INTERRUPT

中断是硬件和软件交互的一种机制，可以说整个操作系统，整个架构都是由中断来驱动的。中断的机制分为两种，中断和异常，中断通常为 设备触发的异步事件，而异常是 执行指令时发生的同步事件。本文主要来说明 外设触发的中断，总的来说一个中断的起末会经历设备，中断控制器，CPU 三个阶段：设备产生中断信号，中断控制器翻译信号，CPU 来实际处理信号。

本文用 的实例来讲解多处理器下的中断机制，从头至尾的来看一看，中断经历的三个过程。其中第一个阶段设备如何产生信号不讲，超过了操作系统的范围，也超过了我的能力范围。各种硬件外设有着自己的执行逻辑，有各种形式的中断触发机制，比如边沿触发，电平触发等等。总的来说就是向中断控制器发送一个中断信号，中断控制器再作翻译发送给 ， 再执行中断服务程序对中断进行处理。

中断控制器

说到中断控制器，是个什么东西？中断控制器可以看作是中断的代理，外设是很多的，如果没有一个中断代理，外设想要给 发送中断信号来处理中断，那只能是外设连接在 的管脚上， 的管脚是很宝贵的，不可能拿出那么多管脚去连接外设。所以就有了中断控制器这个中断代言人，所有的 外设连接其上，发送中断请求时就向中断控制器发送信号，中断控制器再通知 CPU，如此便解决了上述问题。

中断控制器有很多，前文讲过 PIC，PIC 只用于单处理器，对于如今的多核多处理器时代，PIC 无能为力，所以出现了更高级的中断控制器 APIC ，APIC() 高级可编程中断控制器，APIC 分成两部分 LAPIC 和 IOAPIC，前者 LAPIC 位于 内部，每个 都有一个 LAPIC，后者 IOAPIC 与外设相连。外设发出的中断信号经过 IOAPIC 处理之后发送给 LAPIC，再由 LAPIC 决定是否交由 进行实际的中断处理。

可以看出每个 上有一个 LAPIC，IOAPIC 是系统芯片组一部分，各个中断消息通过总线发送接收。关于 APIC 的内容很多也很复杂，详细描述的可以参考 开发手册卷三，本文不探讨其中的细节，只在上层较为抽象的层面讲述，理清 APIC 模式下中断的过程。

计算机启动的时候要先对 APIC 进行初始化，后续才能正确使用，前面说过初始化就是设置一些寄存器，这部分我在再谈中断(APIC)有所讲解，本文关于寄存器这一块不会再详述，可以先看一看。下面来看看 APIC 在一种较为简单的工作模式下的初始化过程：

IOAPIC

初始化 IOAPIC 就是设置 IOAPIC 的寄存器，IOAPIC 寄存器一览：

所以有了以下定义：

#define REG_ID     0x00  // Register index: ID
#define REG_VER    0x01  // Register index: version
#define REG_TABLE  0x10  // Redirection table base  重定向表
但是这些寄存器是不能直接访问的，需要通过另外两个映射到内存的寄存器来读写上述的寄存器。

内存映射的两个寄存器

这两个寄存器是内存映射的，IOREGSEL，地址为 ；IOWIN，地址为 。IOREGSEL 用来指定要读写的寄存器，然后从 IOWIN 中读写。也就是常说的 index/data 访问方式，或者说 ，用 index 端口指定寄存器，从 data 端口读写寄存器，data 端口就像是所有寄存器的窗口。

而所谓内存映射，就是把这些寄存器看作内存的一部分，读写内存，就是读写寄存器，可以用访问内存的指令比如 mov 来访问寄存器。还有一种是 IO端口映射，这种映射方式是将外设的 IO端口(外设的一些寄存器) 看成一个独立的地址空间，访问这片空间不能用访问内存的指令，而需要专门的 in/out 指令来访问。

通过 IOREGSEL 和 IOWIN 既可以访问到 IOAPIC 所有的寄存器，所以结构体 如下定义：

struct ioapic {
  uint reg;       //IOREGSEL
  uint pad[3];    //填充12字节
  uint data;      //IOWIN
};
填充 字节是因为 IOREGSEL 在 ，长度为 4 字节，IOWIN 在 ，两者中间差了 2 字节，所以填充 字节补上空位方便操作。

通过 IOREGSEL 选定寄存器，然后从IOWIN中读写相应寄存器，因此也能明白下面两个读写函数：

static uint ioapicread(int reg)
{
  ioapic->reg = reg;    //选定寄存器reg
  return ioapic->data;  //从窗口寄存器中读出寄存器reg数据
}

static void ioapicwrite(int reg, uint data)
{
  ioapic->reg = reg;    //选定寄存器reg
  ioapic->data = data;  //向窗口寄存器写就相当于向寄存器reg写
}
这两个函数就是根据 来读写 IOAPIC 的寄存器。下面来看看 IOAPIC 寄存器分别有些什么意义，了解了之后自然就知道为什么要这样那样的初始化了。下面只说 中涉及到的寄存器，其他的有兴趣见文末链接。

IOAPIC 寄存器

ID Register

• 索引为 0

• ：ID

Version Register

• 索引为 1

• 表示版本，

• 表示重定向表项最多有几个，这里就是 23(从 0 开始计数)

重定向表项

IOAPIC 有 24 个管脚，每个管脚都对应着一个 64 位的重定向表项(也相当于 64 位的寄存器)，保存在 ，重定向表项的格式如下所示：

这是 大佬在他的 中总结出来的，很全面也很复杂，这里有所了解就好，配合着下面的初始化代码对部分字段作相应的解释。

IOAPIC 初始化

#define IOAPIC  0xFEC00000   // Default physical address of IO APIC

void ioapicinit(void)
{
  int i, id, maxintr;

  ioapic = (volatile struct ioapic*)IOAPIC;      //IOREGSEL的地址
  maxintr = (ioapicread(REG_VER) >> 16)