PA 4 中断、异常与IO

PA 4-1 异常和中断的响应

内部异常与外部中断被视为异常的控制流，内部异常包括故障（缺页、非法操作码、除数为0等）、陷阱（用户程序主动调用操作系统处理例程）、终止（执行指令时发生严重错误，如内存校验错误）；外部中断：典型地由I/O设备触发，与当前正在执行的指令无关的异步事件

操作系统先准备好IDT（中断描述符表），规定了出现\(n\)号异常时，去执行从\(IDT_n\)开始的处理程序，处理完后回到原程序继续。

基本步骤：

（1）检测到异常或中断，得到异常、中断号，内部异常设为0x80，外部中断由中断控制器（i8259提供）

（2）保护当前程序执行状态，依次将EFLAGS、CS、EIP（断点）寄存器的值压栈

（3）使用异常、中断号查表，得到处理程序入口地址，地主存储在idtr寄存器中，由lidt指令负责装入

（4）转到OS提供的处理程序继续执行

（5）结束后iret恢复程序执行zhuangtai

（6）回到断点继续执行源程序

pusha 将各通用寄存器的值压栈（保护现场）

popa 将各通用寄存器的值弹栈（恢复现场）

PA 4-2 外设与I/O

为计算机接上眼睛和嘴巴，完成实现一台现代计算机的“最后的拼图”。

CPU完成与外设通信（进行输入输出）的方式

（1）端口映射I/O(port-mapped I/O)

串口（Serial），键盘（Keyboard），硬盘（IDE）（成块进行数据交换）

将外设的数据、状态、控制寄存器称为I/O端口；对端口进行编号；CPU使用in与out指令同端口间通过按编号“打电话”的方式通信

假设有65536个I/O端口，由16位无符号整型编码，可以做如下分配：键盘分配0x60端口，硬盘分配0x1F0_{0x1F7端口，串口分配0x3F8}0x3FF端口，可通过如下指令进行端口（0x3F8）输出：

movb $’A’, %al
movw $0x3F8, %dx
outb %al, %dx

PA 4-2 任务一

完成串口的模拟，实现in与out指令以及实现serial_printc()函数。运行hello-inline测试用例，对比实现串口前后的输出内容的区别。

PA 4-2 任务二

改造loader函数（第三次修改【PA 2-2】【PA 3-3】），

PA 4-2 任务三

通过echo测试用例，

（2）内存映射I/O (Memory Mapped I/O)

显卡（VGA）

声卡（Audio），时钟（Timer）只产生时钟中断【PA 4-1】