Организация перехода к прерывающей программе

Конкретные реализации процедур перехода к прерывающей программе во многом зависят от структуры системы прерывания и типа используемого процессора. Между тем, можно сформулировать некоторые общие принципы построения этих процедур. В любой процедуре перехода к обработчику главное место занимает передача текущего вектора состояния прерываемой программы на хранение в стек, а затем загрузка в регистры процессора вектора прерывания, т.е. начального вектора состояния обработчика, который, как уже отмечалось, в большинстве случаев состоит только из одного элемента – начального адреса. Векторы прерывания хранятся в фиксированных ячейках ОП, поэтому процессор должен предварительно получить адрес соответствующего вектора прерывания. При наличии нескольких ИЗП процедура перехода к прерывающей программе включает в себя также операции по выявлению запроса прерывания с максимальным приоритетом.

Следует отметить, что различают абсолютный и относительный приоритеты.

Абсолютный приоритет – запрос, имеющий абсолютный приоритет, при поступлении сразу же прерывает выполняемую в процессоре программу и инициирует выполнение соответствующего обработчика.

Относительный приоритет – запрос, имеющий относительный приоритет, при поступлении является первым кандидатом на обслуживание после завершения выполнения текущей программы.

Именно метод обнаружения запроса с максимальным приоритетом и способ формирования адреса вектора прерывания различают процедуры обработки прерываний в системах радиальной и цепочечной структуры. Ниже коротко рассматриваются основные моменты перехода к прерывающей программе для обоих случаев.

 

· Радиальная структура

В соответствии с рис. 5.5 все запросы от ИЗП фиксируются в разрядах РгЗП, который еще называется регистром флажков. При поступлении запроса в соответствующий разряд РгЗП записывается 1 (поднимается флажок). Дальнейшая последовательность операций по реализации процедуры перехода к прерывающей программе следующая:

1. При поступлении любого запроса (или нескольких запросов) в РгЗП формируется сигнал ОСП. Этот сигнал транслируется в процессор, а также инициирует процедуру поиска запроса с максимальным приоритетом, результатом выполнения которой является формирование кода адреса соответствующего вектора прерывания. Эта процедура может выполняться как программно, так и аппаратно. Некоторые варианты ее реализации рассматриваются ниже.

2. Процессор заканчивает выполнение текущей команды и посылает в контроллер сигнал "Подтверждение прерывания" (см. рис. 5.5).

3. В ответ на сигнал "Подтверждение прерывания" контроллер выставляет на ШД код адреса вектора прерывания.

4. Процессор считывает с ШД код адреса вектора прерывания, сохраняет в стеке вектор текущего состояния прерываемой программы (в простейшем случае только содержимое счетчика адреса команд) и осуществляет переход к прерывающей программе. Если вектор текущего состояния прерываемой программы автоматически сохраняется только частично, то операции по сохранению его остальных элементов возлагаются на обработчик (см. рис. 5.2, интервал времени tз).

 

· Цепочечная структура

В соответствии с рис. 5.6 к каждой ЛЗП (входу системы прерывания) может быть подключено множество запросчиков ИЗП, объединенных по схеме монтажное "или". Сигнал "подтверждение прерывания" распространяется по цепочке ИЗП, подключенных к одной ЛЗП. Распространение этого сигнала блокируется ИЗП_j, выставившим запрос. Получив сигнал "Подтверждение прерывания", ИЗП_j выставляет на ШД код адреса вектора прерывания. Таким образом, приоритет подключенных к одной ЛЗП устройств определяется положением ИЗП в цепочке распространения сигнала "Подтверждение прерывания". Это исключает необходимость выполнения процедуры поиска запроса с максимальным приоритетом среди ИЗП, подключенных к одной ЛЗП.

Если ЛЗП несколько, что обычно имеет место в реальных системах прерывания цепочечной структуры, в контроллере прерывания выполняется процедура поиска возбужденной ЛЗП с максимальным приоритетом, которая аналогична процедуре поиска запроса с максимальным приоритетом в системе радиальной структуры.

На основании вышеизложенного можно сформулировать последовательность основных операций по реализации процедуры перехода к прерывающей программе. При этом предполагается, что состояние возбужденных ЛЗП фиксируется в разрядах РгЗП, несмотря на то, что при потенциальном способе задания сигналов запросов прерывания его наличие не обязательно.

1. При поступлении любого запроса (или нескольких запросов) в РгЗП формируется сигнал ОСП. Этот сигнал транслируется в процессор, а также инициирует процедуру поиска возбужденной ЛЗП с максимальным приоритетом, результатом выполнения которой является выбор линии распространения сигнала "Подтверждение прерывания" (цепочки ИЗП).

2. Процессор заканчивает выполнение текущей команды и посылает в контроллер сигнал "Подтверждение прерывания" (см. рис. 5.6).

3. Получив этот сигнал, контроллер транслирует его на выбранную цепочку ИЗП.

4. ИЗП, имеющий максимальный приоритет среди устройств, выставивших запрос на выбранную ЛЗП, блокирует дальнейшее распространение сигнала "Подтверждение прерывания" и выставляет на ШД код адреса своего вектора прерывания.

5. Процессор считывает с ШД код адреса вектора прерывания, сохраняет в стеке вектор текущего состояния прерываемой программы (в простейшем случае только содержимое счетчика адреса команд) и осуществляет переход к прерывающей программе. Если вектор текущего состояния прерываемой программы автоматически сохраняется только частично, то операции по сохранению его остальных элементов возлагаются на обработчик (см. рис. 5.2, интервал времени t_з).

В простых системах прерывания цепочечного типа может присутствовать только одна ЛЗП. В этом случае отпадает необходимость выполнения процедуры поиска ЛЗП с максимальным приоритетом, которая даже если выполняется аппаратными средствами, требует сравнительно больших временных затрат. Отпадает необходимость и в контроллере прерываний, поскольку сигнал с ЛЗП может непосредственно поступать на соответствующий вход процессора вместо сигнала ОСП. Такие системы прерывания являются наиболее динамичными, даже при достаточно большом количестве ИЗП.

Уже неоднократно отмечалось, что обязательным компонентом процедуры перехода к обработчику является операция обнаружения наиболее приоритетного запроса прерывания (радиальная структура) или ЛЗП (цепочечная структура), которая в большинстве случаев выполняется в контроллере прерываний. Тем самым реализуется система приоритетных соотношений между ИЗП или цепочками ИЗП. Эта система приоритетных соотношений может быть либо фиксированной, либо может изменяться программным путем в процессе обработки задачи. В соответствии с этим различаются системы прерываний с фиксированными приоритетами и с программно-управляемыми. Большинство контроллеров прерываний являются программируемыми и могут реализовывать как систему фиксированных, так и программно-управляемых приоритетов. Ниже рассматриваются некоторые варианты реализации процедур установления приоритетных соотношений обоих типов.