應這麼慢,那麼內核就應該在此期間處理其他事務,等到硬件真正完成了請求的操作之後,再回過頭來對它進行處理。想要實現這種功能,輪詢(polling)可能會是一種解決辦法。可以讓內核定期對設備的狀態進行查詢,然後做出相應的處理。不過這種方法很可能會讓那個內核做不少無用功,因為無論硬件設備是正在忙碌著完成任務還是已經大功告成,輪詢總會週期性的重複執行。更好的辦法是由我們來提供一種機制,讓硬件在需要的時候再向內核發出信號(變內核主動為硬件主動),這就是中斷機制。

中斷使得硬件得以與處理器進行通信。舉個例子,在你敲打鍵盤的時候,鍵盤控制器(控制鍵盤的硬件設備)會發送一箇中斷,通知操作系統有鍵按下。中斷本質是一種特殊的電信號,由硬件設備發向處理器。處理器接受到中斷後,會馬上向操作系統反映此信號的到來,然後就由os負責處理這些新到來的數據。硬件設備生成中斷的時候並不考慮與處理器的時鐘同步——換句話說就是中斷隨時可以產生。因此,內核隨時可能因為新到來的中斷而被打斷。

不同的設備對應的中斷不同,而每個中斷都通過一個惟一的數字標識。因此,來自鍵盤的中斷就有別於來自硬盤的中斷,從而使得操作系統能夠對中斷進行區分,並知道哪個硬件設備產生了哪個中斷。這樣,操作系統才能給不同的中斷提供不同的中斷處理程序。

在它執行程序的時候,如果有另外的事件發生(比如用戶又打開了一個程序)那麼這時候就需要由計算機系統的中斷機制來處理了。

中斷機制包括硬件的中斷裝置和操作系統的中斷處理服務程序。讓硬件在需要的時候再向內核發出信號。

解惑

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如何“一心多用”——单片机的中断机制


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