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Assembly 内中断

2014年09月28日

任何一个通用的CPU，比如8086，都具备一种能力，可以在执行完当前正在执行的指令之后，检测从CPU外部发送过来的或内部产生的一种特殊信息，并且可以立即对所接收到的信息进行处理，这种特殊的信息，成为中断信息

中断信息可以来自CPU内部和外部

###内中断的产生 对于8086CPU，当CPU内部有下面的情况发生的时候，将产生中断信息：

  1. 除法错误，比如，执行div指令产生的除法溢出
  2. 单步执行
  3. 执行into指令
  4. 执行int指令

他们是不同的信息，要进行不同的处理

中断信息中，必须包含识别来源的编码。8086CPU用称为中断类型码的数据来标识中断信息的来源。中断类型码为一个字节型数据，可以表示256种中断信息的来源，称为中断源

上述的4种中断源，在8086CPU中的中断类型码如下：

  1. 除法错误：0
  2. 单步执行：1
  3. 执行into指令：4
  4. 执行int指令，该指令的格式为int n，指令中的 n 为字节型立即数，是提供给CPU的中断类型码

###中断处理程序 CPU收到中断信息后，需要对中断信息进行处理，如何处理？可以由我们编程决定，需要针对不同的中断，编写不同的中断处理程序

中断类型码的作用就是用来定位中断处理程序

###中断向量表 即：中断处理程序的入口地址列表，在内存中保存，共存放256个中断源所对应的中断处理程序的入口

对于8086PC机，中断向量表指定放在内存地址0处

内存0000:0000到0000:03FF的1024个单元中存放着中断向量表，不能放在别处

对于8086CPU，这个入口地址包括段地址和偏移地址，所以一个表项占两个字(dword 4Byte)，高地址字存放段地址，低地址字存放偏移地址

存储在N号中断源对应的中断处理程序入口的偏移地址的内存单元的地址为：4N，段地址为4N+2

###中断过程 用中断类型码找到中断向量，并用它设置CS和IP，这个工作是由CPU的硬件自动完成的，这个工作的过程称为中断过程

CPU收到中断信息后，要对中断信息进行处理，首先将引发中断过程。硬件在完成中断过程后。CS:IP将指向中断处理程序的入口，CPU开始执行中断处理程序

8086CPU在收到中断信息后，所引发的中断过程：（程序员无法改变）

  1. （从中断信息中）取得中断类型码
  2. 标志寄存器的值入栈（因为在中断过程中药改变标志寄存器的值，所以先将其保存在栈中）
  3. 设置标志寄存器的第8位TF和第9位IF的值为0（外中断内容中将介绍）
  4. CS的内容入栈
  5. IP的内容入栈
  6. 从内存地址为中断类型码4，和中断类型码4+2 的两个字单元中读取中断处理程序的入口地址设置IP和CS

简洁的描述中断过程，如下：

  1. 取得中断类型码N
  2. pushf
  3. TF=0，IF=0
  4. push CS
  5. push IP
  6. （IP）=（N * 4）,（CS）=（N * 4 + 2）

在最后一步完成后，CPU开始执行由程序员编写的中断处理程序

###中断处理程序和iret指令 由于CPU随意都可能检测到中断信息，所以中断处理程序必须一致存储在内存某段空间之中

中断处理程序的编写方法和子程序比较相似：

  1. 保存用到的寄存器
  2. 处理中断
  3. 恢复用到的寄存器
  4. 用iret指令返回

iret指令的功能用汇编语法描述为：

pop IP

pop CS

popf

iret通常和硬件自动完成的中断过程配合使用

iret指令执行后，CPU回到执行中断处理程序前的执行点继续执行程序

###除法错误中断的处理

mov ax,1000h
mov bh,1
div bh

执行后终端显示Divide overflow后，返回到操作系统中

前面讲到，内存0000:0000~0000:03FF，大小为1KB的空间是系统存放中断处理程序入口地址的中断向量表。8086支持256个中断，但是实际上，系统中要处理的中断时间远没有达到256个。所以在中断向量表中，有许多单元是空的

中断向量表是PC系统中最重要的内存区，只用来存放中断处理程序的入口地址，DOS系统和其他应用程序都不会随便使用这段空间

一般情况下，从0000:0200至0000:02FF的256个字节的空间所对应的中断向量表项是空的，操作系统和其他应用程序都不占用

###编写处理0号中断（除法错误）

  1. 编写可以显示 “overflow!” 的中断处理程序：do0
  2. 将do0送入内存 0000:0200处
  3. 将do0的入口地址0000:0200存储在中断向量表0号表项中

源代码

#####设置中断向量 将do0的入口地址0:200写入中断向量表0号表项中

mov ax,0
mov es,ax
mov word ptr es:[0*4],200h
mov word ptr es:[0*4+2],0

###单步中断（中断类型码为1） 基本上，CPU在执行完一条指令后，如果检测到标志寄存器的TF位为1，则产生单步中断

Debug提供了单步中断的中断处理程序，功能为显示所有寄存器中的内容后等待输入命令。然后，在使用t命令执行指令时，Debug将TF设置为1，使得CPU工作于单步中断方式下

CPU提供单步中断功能的原因就是，为单步跟踪程序的执行过程，提供了实现机制

###响应中断的特殊情况 有些情况下，CPU在执行玩当前指令后，即便是发生中断，CPU也不会响应。

如：在执行完向ss寄存器传送数据的指令后，即便是发生中断，CPU也不会响应，这样做的原因是，ss:sp联合指向栈顶，而对他们的设置应该连续完成（如果不连续执行，执行mov ss,ax后发生中断，标志寄存器压栈，则无法确定sp位置，导致栈数据错误）