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中断机制

简介

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。
中断的触发一般是由外设或者CPU内部产生，由中断控制器进行处理再通知到CPU进行中断响应过程，其要点如下：

•外设或者CPU内部产生的这个中断来源称为中断源；
•CPU响应中断转入到的新的处理程序称为中断服务程序；
•中断处理完成后，处理器需要恢复之前的现场，简称“恢复现场”；
•当多个中断源请求中断的时候，需要通过优先级区分中断，便于CPU进行中断的处理；
•低优先级可以被高优先级打断，这个过程称之为中断嵌套；
•中断可以被屏蔽；
•所有的中断源都有一个编号，称为“中断号”；
•每一个中断号通过中断向量表与中断服务程序一一对应，中断向量表保存的是所有的中断服务程序的入口地址，该入口地址被称之为中断向量；

中断机制

## RISC-V架构的中断和异常
### 概述
	从广义上来说，中断和异常属于一个概念；对于处理器而言，通常只区分为同步异常和异步异常。
	同步异常：同步异常是指由于执行程序或者试图执行指令而产生的异常；例如，非法指令访问；
	异步异常：最常见的异步异常是外部中断，例如外设触发一个外部中断。

异常处理机制

	• 进入异常时，RISC-V架构规定(以机器模式为例)：
	1、当前的程序执行流停止执行，直接跳转到CSR寄存器的mtvec定义的PC地址执行；
	2、硬件同时更新下列几个CSR寄存器(具体情况可参考RISC-V架构介绍)：
		• mcause(Machine Cause Register)：机器模式异常原因寄存器
		• mepc(Machine Exception Program Register):机器模式异常PC寄存器
		• mtval(Machine Trap Value Register)：机器模式异常值寄存器
		• mstatus(Machine Status Register)：机器模式状态寄存器
	mstatus寄存器的Exception Code域标识是何种异常或者何种中断。定义如下图表格所示：
	
		
	• 退出异常时，需要从异常服务程序中退出，并返回主程序。RISC-V架构定义了一组专门的退出异常指令：MRET、SRET、URET，分别
	对应机器模式、监督模式、用户模式的退出。
	以MRET为例，当处理器执行MRET指令后，硬件行为如下：
	1、当前程序执行流程停止执行，跳转到mepc的地址运行；
	2、更新mstatus状态寄存器(具体情况可参考RISC-V架构介绍)；

中断类型

	RISC-V 架构定义的中断类型分为 4 种。
	• 外部中断（External Interrupt） ：指来自处理器核外部的中断，例如GPIO、UART等产生的中断。
	• 计时器中断（Timer Interrupt） ：计时器中断是指来自计时器的中断。
	• 软件中断（Software Interrupt） ：软件中断是指来自软件自己触发的中断。
	• 调试中断（Debug Interrupt）：专用于实现调试器（Debugger）。

中断控制器

	1、CLINT 模块生成计时器中断和软件中断
		CLINT 的全称为处理器核局部中断控制器（Core Local Interrupts Controller），主要用于产生计时器中断（Timer Interrupt）和软件中断（Software Interrupt）。
	2、PLIC 管理多个外部中断
		PLIC 全称为平台级别中断控制器（Platform Level Interrupt Controller），它是 RISC-V架构标准定义的系统中断控制器，主要用于多个外部中断源的优先级仲裁。
	RISC-V中断控制器如下图所示：

中断处理流程

中断服务程序

		每一个中断源对应一个中断号，每一个中断号又通过中断向量表和中断服务程序进行关联。当中断产生后，通过中断向量表
		跳转到中断服务程序的入口地址进行执行。如下图所示：

中断处理流程

		CPU响应中断并进行处理，通常经历以下过程：保存当前线程的栈信息、跳转中断服务程序运行、恢复被打断的线程栈继续运行。
		如下图所示：

中断函数接口

xs_int32 xs_RegisterHwIrq(xs_uint32 irq, void * handler, void *arg, char *name);

该函数用于

xs_int32 xs_FreeHwIrq();

xs_int32 xs_DisableHwIrq();

xs_int32 xs_EnableHwIrq();

使用场景

/* 底层的中断控制器操作函数*/

xs_int32 xs_DisableHwPlicIrq() ///< RISCV平台级别中断控制器中断关闭接口，控制片上外设中断 xs_int32 xs_EnableHwPlicIrq() ///< RISCV平台级别中断控制器中断使能接口，控制片上外设中断

xs_int32 xs_DisableHwClintIrq()///< RISCV局部中断控制器中断关闭接口，控制片上定时器中断和软件中断 xs_int32 xs_EnableHwClintIrq() ///< RISCV局部中断控制器中断使能接口，控制片上定时器中断和软件中断

xs_int32 xs_DisableGloableIrq()