写操作系统----9.中断

1.1 中断的基本认识
1.1.a Intel x86共支持256种向量中断,可分为两大类：异常和中断。
    异常又分为故障（Fault）和陷阱(Trap)，它们的共同特点是既不使用中断控制器，又不能被屏蔽。
    中断又分为外部可屏蔽中断（INTR）和外部非屏蔽中断（NMI），所有I/O设备产生的中断请求（IRQ）均引起屏蔽中断，而紧急的事件（如硬件故障）引起的故障产生非屏蔽中断。  
1.1.b Linux对256个向量的分配如下:
     0~31对应于异常和非屏蔽中断。 
      32~47（即由I/O设备引起的中断）分配给屏蔽中断。 
      48~255的向量用来标识软中断。Linux只用了其中的一个（即128或0x80向量）用来实现系统调用。

1.2 代码
1.2.1 不用《操作系统真相还原》代码的原因
没有看懂 第7章中断代码里面， intr_entry_table 是怎么样与 宏里面的 intr%1entry 对应起来的？
这个地方实在理解不了，为啥放在section .data里面就可以自动初始化了？看起来就有点悬。

a.
intr0x00entry
intr0x01entry
...
intr0x20entry
怎么就会初始化了 数组 intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]？

b.
要初始化数组intr_entry_table，得有
intr_entry_table[0] = intr0x00entry ;
intr_entry_table[1] = intr0x01entry ;
...
intr_entry_table[0x20] = intr0x20entry ;

才行，但是没有看到

c.
从debug的结果上肯定是，
intr0x00entry
intr0x01entry
...
intr0x20entry
初始化了数组intr_entry_table
利用的编译器对section的data段的处理，但总感觉这个不是那么靠谱。

1.3 代码
结合了《Orange'S：一个操作系统的实现》与 《操作系统真相还原》这两本书的代码

cong@msi:/work/os/code/7int$ tree
.
├── boot
│   ├── loader.S
│   └── mbr.S
├── include
│   ├── interrupt.h
│   ├── io.h
│   ├── print.h
│   └── stdint.h
├── kernel
│   ├── interrupt.c
│   ├── kernel.S
│   └── main.c
├── lib
│   ├── printf.c
│   └── put_char.S
└── Makefile

1.3.1 在interrupt.c中定义

cong@msi:/work/os/code/7int$ cat kernel/interrupt.c
#include "interrupt.h"
static gate_desc idt[IDT_DESC_CNT];

void exception_handler(int vec_no,int err_code,int eip,int cs,int eflags)
{
    printf("vec_no=%d,err_code=%d\n", vec_no, err_code);
    printf("eip=0x%x,cs=0x%x,eflags=0x%x\n",eip, cs, eflags);
    return ;
}
/* 初始化可编程中断控制器8259A */
static void pic_init(void)
{
    /* 初始化主片 */
    outb (PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4.
    outb (PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为0x20,也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27.
    outb (PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2接从片.
    outb (PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI

    /* 初始化从片 */
    outb (PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4.
    outb (PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F.
    outb (PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚
    outb (PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI

    /* 打开主片上IR0,也就是目前只接受时钟产生的中断 */
    outb (PIC_M_DATA, 0xfe);
    outb (PIC_S_DATA, 0xff);

    printf("pic_init done\n");
}
/* 创建中断门描述符 */
static void make_idt_desc(gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) {
    p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t)function & 0x0000FFFF;   -->中断入口地址的低16位
    p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE;                      -->选择子统一为内核代码段的选择子
    p_gdesc->dcount = 0;
    p_gdesc->attr = attr;
    p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t)function & 0xFFFF0000) >> 16;   -->中断入口地址的高16位
}

//将中断处理函数的地址放进idt中，并初始化idt
static void idt_desc_init(void)
{
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_DIVIDE], IDT_DESC_ATTR_DPL0, divide_error);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_DEBUG], IDT_DESC_ATTR_DPL0, single_step_exception);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_NMI], IDT_DESC_ATTR_DPL0, nmi);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_BREAKPOINT], IDT_DESC_ATTR_DPL0, breakpoint_exception);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_OVERFLOW], IDT_DESC_ATTR_DPL0, overflow);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_BOUNDS], IDT_DESC_ATTR_DPL0, bounds_check);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_INVAL_OP], IDT_DESC_ATTR_DPL0, inval_opcode);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_COPROC_NOT], IDT_DESC_ATTR_DPL0, copr_not_available);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_DOUBLE_FAULT], IDT_DESC_ATTR_DPL0, double_fault);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_COPROC_SEG], IDT_DESC_ATTR_DPL0, copr_seg_overrun);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_INVAL_TSS], IDT_DESC_ATTR_DPL0, inval_tss);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_SEG_NOT], IDT_DESC_ATTR_DPL0, segment_not_present);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_STACK_FAULT], IDT_DESC_ATTR_DPL0, stack_exception);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_PROTECTION], IDT_DESC_ATTR_DPL0, general_protection);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_PAGE_FAULT], IDT_DESC_ATTR_DPL0, page_fault);
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_COPROC_ERR], IDT_DESC_ATTR_DPL0, copr_error);
    //timer interrupt
    make_idt_desc(&idt[INT_VECTOR_IRQ0], IDT_DESC_ATTR_DPL0, timer_int);
}

/* 完成有关中断的所有初始化工作*/
void idt_init(void)
{
    idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表
    pic_init(); // 初始化8259A

    /* 加载idt */
    uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16));
    asm volatile("lidt %0" : : "m" (idt_operand));
    printf("idt_init done\n");
}

1.3.2 中断处理函数

cong@msi:/work/os/code/7int$ cat kernel/kernel.S
extern    exception_handler

[bits 32]
[section .text]    ; 代码在此
global    divide_error
global    single_step_exception
global    nmi
global    breakpoint_exception
global    overflow
global    bounds_check
global    inval_opcode
global    copr_not_available
global    double_fault
global    copr_seg_overrun
global    inval_tss
global    segment_not_present
global    stack_exception
global    general_protection
global    page_fault
global    copr_error
global  timer_int

; 中断和异常 -- 异常
divide_error:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    0             ; vector_no    = 0
    jmp    exception
single_step_exception:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    1             ; vector_no    = 1
    jmp    exception
nmi:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    2             ; vector_no    = 2
    jmp    exception
breakpoint_exception:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    3             ; vector_no    = 3
    jmp    exception
overflow:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    4             ; vector_no    = 4
    jmp    exception
bounds_check:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    5             ; vector_no    = 5
    jmp    exception
inval_opcode:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    6             ; vector_no    = 6
    jmp    exception
copr_not_available:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    7             ; vector_no    = 7
    jmp    exception
double_fault:
    push    8             ; vector_no    = 8
    jmp    exception
copr_seg_overrun:
    push    0xFFFFFFFF    ; no err code
    push    9             ; vector_no    = 9
    jmp    exception
inval_tss:
    push    10             ; vector_no    = A
    jmp    exception
segment_not_present:
    push    11             ; vector_no    = B
    jmp    exception
stack_exception:
    push    12             ; vector_no    = C
    jmp    exception
general_protection:
    push    13             ; vector_no    = D
    jmp    exception
page_fault:
    push    14             ; vector_no    = E
    jmp    exception
copr_error:
    push    0xFFFFFFFF     ; no err code
    push    16             ; vector_no    = 10h
    jmp    exception
timer_int:
    push 0xFFFFFFFF
    push 32
    jmp exception

exception:
    call    exception_handler
    ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI
    mov al,0x20 ; 中断结束命令EOI
    out 0xa0,al ; 向从片发送
    out 0x20,al ; 向主片发送
    add    esp, 4*2    ; 让栈顶指向 EIP，堆栈中从顶向下依次是：EIP、CS、EFLAGS
    iret

1.3.3 main中打开中断

cong@msi:/work/os/code/7int$ cat kernel/main.c
#include "print.h"
#include <interrupt.h>
extern void put_test(void);
int main(void)
{
    int a=3;
    put_char('k');
    put_test();
    printf("a=%d\n",a);
    idt_init();
    asm volatile("sti");
    while(1)
    {
    }
    return 0;
}

1.4 
如果是hlt的话 c之后
(0) [0x000000001963] 0008:c0001963 (unk. ctxt): nop                       ; 6690

如果是iret的话 c之后
(0) [0x00000000153c] 0008:c000153c (unk. ctxt): jmp .-2 (0xc000153c)      ; ebfe

1.5 代码打包
7int.rar(下载后改名为7int.tar.gz)