2.2 Linux中断机制

在使用80x86组成的PC中，采用了两片8259A可编程中断控制芯片。每片可以管理8个中断源。通过多片的级联方式，能构成最多管理64个中断向量的系统。在P C/AT系列兼容机中，使用了两片8259A芯片，共可管理15级中断向量。其级联示意图见图2-5。其中从芯片的INT引脚连接到主芯片的IR2引脚上。主8259A芯片的端口基地址是0x20，从8259A芯片是0xA0。

图2-5 PC/AT微机级联式8259控制系统

在总线控制器控制下，8259A芯片可以处于编程状态和操作状态。编程状态是CPU使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始化编程的状态。一旦完成了初始化编程，芯片即进入操作状态，此时芯片即可随时响应外部设备提出的中断请求（IRQ0～IRQ15）。通过中断判优选择，芯片将选中当前最高优先级的中断请求作为中断服务对象，并通过CPU引脚INT通知CPU外中断请求的到来，CPU响应后，芯片从数据总线D7～D0将编程设定的当前服务对象的中断号送出，CPU由此获取对应的中断向量值，并执行中断服务程序。

对于Linux内核来说，中断信号通常分为两类：硬件中断和软件中断（异常）。每个中断是由0～255之间的一个数字来标识。对于中断int0～int31（0x00～0x1f），每个中断的功能由Intel公司固定设定或保留用，属于软件中断，但Intel公司称之为异常。因为这些中断是在CPU执行指令时探测到异常情况而引起的。通常还可分为故障（fault）和陷阱（traps）两类。中断int32～int255（0x20～0xff）可以由用户自己设定。在Linux系统中，则将int32～int47（0x20～0x2f）对应于8259A中断控制芯片发出的硬件中断请求信号IRQ0～IRQ15，并把程序编程发出的系统调用（system_call）中断设置为int128（0x80）。

在Linux 0.11内核源代码的head.s程序中，内核首先使用一个哑中断向量（中断描述符）对中断描述符表（Interrupt Descriptor Table，IDT）中所有256个描述符进行了默认设置（boot/head.s，78行）。这个哑中断向量指向一个默认的“无中断”处理过程（boot/head.s，150行）。当发生了一个中断而又没有重新设置过该中断向量时就会显示信息“未知中断（unknown in-terrupt）”。因此，对于系统需要使用的一些中断，内核必须在其继续初始化的处理过程中（init/main.c）重新设置这些中断的中断描述符项，让它们指向对应的实际处理过程。通常，硬件异常中断处理过程（int0～int 31）都在traps.c的初始化函数中进行了重新设置（kernel/traps.c，181行），而系统调用中断int128则在调度程序初始化函数中进行了重新设置（kernel/sched.c，385行）。