前一段時間，有幸和都江堰操作的作者面對面的聊了一把。對于前輩的技術和才能，晚輩深深地佩服。DJY_OS在應用方面的事件機制以及處理中斷的方法都讓人眼前一亮。在談到中斷時，前輩說，很多人都沒有真正的理解中斷。于是我就請教了前輩。他說：?
“http://www.djyos.com/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=6082&extra=page%3D1
1、? 中斷是異步事件。
2、? 中斷不一定是緊急事件。
3、? 緊急事件必須用中斷來通知。
關鍵是這三句話?！?br /> ?
其實，我聽了以后，還是有點迷糊。第一什么是異步事件？Google一下，異步事件是指計算機外部產生的,同計算機內執行的任務在時間上不相關聯的事件。(http://define.cnki.net/WebForms/WebDefines.aspx?searchword=%E5%BC%82%E6%AD%A5%E4%BA%8B%E4%BB%B6)

那么這里有個疑問了，軟中斷是由軟件出發的，一般用于呼叫系統服務。這時應用程序必須等待系統服務完成后才能從軟中斷處繼續執行。顯然，這種事件不滿足這個異步事件的定義，那么它還算是中斷嗎？也許前輩只是借用了異步事件的術語，指得其它的東西。疑惑促使我去思考這些問題。

中斷系統一直困擾著我。我不明白中斷和任務最本質的區別。這里先提一下調度，調度的本質是分配CPU的時間。即分配CPU的計算時間給每一個需要計算的任務(線程)。中斷發生以后，需要執行中斷服務程序(ISR)。ISR顯然也有一些任務(線程)的影子。

有一些新CPU，如Cortex-M3之類的，有NVIC，中斷控制器。不需要軟件做棧的保護(它自己可以做)，上電以后初始化棧后，它自己就可以正常工作了。支持背靠背執行ISR。其他處理器上的系統都是執行完了ISR后，再執行一條非ISR指令，防止頻繁執行ISR造成前臺程序餓死。背靠背的意思是ISR執行完畢后，直接執行另外一個ISR，不執行任何前臺代碼。這有個好處，沒有用戶程序的壓棧出棧，現場保護。速度快了很多。缺點就是，如果中斷很多的話，前臺程序得不到執行(不過這個效應應該不明顯)。

所有這些，讓我想到，中斷控制器實際上不就是個帶優先級別支持搶占的硬件調度器嗎？:)，事實的確如此。一個高優先級的ISR不退出的話，低優先級的ISR是得不到服務的。低優先級的ISR在服務時，發生高優先級的ISR，那么直接就被搶占了。我們用關閉中斷，實際上就是關閉硬件的調度器。而操作系統(OS)，從這個硬件調度器來看，實際上相當于空閑任務(或進程)。當系統沒有ISR運行的時候，自然運行空閑任務，也就是操作系統的(OS)。這么一看，這是多么的與搶占式的軟件調度器吻合。

硬件只提供了一個搶占式的調度器，并未在此基礎上提供豐富的系統調用，諸如信號量、互斥體等等API。而軟件調度器是我們真正想要的東西。軟件提供了各種各樣的同步、通信API。用以管理系統內部的資源。一山容不得二虎，必須有一個主一個從。軟件調度器作為我們需要的主流，硬件調度器自然退為二線，默默支持著主調度器。

從硬件調度器的角度去觀察，衍生出很多有力的解釋：
1.既然硬件調度器被抑制，那么要以主調度器為主。中斷ISR應盡可能做最少的事情。盡量不影響主調度器的工作。
2.硬件調度器是個基于優先級的搶占內核，而OS運行在最低優先級。在ISR里不能調用阻塞的函數。調用了，整個系統就崩潰了?；蛘哒f發生了優先級反轉，但硬件調度器沒有提供這個功能。只能是死鎖或者是長時間的等待。
3.硬件調度器使用的棧(包括ISR)應該是和操作系統在一個數據空間里。因為硬件調度器高于軟件調度器，即軟件調度器只能是停止硬件調度器調度，但無法介入這一調度過程。硬件調度器可沒有提供諸如MMU切換之類的功能。
4.對于資源的擁有性上來說，操作系統(軟件調度器)接管了所有的資源，甚至它把中斷也當成了一種資源。對于硬件調度器，它只能擁有最基本的可以使程序運行的資源。即一點點內存+CPU的時間。內存是軟件調度器與之分享的，由操作系統全權接管。
...

一點點拙見，大家拍磚。

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DJYOS作者，羅大哥的指教：

羅大哥??20:38:16
看了，兄弟有獨到的見解，但有些觀點還是可以商榷的。
Ultra-Apple??20:39:42
指教。
羅大哥??20:39:56
比如軟中斷，這里的“中斷”，指的是swi指令（x86的int指令）的響應過程，有點像中斷。
1、會陷入特權級。
2、多數會有獨立的棧。
至于背靠背，不僅僅m3，ARMx都是背靠背的。
Ultra-Apple??20:42:03
:)
羅大哥??20:42:47
所以，現在“軟中斷”這個術語，很多著作上傾向于用“異?！边@個術語替代。
Ultra-Apple??20:46:12
:)
羅大哥??20:46:42
另外，吧中斷上升到硬調度器的高度，感覺有點牽強
Ultra-Apple??20:48:21
哦
羅大哥??20:49:39
當然，從處理過程上，也確實像調度器。
Ultra-Apple??20:50:55
恩，寫得不好，讓羅大哥見笑了。
本來想表達的意思是用ARM舉例，不僅限于ARM。

--------------------------------------------------------------------------------------文章補遺---------------------------------------------------------------------

又和羅大哥討論了一下，水平有限，文中的確有一些模棱兩可的地方。補充一下，完善本文的觀點。?
底層程序員觀察來看：
1.中斷是異步事件；什么時候發生的確依賴于客觀世界，無法控制。
2.軟中斷是軟件控制的，是同步事件；大多數文獻傾向軟中斷為異常。
3.除數為0，譯碼錯誤，地址錯誤等等異常，也可看作中斷，它們是一類特殊的異常。
4.異常和中斷最大的區別是，產生的源不同；服務的對象不同。

從CPU來看：
1.中斷是異步事件；
2.軟中斷也是異步事件， CPU不知道代碼什么時候想軟中斷；
3.其他類的異常也是異步事件。
假設如果用FPGA實現CPU的話，用異步的方式可以統一這些設計。換句話說，雖然概念上區分異常和中斷，但在內在實現上是高度相似的。

繼續從CPU來看：
1.不可屏蔽中斷，是最高優先級中斷且不受中斷禁止的制約；
2.普通的中斷可以配置優先級別；
3.異常分為兩類，一類是可屏蔽的；一類是不可屏蔽的。不可屏蔽的異常優先級和不可屏蔽中斷有得一拼(應該是有優先級差別的)；可屏蔽異常的優先級應該比普通中斷低。
4.在以上服務程序都沒有工作的時候，運行操作系統。

抽象一下，如果把CPU看成一個類似RTEMS、uCOS-II之類的RTOS的話。實際上ISR也好，異常服務也好，操作系統也好，都是“硬件調度器”的任務。而操作系統是硬件調度器的空閑任務。
******************************************************************************************************** djyos的中斷實時性 使用RTOS的場合，大多都對實時性有要求，甚至有些要求極端高的實時性。一般來說，設計者會把實時性要求很高的部分功能，用中斷來實現，從這個意義上，對于RTOS來說，最壞情況下的中斷響應延遲，幾乎就是該系統的實時性指標?，F有操作系統，或多或少的會帶來額外的、不確定的中斷延時，使許多實時性要求很高的應用，要么不使用操作系統，要么需要增加額外的硬件來處理實時任務。djyos在最壞情況下，提供近乎裸跑的中斷延遲，實現無以倫比的實時性，使得一些原來只能裸跑的應用，也可以使用操作系統。 由于中斷實時性在RTOS中極端重要，本文以中斷為重點，談談實時性。 1.? ???理解中斷 代碼，是現實問題的一個抽象，同樣，設計中斷系統，就要先弄清楚“什么是中斷，該如何抽象”這個問題。 中斷，從形式上看，是一個異步到達的（通知）事件，異步是什么意思呢？異步是相對于主程序的，即主程序不知道什么時候會來中斷，也不知道中斷達到時，自己運行到什么地方、處于什么狀態。中斷從形式上，并沒有告訴我們，它是否需要處理，更沒有說是否需要緊急處理。因此，把中斷都看做要“需要緊急處理的事件”，是沒有依據的。 由于cpu是串行執行指令的，如果靠cpu執行指令的方式查詢獲得事件，比如查詢IO口獲得上升沿事件。從事件發生到cpu查詢到的延遲時間，必然跟cpu的查詢周期相關，除非你的系統只有“查詢并處理中斷”這一件任務，否則很難做到很短。因此，緊急事件只能通過中斷來獲取。 所以，中斷可以用三句話來概括： 1、??中斷是異步事件。 2、??中斷不一定是緊急事件。 3、??緊急事件必須用中斷來通知。 了解了中斷的三個特性，我們就知道，并不是所有中斷，都需要極速響應的，事實上，絕大多數情況下，只有極少量的中斷需要很高實時性的。 凡是中斷就要求極速響應嗎？ 答案顯然是否定的。許多操作系統對中斷的處理，是一視同仁的，而且都把中斷看成是一個需要緊急處理的事件，這顯然是一個自以為是的想法，根本不知道用戶需要什么，也沒有理解什么是“中斷”。 在操作系統支持下，需要接近裸跑的中斷延遲嗎？ 答案顯然是肯定的，但是，人們對此似乎很寬容。為什么會寬容呢？當沒有汽車時，人們能夠容忍馬車的速度；沒有火車時，人們容忍汽車的速度；沒有飛機時，人們容忍火車的速度。當所有操作系統都做不到近乎裸奔的中斷延遲時，人們便容忍OS給中斷響應帶來額外延遲。 為什么要為一些不緊急的事件（例如鍵盤）分配中斷號呢？ 設計者經常為鍵盤分配中斷號，對于臺式PC來說，鍵盤也許勉強算緊急事件，因為PC中有很多慢速操作；但對于使用RTOS的嵌入式控制系統來說，卻并非緊急事件。為什么呢？因為鍵盤是人手通過機械按鈕實現的，操作系統的反映，只要比人的動作快就可以了，響應太快了，反而可能導致誤觸發，失去按鍵防抖功能。那為什么不少人會把按鍵掛在中斷線上，使用中斷來響應按鍵操作呢？答案是，一可以簡化軟件設計，不需要單獨啟動一個鍵盤掃描線程；二可以減輕cpu負擔，不用定期掃描鍵盤；三是低功耗系統特有的，可以用鍵盤中斷來喚醒休眠的cpu。 2.? ???設計中斷系統 理解了中斷，我們就可以著手設計中斷系統了。 1、? ?? ?? ?? ???能夠為異步事件提供服務，既然是事件，就應該提供普通事件一樣的操作系統服務，使其編碼更加容易。 2、? ?? ?? ?? ???為實時中斷提供裸跑的中斷延遲，即使在最壞情況下，也不能例外。 3、? ?? ?? ?? ???用戶用中斷處理異步事件，是希望簡化系統設計，因此，不能因為異步事件而使調度系統更加復雜。 傳統操作系統，因為沒有弄清楚這些問題，企圖對所有中斷極速響應，又企圖給中斷響應函數以盡可能多的服務，而兩者，卻是矛盾的，更多的服務，必然需要更多的關中斷，導致中斷延遲加長。最終的結果是： 1、??異步事件得不到操作系統的充分支持，對編寫ISR程序有諸多限制。 2、??真正實時性要求很高的中斷，又做不到很快響應。 3、??調度器保護臨界資源時，分為關調度和關中斷兩級，使系統更加復雜，完全違背了用戶的用中斷響應異步事件的目的。 Djyos的中斷系統，可以用這張圖來表示：
一般cpu的中斷控制器，都有許多中斷輸入線，每個中斷線對應一個中斷號，由一個獨立的開關控制。 每個中斷線，都允許獨立設置為實時中斷還是異步信號，該開關可能是硬件開關，也可能是軟件開關，依賴于具體硬件以及移植者的選擇。 異步信號有一個獨立的總使能開關，也就意味著，異步信號是可以整體關斷的。 實時中斷沒有獨立的使能開關，意味著，實時中斷是不允許集體關斷的。 異步信號和實時中斷有一個公共的總使能開關，意味著，允許用戶關閉所有中斷。 Djyos中，“異步信號使能開關”同時又是關調度開關，djyos沒有獨立的調度開關，使得djyos的臨界區保護代碼更加簡潔，和用戶希望通過“用中斷實現異步信號”來簡化軟件設計的目的，是相適應的。簡潔的調度器，也是djyos更加可靠。由于關異步信號和關中斷等同，使得異步信號處理函數可以使用操作系統提供的全部服務，更加方便易用。 操作系統運行過程中，總中斷使能開關時從來不會被關閉的，所以，djyos的實時中斷，達到裸跑的速度，這是架構決定的，跟中斷響應的代碼是否精簡無關。 雖然知道中斷實時性對RTOS極其重要，但許多RTOS，由于不能對中斷做正確的抽象，不能從架構角度提高實時性，往往愛使用一些很復雜的技巧來提高性能。但過多的技巧，實現高性能的同時，可能帶來不穩定因素。殊不知，對于實時控制系統來說，穩定性可靠性才是核心。而且，即使再巧妙的技巧，都不能對實時性的提高，帶來質的變化。 3.? ???Djyos中斷系統的特點 1、??實時中斷具有裸跑的實時性，使得有些原本不能使用操作系統的應用，可以享受操作系統的服務。 2、??編寫異步信號編程更加方便，像普通事件一樣，允許使用所有操作系統服務。 3、??系統更加簡潔可靠，與用戶“用中斷實現異步信號以簡化軟件”的目標相一致。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的关于中断的一点点认识的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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