Встроенные Системы

Внешние события
Окружение ВС, как и сама система, вызывают события, на которые надо реагировать:
Истек промежуток времени
Обнаружено нажатие клавиши
Произошло изменение состояния датчика
Внешнее устройство готово передать данные.
Многие другие.

Как обнаружить событие?
Опрос: время от времени проверять, не наступило ли событие.
Хорошо: детерминизм
Плохо: большие накладные расходы и время реакции.
Прерывание: при наступлении события процессор передает управление программе обработки.

Прерывание
Прерывание (interrupt) – это асинхронное событие, приостанавливающее поток вычислений, производимых процессором, и передающее управление обработчику прерываний.
Обычно, обработчик прерывания обеспечивает восстановление контекста вычислений после обработки прерывания.
Обработчик прерывания
Основная программа

Что делает процессор?
Передача управления может произойти только если обработка прерываний разрешена.
Процессор сохраняет минимально необходимый контекст (обычно, адрес возврата и регистр состояния процессора на момент прерывания).
Процессор начинает выполнять команды обработчика прерываний.

Что делает программа-обработчик?
Обработчик (handler) полностью сохраняет контекст (регистры и состояние процессора) для последующего возобновления.
Если надо, производится создание контекста для вызова кода на ЯВУ.
После завершения обработки, сохраненный контекст восстанавливается, и продолжается выполнение прерванной программы.

Зачем запрещают прерывания?
Обработчик прерываний и программа могут разделять общие данные – необходимо поддерживать их целостность.
Обработчик прерывания может привести к смене потока выполнения: необходимо поддерживать целостность данных, разделяемых такими потоками.

Особенности архитектуры: куда передается управление?
По адресу из таблицы – вектора прерываний
По фиксированному адресу (по нескольким фиксированным адресам в зависимости от типа прерывания)
По фиксированному смещению относительно значения регистра VBR

Контроллер Прерываний
Процессорное ядро обычно поддерживает от одного до семи запросов прерываний. Количество источников асинхронных событий – много больше.
Контроллер прерываний (Interrupt Controller) – устройство, отслеживающее возникновение событий, определяющее порядок и время их обработки.

Контроллер прерываний (прод.)
CPU
Int
Ctrl
.
.
.
Int
Ctrl
.
.
.
Запрос прерывания
Уровень 1
Уровень 2
(каскадированный)

Контроллер прерываний (прод.)
Функции контроллера прерываний:
Маскирование каждого источника по отдельности
Вычисление номера источника прерывания, который должен быть обработан в данный момент с учетом приоритета источника.
Вычисление множества запросов, ожидающих обработки.

Уровень прерывания
Процессор (или контроллер прерываний) может определять текущий уровень прерываний процессора.
Если в некоторый момент процессор имеет уровень N, то его работа может быть прерван запросом уровня выше N.
Обычно, при возникновении прерывания уровня N уровень процессора устанавливается в N.

Запрос прерывания
Устройство сообщает контроллеру прерывания о наступлении события изменяя логический уровень сигнала запроса прерывания.
Событие наступает, когда:
Уровень сигнала высокий (active high)
Уровень сигнала низкий (active low)
Уровень переходит с низкого на высокий (front edge)
Уровень переходит с высокого на низкий (rear edge)

Латентность прерываний
Латентность прерывания (interrupt latency) – время между наступлением события и моментом его обработки.
Латентность складывается из:
Задержек контроллера прерывания и процессора
Временем, в течении которого программа выполняется с запрещением обработки прерываний
Временем работы обработчиков прерываний более высокого уровня.
Накладными расходами на обработку прерывания (сохранение/восстановление контекста)