［GeekOS/Project0］ 中断响应机制/键盘中断

初始问题:  键盘中断是怎么设置的??

 

/*
 * Keyboard driver
 * Copyright (c) 2001,2004 David H. Hovemeyer
 * $Revision: 1.14 $
 *
 * This is free software. You are permitted to use,
 * redistribute, and modify it as specified in the file "COPYING".
 */


....

....

/*
 * Handler for keyboard interrupts.
 */
static void Keyboard_Interrupt_Handler(struct Interrupt_State* state)
{
    uchar_t status, scanCode;
    unsigned flag = 0;
    bool release = false, shift;
    Keycode keycode;

    Begin_IRQ(state);

    status = In_Byte(KB_CMD);
    IO_Delay();

    if ((status & KB_OUTPUT_FULL) != 0) {
    /* There is a byte available */
    scanCode = In_Byte(KB_DATA);
    IO_Delay();
/*
 *    Print("code=%x%s\n", scanCode, (scanCode&0x80) ? " [release]" : "");
 */

    if (scanCode & KB_KEY_RELEASE) {
     release = true;
     scanCode &= ~(KB_KEY_RELEASE);
    }

    if (scanCode >= SCAN_TABLE_SIZE) {
     Print("Unknown scan code: %x\n", scanCode);
     goto done;
    }

    /* Process the key */
    shift = ((s_shiftState & SHIFT_MASK) != 0);
    keycode = shift ? s_scanTableWithShift[scanCode] : s_scanTableNoShift[scanCode];

    /* Update shift, control and alt state */
    switch (keycode) {
    case KEY_LSHIFT:
     flag = LEFT_SHIFT;
     break;
    case KEY_RSHIFT:
     flag = RIGHT_SHIFT;
     break;
    case KEY_LCTRL:
     flag = LEFT_CTRL;
     break;
    case KEY_RCTRL:
     flag = RIGHT_CTRL;
     break;
    case KEY_LALT:
     flag = LEFT_ALT;
     break;
    case KEY_RALT:
     flag = RIGHT_ALT;
     break;
    default:
     goto noflagchange;
    }

    if (release)
     s_shiftState &= ~(flag);
    else
     s_shiftState |= flag;
            
    /*
     * Shift, control and alt keys don't have to be
     * queued, flags will be set!
     */
    goto done;

noflagchange:
    /* Format the new keycode */
    if (shift)
     keycode |= KEY_SHIFT_FLAG;
    if ((s_shiftState & CTRL_MASK) != 0)
     keycode |= KEY_CTRL_FLAG;
    if ((s_shiftState & ALT_MASK) != 0)
     keycode |= KEY_ALT_FLAG;
    if (release)
     keycode |= KEY_RELEASE_FLAG;
        
    /* Put the keycode in the buffer */
    Enqueue_Keycode(keycode);

    /* Wake up event consumers */
    Wake_Up(&s_waitQueue);

    /*
     * Pick a new thread upon return from interrupt
     * (hopefully the one waiting for the keyboard event)
     */
    g_needReschedule = true;
    }

done:
    End_IRQ(state);
}

/* ----------------------------------------------------------------------
 * Public functions
 * ---------------------------------------------------------------------- */

void Init_Keyboard(void)
{
    ushort_t irqMask;

    Print("Initializing keyboard...\n");

    /* Start out with no shift keys enabled. */
    s_shiftState = 0;

    /* Buffer is initially empty. */
    s_queueHead = s_queueTail = 0;

    /* Install interrupt handler */
    Install_IRQ(KB_IRQ, Keyboard_Interrupt_Handler);

    /* Enable IRQ1 (keyboard) */
    irqMask = Get_IRQ_Mask();
    irqMask &= ~(1 << KB_IRQ);
    Set_IRQ_Mask(irqMask);
}

1.中断产生过程 

(1)如果IR引脚上有信号，会使中断请求寄存器(Interrupt Request Register,IRR)相应的位置位，比如图中, IR3, IR4, IR5上有信号，那么IRR的3，4，5为1 

(2)如果这些IRR中有一个是允许的，也就是没有被屏蔽，那么就会通过INT向CPU发出中断请求信号。屏蔽是由中断屏蔽寄存器(Interrupt Mask Register,IMR)来控制的，比如图中位3被置1，也就是IRR位3的信号被屏蔽了。在图中，还有4，5的信号没有被屏蔽，所以，会向CPU发出请求信号。 

(3)如果CPU处于开中断状态，那么在执行指令的最后一个周期，在INTA上做出回应,并且关中断 

(4)8259A收到回应后，将中断服务寄存器(In-Service Register)置位,而将相应的IRR复位： 
8259芯片会比较IRR中的中断的优先级，如上图中，由于IMR中位3处于屏蔽状态，所以实际上只是比较IR4,I5,缺省情况下，IR0最高，依次往下，IR7最低(这种优先级可以被设置)，所以上图中，ISR被设置为4. 
相应的，IRR中位4被复位(我不太清楚，复位是清0，在未来某个时刻检测IR4上是否又有中断，还是在复位的同时检测IR4上是否又产生了中断) 

(5)在CPU发出下一个INTA信号时，8259将中断号送到数据线上，从而能被CPU接收到，这里有个问题：比如在上图中，8259获得的是数4,但是CPU需要的是中断号(并不为4)，从而可以到idt找相应的向量。所以有一个从ISR的信号到中断号的转换。在Linux的设置中，4对应的中断号是0x24. 

(6)如果8259处于自动结束中断(Automatic End of Interrupt AEOI)状态，那么在刚才那个INTA信号结束前，8259的ISR复位(也就是清0),如果不处于这个状态，那么直到CPU发出EOI指令，它才会使得ISR复位。 


2.一些相关专题 

(1)从8259:在x86单CPU的机器上采用两个8259芯片，主芯片如上图所示，x86模式规定,从8259将它的INT脚与主8259的IR2相连，这样，如果从8259芯片的引脚IR8-IR15上有中断，那么会在INT上产生信号，主8259在IR2上产生了一个硬件信号，当它如上面的步骤处理后将IR2的中断传送给CPU,收到应答后，会通过CAS通知从8259芯片，从8259芯片将IRQ中断号送到数据线上，从而被CPU接收。 
由此，我猜测它产生的所有中断在主8259上优先级为2，不知道对不对。 

(2)关于屏蔽 

从上面可以看出，屏蔽有两种方法，一种作用于CPU, 通过清除IF标记，使得CPU不去响应8259在INT上的请求。也就是所谓关中断。 
另一种方法是，作用于8259,通过给它指令设置IMR,使得相应的IRR不参与ISR(见上面的(4)),被称为禁止(disable),反之，被称为允许(enable). 
每次设置IMR只需要对端口0x21(主)或0xA1(从)输出一个字节即可，字节每位对应于IMR每位,例如: 

outb(cached_21,0x21); 

为了统一处理16个中断，Linux用一个16位cached_irq_mask变量来记录这16个中断的屏蔽情况: 

static unsigned int cached_irq_mask = 0xffff; 

为了分别对应于主从芯片的8位IMR,将这16位cached_irq_mask分成两个8位的变量: 

#define __byte(x,y) (((unsigned char *)&(y))[x]) 
#define cached_21 (__byte(0,cached_irq_mask)) 
#define cached_A1 (__byte(1,cached_irq_mask)) 

在禁用某个irq的时候,调用下面的函数: 

void disable_8259A_irq(unsigned int irq) 
{ 
unsigned int mask = 1 << irq; 
unsigned long flags; 

spin_lock_irqsave(&i8259A_lock, flags); 
cached_irq_mask |= mask;/*-- 对这16位变量设置 */ 
if (irq & 8)/*-- 看是对主8259设置还是对从8259芯片设置 */ 
outb(cached_A1,0xA1);/*-- 对从8259芯片设置 */ 
else 
outb(cached_21,0x21);/*-- 对主8259芯片设置 */ 
spin_unlock_irqrestore(&i8259A_lock, flags); 
} 

(3)关于中断号的输出 

8259在ISR里保存的只是irq的ID,但是它告诉CPU的是中断向量ID,比如ISR保存时钟中断的ID 0,但是在通知CPU却是中断号0x20.因此需要建立一个映射。在8259芯片产生的IRQ号必须是连续的，也就是如果irq0对应的是中断向量0x20,那么irq1对应的就是0x21,... 

在i8259.c/init_8259A()中，进行设置: 

/* 
* outb_p - this has to work on a wide range of PC hardware. 
*/ 
outb_p(0x11, 0x20); /* ICW1: select 8259A-1 init */ 
outb_p(0x20 + 0, 0x21); /* ICW2: 8259A-1 IR0-7 mapped to 0x20-0x27 */ 
outb_p(0x04, 0x21); /* 8259A-1 (the master) has a slave on IR2 */ 
if (auto_eoi) 
outb_p(0x03, 0x21); /* master does Auto EOI */ 
else 
outb_p(0x01, 0x21); /* master expects normal EOI */ 

outb_p(0x11, 0xA0); /* ICW1: select 8259A-2 init */ 
outb_p(0x20 + 8, 0xA1); /* ICW2: 8259A-2 IR0-7 mapped to 0x28-0x2f */ 
outb_p(0x02, 0xA1); /* 8259A-2 is a slave on master's IR2 */ 
outb_p(0x01, 0xA1); /* (slave's support for AEOI in flat mode 
is to be investigated) */ 



这样，在IDT的向量0x20-0x2f可以分别填入相应的中断处理函数的地址了。 

http://netcourse.cug.edu.cn:7310/netclass/weixingjisuanji/content/chapter5/5-1/5-1-0.htm

 

3.Intel8259的编程结构  　　8259的内部结构如图5-1所示，其内部结构逻辑主要由以下三部分组成：  （1）控制逻辑  （2）中断优先权判优及其屏蔽 （3）辅助电路 　　编程结构框架如图5-２动画演示，8259的编程结构由三组共10个寄存器构成，每个寄存器均为8位。 第一组：IRR、PR、ISR IRR：中断请求寄存器（Interrupt Request Register） 该寄存器的8位（D7~D0）分别存放IR7~IR0输入线上的中断请求。当某输入线有请求时，IRR对应位置1，该寄存器具有锁存功能。 ISR：当前中断服务寄存器（In Service Register）　该寄存器用于存放正在被服务的所有中断级，包括尚未服务完而中途被别的中断打端了的中断级。 PR：优先级裁决器（Priority Resolver） 当IR输入线上有请求时，IRR对应位置1，同时，PR将该中断的优先级与ISR中的优先级比较，若该中断的优先级高于ISR中的最高优先级，则PR就使INT信号变为高电平，把该中断送给CPU，同时，在ISR相应位置1。否则，PR不为该中断提出申请。 第二组：ICW1、ICW2、ICW3、ICW4 　　这四个寄存器用来存放初始化命令字（Initialization CommandWord）。初始化命令字一般在系统启动时由程序设置，一旦设定，一般在系统工作过程中就不再改变。