La gestione delle interruzioni

1. La gestione delle interruzioni TE@C TEAM Alessandro Memo - gestione degli interrupt

2. Argomenti trattati • Perchè gli interrupt? • Salvataggio e ripristino del contesto • La gestione degli interrupt nell’architettura INTEL • La gestione degli interrupt nei PC • Realizzazione di una ISR • Gli interrupt software La gestione degli interrupt

3. Perché gli interrupt ? • L’inefficenza del polling • la gestione dell’I/O: polling, interrupt, DMA • La metafora dell’interruzione: il bidello • I limiti dell’interrupt: il telefono • definizione: l’interrupt è un segnale o un messaggio, generalmente di natura asincrona, che arriva alla CPU per avvisarla del verificarsi di un certo evento La gestione degli interrupt

4. Salvataggio e ripristino del contesto • Interrupt Service Routine • la neutralità dell’ISR • il contesto attuale • contesto minimo • contesto specifico • contesto invariante La gestione degli interrupt

5. Gli interrupt nell’architettura INTEL1. classificazione • Interrupt(interruzioni) • interrupt hardware mascherabili (periferiche esterne) • interrupt hardware non mascherabile • interrupt software (chiamate al S.O. e/o gestione delle risorse) • Exception (eccezzioni) • faults (anomalie rilevate prima dell’esecuzione di un’istruzione) • traps (anomalie rilevate dopo l’esecuzione di un’istruzione) • aborts (anomalie non riconducibili ad una specifica istruzione) La gestione degli interrupt

6. Gli interrupt nell’architettura INTEL2. modalità operative Appena la CPU termina un’istruzione: • verifica che l’istruzione precedente non abbia generato un trap • verifica che la prossima istruzione non generi un fault • verifica se è arrivato un interrupt non mascherabile • verifica se è arrivato un interrupt mascherabile ed IF=1 • se in modalità protetta, verifica che la prossima istruzione non determini un fault La gestione degli interrupt

7. Gli interrupt nell’architettura INTEL3. riconoscimento degli interrupt • interrupt hardware non mascherabile • tipo 2, per default • interrupt hardware mascherabile • legge il tipo (00-FF) dal Data Bus • interrupt software • il tipo è specificato nell’istruzione • eccezioni • tipo attribuito per default in base all’eccezione La gestione degli interrupt

8. tipo ? INT Tabella dei vettori delle interruzioni 00 1123:4567 03 01 130A:FF02 02 A001:345C 03 32B0:AA00 04 2A07:0100 memoria da 0000:0000 32B0 in CS AA00 in IP 67 45 23 11 02 FF 0A 13 5C 34 01 A0 00 AA B0 32 00 01 07 2A F3 FF 03 AA FF 3345:0100 Gli interrupt nell’architettura INTEL4. la tabella delle interruzioni La gestione degli interrupt

9. Gli interrupt nei PC1. generalità Problematiche: • come si possono collegare tante periferiche su una sola linea di interruzione INT (riconoscimento) ? • si può interrompere un interrupt (accodamento) ? • e se arrivano due interrupt contemporaneamente (priorità) ? Soluzione: il Programmable Interrupt Controller, 8259A La gestione degli interrupt

10. Gli interrupt nei PC2. architettura interna Il PIC gestisce la priorità, memorizza ed accoda eventuali altri interrupt che arrivano, emette il tipo associato ad ogni linea, maschera le singole linee di ingresso IRQxx Nei PC ci sono due PIC in cascata Vedere la sequenza grafica riassuntiva dei segnali di interrupt La gestione degli interrupt

11. Realizzazione di una ISR1. scelta dell’interrupt da usare • o interrupt hardware generato da periferiche personalizzate e collegabili a qualche IRQ libero • o interrupt software, generalmente collegabile ad INT 08 (o più sicuro INT 1C), generato automaticamente 18,2 volte al secondo La gestione degli interrupt

12. Realizzazione di una ISR2. corpo della routine • Non utilizzare chiamate di sistema del DOS (perché non sono rientranti) La gestione degli interrupt

13. Cifra DB ‘0’ ;-------------------------------------- routine ISR MOV AX,SEG_VIDEO ; corpo della ISR MOV ES,AX MOV ES:0080h,Cifra INC Cifra CMP Cifra,’9’+1 JNZ Esci MOV Cifra,’0’ Esci: … … … … … ;-------------------------------------------------- La gestione degli interrupt

14. Realizzazione di una ISR3. accesso alle variabili • In Assembler l’accesso alle variabili è regolato dal registro di segmento DS: è indispensabile inizializzarlo in precedenza • In C/C++ le variabili devono essere rese static per non perderne i valori tra esecuzioni successive della stessa ISR, e devono essere globali per essere allocate in maniera statica La gestione degli interrupt

15. Cifra DB ‘0’ ; variabile nel segmento dati ;-------------------------------------- routine ISR PUSH CS ; inizializzazione DS (per file .COM) POP DS MOV AX,SEG_VIDEO ; corpo della ISR MOV ES,AX MOV ES:0080h,Cifra INC Cifra CMP Cifra,’9’+1 JNZ Esci MOV Cifra,’0’ Esci: … … … … … ;-------------------------------------------------- La gestione degli interrupt

16. Realizzazione di una ISR4. gestione contesto specifico La gestione degli interrupt

17. Cifra DB ‘0’ ; variabile nel segmento dati ;-------------------------------------- routine ISR PUSH AX ; salvataggio contesto specifico PUSH ES PUSH DS PUSH CS ; inizializzazione DS (per file .COM) POP DS MOV AX,SEG_VIDEO ; corpo della ISR MOV ES,AX MOV ES:0080h,Cifra INC Cifra CMP Cifra,’9’+1 JNZ Esci MOV Cifra,’0’ Esci: … … … … … ;-------------------------------------------------- La gestione degli interrupt

18. Realizzazione di una ISR5. allocare la ISR • Terminate and Stay Resident (TSR) La gestione degli interrupt

19. DOSSEG .MODEL tiny ; modalita` .COM .CODE org 0100h ; locazione iniziale standard Start: JMP Inizio ; salto la routine ISR ; ............. area dati .......... TSR EQU 31h ; funzione TSR del DOS DOS EQU 21h ; codice interrupt DOS ; ... MioInt: ; ........ area contenente la ISR ..... ; ... Inizio: MOV AH,TSR ; funzione TSR MOV DX, ((Inizio-Start)/16)+11h INT DOS END Start La gestione degli interrupt

20. Realizzazione di una ISR6. aggiornamento tabella dei vettori • Impedire che durante l’aggiornamento arrivino richieste di quel tipo di interrupt • o bloccando tutti gli interrupt (CLI ed STI) • o bloccando solo quello interessato (funzione del DOS) La gestione degli interrupt

21. DOSSEG .MODEL tiny ; modalita` .COM .CODE org 0100h ; locazione iniziale standard Start: JMP Inizio ; salto la routine ISR ; ............. area dati .......... TSR EQU 31h ; funzione TSR del DOS DOS EQU 21h ; codice interrupt DOS MioInt: ; ........ area contenente la ISR ..... Inizio: MOV AH,SETVECT ; funzione Set Vector MOV AL,1Ch ; tipo di interrupt MOV DX,Offset MioInt ; salvo l'offset ; il segmento non serve perchè ; CS e DS si equivalgono nei file .COM INT DOS ; aggiorna la tabella MOV AH,TSR ; funzione TSR MOV DX, ((Inizio-Start)/16)+11h INT DOS ; .. Inizio: MOV AH,TSR ; funzione TSR MOV DX, ((Inizio-Start)/16)+11h INT DOS END Start La gestione degli interrupt

22. Realizzazione di una ISR7. il problema della rientranza • Se una ISR è in grado di funzionare correttamente anche se viene chiamata ricorsivamente un numero finito di volte, allora si dice rientrante • occorre isolare ed escludere mutualmente l’accesso a zone critiche dove si accede a risorse unarie La gestione degli interrupt

23. Gli interrupt software • Hanno permesso la portabilità del software su macchine compatibili ma fisicamente diverse • Implementano le chiamate esterne al Sistema Operativo (DOS, API, etc…) La gestione degli interrupt