rust-os.08 硬件中断(Hardware Interrupts)

在本文中，我们将设置可编程中断控制器，以将硬件中断正确转发到CPU。为了处理这些中断，我们将新条目添加到中断描述符表中，就像我们对异常处理程序所做的一样。我们将学习如何获取定期的计时器中断以及如何从键盘获取输入。

总览

中断提供了一种从连接的硬件设备通知CPU的方法。因此，键盘不必通知内核定期检查键盘上是否有新字符（称为轮询的过程），而是可以将每次按键通知内核。因为内核仅在发生某些事情时才采取行动，所以效率更高。它还可以缩短响应时间，因为内核不仅可以在下一次轮询时立即做出反应。无法将所有硬件设备直接连接到CPU。而是由一个单独的中断控制器汇总来自所有设备的中断，然后通知CPU：大多数中断控制器是可编程的，这意味着它们支持不同的中断优先级。例如，这可以使计时器中断比键盘中断具有更高的优先级，以确保准确计时。与异常不同，硬件中断是异步发生的。这意味着它们与执行的代码完全独立，并且可以随时发生。因此，我们的内核突然有了一种并发形式，其中包含所有潜在的与并发相关的错误。 Rust严格的所有权模型在这里为我们提供了帮助，因为它禁止了可变的全局状态。但是，仍然有可能出现死锁，正如我们将在本文后面看到的那样。

The 8259 PIC

英特尔8259是1976年推出的可编程中断控制器（PIC）。长期以来，它已被较新的APIC取代，但由于向后兼容的原因，当前系统仍支持其接口。 8259 PIC的建立比APIC容易得多，因此在以后的文章中切换到APIC之前，我们将使用它来引入中断。 8259有8条中断线和几条用于与CPU通讯的线。当时的典型系统配备了8259 PIC的两个实例，一个实例与一个实例PIC连接到实例之一的中断线：该图显示了中断线的典型分配。我们看到15条线中的大多数都有固定的映射，例如辅助PIC的第4行分配给了鼠标。每个控制器可以通过两个I / O端口，一个“命令”端口和一个“数据”端口进行配置。对于主控制器，这些端口是0x20（命令）和0x21（数据）。对于辅助控制器，它们是0xa0（命令）和0xa1（数据）。有关如何配置PIC的更多信息，请参见osdev.org上的文章。

ip:instruction pointer 指令指针 sp:stack pointer 栈指针 ss:stack segment 栈段寄存器 cs:code segment 代码段寄存器

硬件中断处理理解

notify_end_of_interrupt方法只向中断控制器(interrupt controller)发出信号，表明我们已经处理完中断，以便它在可能发送的下一次请求。但是，中断在CPU上默认保持禁用状态，直到中断处理程序返回。因此，即使中断控制器在中断调用的notify_end_of_interrupt之后立即引发中断，在处理程序返回之前CPU也不会开始处理它。在自定义的idt上添加一个键盘中断的中断处理函数：

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// in src/interrupts.rs

#[derive(Debug, Clone, Copy)]
#[repr(u8)]
pub enum InterruptIndex {
    Timer = PIC_1_OFFSET,
    Keyboard, // new 索引号
}

lazy_static! {
    static ref IDT: InterruptDescriptorTable = {
        let mut idt = InterruptDescriptorTable::new();
        idt.breakpoint.set_handler_fn(breakpoint_handler);
        […]
        // new 为Keyboard索引号设置中断处理函数
        idt[InterruptIndex::Keyboard.as_usize()]
            .set_handler_fn(keyboard_interrupt_handler);

        idt
    };
}

extern "x86-interrupt" fn keyboard_interrupt_handler(
    _stack_frame: &mut InterruptStackFrame)
{
    print!("k");

    unsafe {
        PICS.lock()
            .notify_end_of_interrupt(InterruptIndex::Keyboard.as_u8()); //notify_end_of_interrupt告诉cpu此中断已处理完毕
    }
}

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The 8259 PIC

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