一、中断请求
中断请求是中断过程的起始阶段,由需要CPU服务的外设(中断源)向CPU发出请求信号。这个信号可以是电平信号或边沿信号,具体取决于中断系统的设计和中断源的类型。
二、中断判优
当系统中存在多个中断源时,它们可能会同时或几乎同时向CPU发出中断请求。然而,CPU在任何时刻都只能响应并处理一个中断。因此,中断判优阶段的任务是解决中断事件的优先级顺序问题。中断优先权判决电路会识别中断请求的中断源,并按照预设的优先级顺序选择响应中断。优先级高的中断源会优先得到响应。
三、中断响应
当中断判优阶段确定了要响应的中断源后,CPU会中断当前正在执行的任务,转向中断请求相对应的处理程序。中断响应过程包括以下几个步骤:
- 保护断点和现场:CPU会自动将当前指令的地址(断点)和程序计数器(PC)、数据寄存器、状态寄存器等的内容保存到堆栈中,以便中断处理完毕后能返回被中断的原程序继续执行。这个过程称为保护现场。
- 关中断:在保护现场之后,CPU会暂时关闭中断响应功能,以防止在中断处理过程中发生新的中断请求,造成系统混乱。
- 获取中断向量号:CPU会根据中断源的类型和优先级,从中断向量表中获取对应的中断向量号。中断向量号是中断服务程序的入口地址的指针。
- 转入中断服务程序:CPU会根据中断向量号,将程序计数器(PC)的值设置为中断服务程序的入口地址,从而开始执行中断服务程序。
四、中断处理
中断处理阶段是中断过程的主体部分,由中断服务程序完成。中断服务程序是根据外设的要求进行的软件编程,用于完成中断源提出的处理要求。中断处理可能包括数据读写、状态更新、错误处理等任务。
五、中断返回
当中断服务程序执行完毕后,CPU会进行中断返回操作。这个过程包括以下几个步骤:
- 恢复现场:CPU会从堆栈中弹出之前保存的程序计数器(PC)、数据寄存器、状态寄存器等的内容,以恢复被中断的原程序的执行环境。这个过程称为恢复现场。
- 开中断:在恢复现场之后,CPU会重新开启中断响应功能,以便能够响应新的中断请求。
- 返回断点:CPU会将程序计数器(PC)的值设置为之前保存的断点地址,从而继续执行被中断的原程序。
综上所述,中断过程是一个复杂而有序的过程,包括中断请求、中断判优、中断响应、中断处理和中断返回五个步骤。这些步骤共同确保了CPU能够高效地处理来自不同中断源的请求,同时保证系统的稳定性和可靠性。