《外部中断》课件.ppt

外部中断

什么是外部中断用户输入用户通过键盘或鼠标等设备与计算机交互，触发中断网络通信网络数据包的接收或发送，触发中断定时器定时器到达指定时间，触发中断

外部中断的原理外部中断是一种硬件机制，允许外部设备向CPU发送中断请求，从而中断CPU当前正在执行的程序，转而去执行中断处理程序。外部中断通常由外部事件触发，例如键盘按键、鼠标点击、网络数据到达等等。

常见的外部中断源硬件中断包括按键、开关、传感器、定时器等硬件设备产生的中断信号。软件中断由软件指令产生的中断，例如除零异常、溢出异常、非法指令异常等。外部中断由外部设备产生的中断，例如串口接收中断、网络中断、磁盘中断等。

计算机如何处理外部中断1中断请求外部设备发送中断请求信号给CPU。2中断处理CPU接收到中断请求后，会暂停当前执行的任务，并跳转到中断处理程序。3中断返回中断处理程序完成任务后，会返回到中断之前执行的程序。

外部中断的工作流程1中断请求外部设备发送中断请求信号给CPU。2中断处理CPU暂停当前程序，保存状态，转入中断处理程序。3中断处理程序执行执行相应的处理程序，例如读取数据、处理事件等。4恢复执行中断处理完成后，恢复之前保存的状态，继续执行原程序。

外部中断的响应过程中断请求外部设备发出中断请求信号，通知CPU处理事件。CPU响应CPU暂停当前执行的程序，保存当前程序状态，并转入中断处理程序。中断处理程序中断处理程序执行相应的操作，处理外部设备的事件或数据。恢复程序中断处理程序完成，CPU恢复之前保存的程序状态，并继续执行中断前的程序。

外部中断的响应时间10微秒中断处理时间通常在毫秒级，但对于实时系统，响应时间必须在微秒级。50毫秒对于大多数应用来说，响应时间在几十毫秒内是可以接受的。100秒如果响应时间超过一秒，用户体验会受到严重影响。

外部中断的优先级优先级定义每个中断源都有一个优先级，用于决定多个中断同时发生时，哪个中断先被处理。优先级级别优先级级别通常用数字表示，数字越小，优先级越高。优先级管理可以通过软件或硬件设置中断优先级，以确保关键中断得到及时处理。

外部中断的屏蔽与嵌套1屏蔽屏蔽是指暂时阻止外部中断信号被CPU处理。可以使用专门的屏蔽寄存器来控制哪些中断源被允许响应，哪些被屏蔽。2嵌套嵌套是指当CPU正在处理一个外部中断时，另一个外部中断到来，则新中断被暂时挂起，直到当前中断处理完成，才会开始处理新中断。

外部中断的启用与禁止中断控制器通过设置中断控制器寄存器来启用或禁止外部中断。中断门使用中断门来控制中断信号的传递，从而选择性地启用或禁止外部中断。软件控制可以通过软件指令来动态控制外部中断的启用和禁止状态。

外部中断的向量分配中断向量表每个外部中断都对应一个唯一的向量地址，存储在中断向量表中。中断处理程序中断向量地址指向中断处理程序的起始地址，用于处理特定中断事件。高效响应向量分配机制简化了中断处理，提高了系统响应速度。

外部中断的处理程序中断服务程序中断处理程序又称中断服务程序（ISR），是一段专门用于处理特定中断事件的代码。中断向量表中断向量表是一个包含所有中断处理程序地址的表格，操作系统使用它来快速找到相应的处理程序。上下文切换中断发生时，系统会保存当前程序的执行状态，并切换到中断处理程序的执行环境。

外部中断的硬件实现外部中断的硬件实现通常涉及中断控制器和中断源。中断控制器负责接收中断请求，并将其传递给CPU。中断源则是产生中断信号的硬件设备，例如键盘、鼠标、网卡等。中断控制器通常包含多个中断请求线，每个中断请求线对应一个中断源。当中断源产生中断请求时，它会向相应的中断请求线发送信号。中断控制器会根据中断请求线的优先级来决定哪个中断请求会被优先处理。

外部中断的软件实现外部中断的软件实现主要包括中断处理程序的编写、中断向量表的设置以及中断使能与禁止的控制。中断处理程序是响应外部中断的代码，它定义了系统在接收到外部中断信号后的处理逻辑。中断向量表是一个包含了各个中断处理程序地址的表格，用于快速找到对应的处理程序。中断使能与禁止控制可以根据需要开启或关闭特定中断的响应，以控制系统对外部中断的响应行为。

外部中断的应用场景实时系统外部中断用于处理来自传感器、定时器等实时设备的事件，例如：数据采集、控制信号、时间触发等，以确保系统快速响应。通信系统外部中断用于接收网络数据包、处理串行/并行通信数据，例如：中断信号指示新数据到达，触发数据接收处理。嵌入式系统外部中断广泛应用于嵌入式系统，用于响应外部事件，例如：按钮按下、电源故障、温度变化等。

外部中断的设计原则清晰简洁设计图应易于理解和维护，避免过度复杂的设计。高效可靠中断处理程序应简洁高效，避免引入不必要的延时。可扩展性设计应考虑未来扩展需求，以支持更多中断源和处