Windows 中斷程序設(shè)計(jì)

1、Windows 中斷程序設(shè)計(jì)摘要該文討論inds3.1的中斷機(jī)制,并結(jié)合dpi接口給出一種中斷程序設(shè)計(jì)方法,以越過(guò)系統(tǒng)和應(yīng)用程序的消息隊(duì)列,處理外部實(shí)時(shí)事件。一、前言inds提供強(qiáng)大的功能以及友好的圖形用戶(hù)界面(gui),使得它不僅廣泛的用作管理事務(wù)型工作的支持平臺(tái),也被工業(yè)領(lǐng)域的工程人員所關(guān)注。但inds3.1并非基于優(yōu)先級(jí)來(lái)調(diào)度任務(wù),無(wú)法立即響應(yīng)外部事件中斷,也就不能滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中實(shí)時(shí)事件處理和實(shí)時(shí)控制應(yīng)用的要求。因此,如何在inds環(huán)境中處理外部實(shí)時(shí)事件一直是技術(shù)人員尤其是實(shí)時(shí)領(lǐng)域工程人員所關(guān)注的問(wèn)題。目前已有的方法大都采用內(nèi)掛實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核的方式,如inds下的實(shí)時(shí)控制軟件包flx

2、等,而irx實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)那么把inds3.1當(dāng)作它的一個(gè)任務(wù)來(lái)運(yùn)行。對(duì)于大型的工程工程,開(kāi)發(fā)人員可采用購(gòu)置實(shí)時(shí)軟件然后集成方式。對(duì)中小工程,從投資上考慮就不很經(jīng)濟(jì)。如何尋找一種簡(jiǎn)明的方法來(lái)處理外部實(shí)時(shí)事件仍然顯得很必要。本文首先闡述inds的消息機(jī)制及中斷機(jī)制,然后結(jié)合dpi接口,給出一種保護(hù)形式下中斷程序的設(shè)計(jì)方法,以處理外部實(shí)時(shí)事件。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明,該方法具有簡(jiǎn)潔、實(shí)用、可靠的特點(diǎn),并同樣可運(yùn)行于in95。二、inds的消息機(jī)制inds是一消息驅(qū)動(dòng)式系統(tǒng),見(jiàn)圖1。inds消息提供了應(yīng)用程序與應(yīng)用程序之間、應(yīng)用程序與inds系統(tǒng)之間進(jìn)展通訊的手段。應(yīng)用程序要實(shí)現(xiàn)的功能由消息來(lái)觸發(fā),并靠對(duì)

3、消息的響應(yīng)和處理來(lái)完成。inds系統(tǒng)中有兩種消息隊(duì)列,一種是系統(tǒng)消息隊(duì)列,另一種是應(yīng)用程序消息隊(duì)列。計(jì)算機(jī)的所有輸入設(shè)備由inds監(jiān)控,當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生時(shí),inds先將輸入的消息放入系統(tǒng)消息隊(duì)列中,然后再將輸入的消息拷貝到相應(yīng)的應(yīng)用程序隊(duì)列中。應(yīng)用程序中的消息循環(huán)從它的消息隊(duì)列中檢索每一個(gè)消息并發(fā)送給相應(yīng)的窗口函數(shù)中。一個(gè)事件的發(fā)生,到達(dá)處理它的窗口函數(shù)必需經(jīng)歷上述過(guò)程。值得注意的是消息的非搶先性,即不管事件的急與緩,總是按到達(dá)的先后排隊(duì)(一些系統(tǒng)消息除外),這就使得一些外部實(shí)時(shí)事件可能得不到及時(shí)的處理。圖1三、inds的保護(hù)形式及中斷機(jī)制1.inds的保護(hù)形式保護(hù)形式指的是線(xiàn)性地址由一個(gè)選擇符

4、間接生成的,該選擇符指向描繪表中的某一項(xiàng);而實(shí)形式中那么通過(guò)一個(gè)段/偏移量對(duì)來(lái)直接尋址。80386(486)pu提供的保護(hù)形式才能包括一個(gè)64k的虛擬地址空間和一個(gè)4g的段尺寸。inds3.1實(shí)現(xiàn)時(shí)有所差異,它支持標(biāo)準(zhǔn)形式和增強(qiáng)形式。標(biāo)準(zhǔn)形式針對(duì)286機(jī)器,不屬本文討論范圍。增強(qiáng)形式是對(duì)386以上pu而言,inds正是使用保護(hù)形式來(lái)打破1的屏障并且執(zhí)行簡(jiǎn)單的內(nèi)存保護(hù)。它使用選擇器、描繪器和描繪器表控制訪(fǎng)問(wèn)指定內(nèi)存的位置和段。描繪器表包括全局描繪器表、部分描繪器表、中斷描繪器表。保護(hù)形式與實(shí)形式有許多不同。其中顯著的差異是訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存的機(jī)制不同。2.中斷機(jī)制(1)實(shí)形式中斷為了便于理解,我們先回憶實(shí)

5、形式中斷。在實(shí)形式下,中斷向量表ivt起到相當(dāng)重要的作用。無(wú)論來(lái)自外部硬件的中斷或是內(nèi)部的軟中斷intn,在pu中都產(chǎn)生同樣的響應(yīng)。pu將當(dāng)前的指令指針存放器(ip)、代碼段存放器(s)、標(biāo)志存放器壓入堆棧。然后pu使用n值作為指向中斷向量表ivt的索引,在ivt中找出效勞例程的遠(yuǎn)地址。pu將此遠(yuǎn)地址裝入s:ip存放器中,并開(kāi)場(chǎng)執(zhí)行效勞例程。中斷例程總以iret指令完畢。此指令使存在堆棧中的三個(gè)值彈出并填入s、ip和標(biāo)志存放器,pu繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的指令。(2)保護(hù)形式中斷保護(hù)形式中斷過(guò)程與實(shí)形式中斷過(guò)程類(lèi)似,但它不再使用中斷向量表ivt,而使用中斷描繪符表(idt)。值得一提的是,inds運(yùn)行時(shí)

6、ivt還存在,應(yīng)用程序并不使用它,inds仍然使用,但含義已不同。ivt構(gòu)造:ivt在ra的00000000之上,占據(jù)開(kāi)場(chǎng)的1024字節(jié)。它仍然由bis啟動(dòng)例程設(shè)置,由ds填充到ra中。idt中斷描繪符表:保護(hù)形式下,inds操作系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)中斷機(jī)制而建立的一個(gè)特殊表,即中斷描繪符表idt。該表被用來(lái)保存中斷效勞例程的線(xiàn)性地址,它們是真正的24位或32位地址,沒(méi)有段:偏移值構(gòu)造。中斷描繪器表最多可含有256個(gè)例程說(shuō)明,詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)見(jiàn)【3】。idt構(gòu)造見(jiàn)圖2。圖2當(dāng)中斷或異常發(fā)生時(shí),處理過(guò)程與實(shí)形式類(lèi)同。當(dāng)前的sip值和標(biāo)志存放器值被存儲(chǔ)。保存的內(nèi)容還包括pu其他內(nèi)部存放器的值,以及目前正在被執(zhí)行的

7、任務(wù)的有關(guān)信息(假設(shè)必須發(fā)生任務(wù)切換的話(huà))。pu設(shè)法獲取中斷向量后,以它為索引值,查找idt中的效勞例程遠(yuǎn)地址,接著將控制轉(zhuǎn)移到該處的效勞例程。這是與實(shí)形式轉(zhuǎn)移到ivt的不同所在。保護(hù)形式使用idtr存放器分配和定位內(nèi)存中的idt中斷描繪符表。idt在內(nèi)存中是可挪動(dòng)的,與ivt固定在內(nèi)存中剛好相反。idt中斷描繪符表在inds中起決定性的作用。理解了inds下保護(hù)模式的中斷機(jī)制。有助于我們理解中斷效勞程序的設(shè)計(jì),它的關(guān)鍵就在于如何將效勞例程的地址放入idt中斷描繪符表中。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí),如何將斷點(diǎn)地址及pu各存放器值保護(hù)起來(lái);中斷完畢時(shí),如何將保護(hù)的值恢復(fù)。inds系統(tǒng)本身并不提供實(shí)現(xiàn)上述功能的

8、api,而ds保護(hù)形式接口dpi正具備了上述的功能。下面我們首先介紹dpi接口,然后基于它實(shí)現(xiàn)inds下中斷效勞程序的設(shè)計(jì)。四、ds保護(hù)形式接口dpiinds除了標(biāo)準(zhǔn)效勞外,還支持一組特殊的ds效勞,稱(chēng)為ds保護(hù)形式接口dpi,由一些int2fh和int31h效勞組成。它使應(yīng)用程序可以訪(fǎng)問(wèn)p系列計(jì)算機(jī)的擴(kuò)大內(nèi)存,同時(shí)維護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)功能。dpi通過(guò)軟件中斷31h來(lái)定義了一個(gè)新的接口,使得保護(hù)形式的應(yīng)用程序可以用它作分配內(nèi)存,修改描繪符以及調(diào)用實(shí)形式軟件等工作。inds為應(yīng)用程序提供dpi效勞。即inds是dpi的宿主(hst),應(yīng)用程序是dpi的客戶(hù)(lient),可通過(guò)int-31h調(diào)用得到d

9、pi效勞。int-31h本身提供多功能。其中它的中斷管理效勞允許保護(hù)形式用于攔截實(shí)形式中斷,并且掛住處理器異常。有些效勞可以和dpi宿主合作,以維護(hù)應(yīng)用程序的虛擬中斷標(biāo)志?？梢杂胕nt31h來(lái)掛住保護(hù)形式中斷向量,以中斷方式處理外部實(shí)時(shí)事件。利用int31h,功能0205h:設(shè)置保護(hù)形式中斷向量,將特定中斷的保護(hù)形式處理程序的地址置入中斷向量里。調(diào)用方式:ax=0205h,bl=中斷號(hào),x(e)dx=中斷處理程序選擇符:偏移值。返回:執(zhí)行成功f=清零,執(zhí)行失敗f=置位。掛住/解掛中斷向量的時(shí)機(jī)很重要。主窗口第一次被創(chuàng)立時(shí)會(huì)傳送它-reate消息,這時(shí)是掛住中斷向量的最好時(shí)機(jī)。退出時(shí)需解掛向量,

10、否那么inds可能崩潰。主窗口接收到-de-stry之后進(jìn)展解掛工作,是最合適的。解掛向量可先用int35h,0204h功能將老的中斷向量保存,退出時(shí)用int35h,0205h恢復(fù)。五、編程實(shí)現(xiàn)有了dpi的支持,我們就可以很方便地處理數(shù)據(jù)采集、串行通信等工業(yè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)事件。下面以inds3.1平臺(tái)下中斷方式實(shí)現(xiàn)的串行通信為例,說(shuō)明中斷程序的編制和實(shí)現(xiàn)。為便于參考,給出了詳細(xì)的代碼。開(kāi)發(fā)平臺(tái)b3.1/b4.5,其本身支持0.9版的dpi,無(wú)需運(yùn)行其它支持dpi的軟件。編程語(yǔ)言,可與+混合編譯。初始化1,9600波特率,每字符8bits,1個(gè)停頓位,中斷接收,查詢(xún)發(fā)送。/indsasyuniat

11、in/bylixiuing/lastdifiednjune25,1996#inludeinds.h#inludeds.hvidinterruptfardatareeive();vidinterruptfar(*ld-vetr)();unsignedhardata-r1024,data-s1024;intinflag=0;unsignedints8259;intinit1()/串口1初使化s8259=inprtb(0 x21);/讀入8259當(dāng)前狀態(tài)并保存utprtb(0 x21,s82590 xe8);/初始化8259,允許0 x0號(hào)中斷utprtb(0 x3fb,0 x83);utprtb(

12、0 x3f8,0 x0);utprtb(0 x3f9,0 x00);utprtb(0 x3fb,0 x03);utprtb(0 x3f,0 x08);/允許中斷信號(hào)送到8259a,以便能中斷utprtb(0 x3f9,0 x01);/0 x01,中斷允許return1;vidinterruptfardatareeive()/中斷接收子程序statiinti=0;/靜態(tài)部分變量harrehar=0;/每中斷一次,i自動(dòng)加1rehar=inprtb(0 x3f8);/從數(shù)據(jù)口讀出發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)if(inflag=0)i=0;gtll;data-ri+=rehar;/存入data-r(通信緩沖區(qū))i

13、nflag=1;i=0;ll:utprtb(0 x20,0 x20);/回送中斷完畢標(biāo)志/調(diào)用dpi/保存舊的0h號(hào)保護(hù)形式中斷向量/設(shè)置新的保護(hù)形式中斷效勞例程vidinit(vid)aslivax,204hvbl,0hint31hstild-vetr=k-fp(-x,-dx);/保存asli/設(shè)置新的0 x0中斷效勞例程vax,205hvbl,0hvx,segdatareeivevdx,ffsetdatareeiveint31hstiinit1();/恢復(fù)8259狀態(tài)/恢復(fù)0h保護(hù)形式向量vidrestre(vid)utprtb(0 x21,s8259);aslivax,205hvbl,0

14、hvx,segld-vetrvdx,ffsetld-vetrint31hsti在窗口第一次被創(chuàng)立時(shí)會(huì)傳送它-reate消息,這時(shí)調(diào)用init()即可。在主窗口關(guān)閉時(shí),即主窗口中收到-destry消息時(shí),調(diào)用restre()恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。這樣在對(duì)串口初始化,設(shè)置中斷效勞例程后,通信事件發(fā)生時(shí),會(huì)立即跳入中斷子程序中執(zhí)行,越過(guò)系統(tǒng)的消息隊(duì)列,到達(dá)實(shí)時(shí)處理通信事件的目的。而數(shù)據(jù)處理模塊可通過(guò)全局標(biāo)志flag訪(fǎng)問(wèn)全局的數(shù)據(jù)通信緩沖區(qū)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這種實(shí)現(xiàn)方式與基于消息機(jī)制的inds通信api實(shí)現(xiàn)相比具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn),因?yàn)樗^(guò)inds系統(tǒng)的兩極消息機(jī)制。上述程序已在實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在inds3.1支持下,同時(shí)運(yùn)行三個(gè)inds任務(wù):效勞器server