27. Программируемый контролер прерываний. Уровни прерываний. Механизм вызова прерываний. Функция KeBugCheckEx.

Контроллер прерываний (PIC) — микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. Как правило, представляет собой электронное устройство, иногда выполненное как часть самого процессора или же сложных микросхем его обрамления, входы которого присоединены электрически к соответствующим выходам различных устройств. Номер входа контроллера прерываний обозначается "IRQ". Следует отличать этот номер от приоритета прерывания, а также от номера входа в таблицу векторов прерываний (INT). Так, например, в IBM PC в реальном режиме работы (в этом режиме работает MS-DOS) процессора прерывание от стандартной клавиатуры использует IRQ 1 и INT 9.

В первоначальной платформе IBM PC используется очень простая схема прерываний. Контроллер прерываний представляет из себя простой счётчик, который либо последовательно перебирает сигналы разных устройств, либо сбрасывается на начало при нахождении нового прерывания. В первом случае устройства имеют равный приоритет, во втором устройства с меньшим (или большим при обратном счёте) обладают большим приоритетом.

Уровни прерываний

Windows имеет аппаратно-независимую шкалу приоритетов, которые называются уровни запросов прерываний (interrupt request levels, IRQL), и охватывает не только прерывания, а все события, требующие системной обработки

High Наивысший уровень 31

Power fail Отказ электропитания 30

Inter-process interrupt Межпроцессорный сигнал 29

Clock Системные часы 28

Текущий уровень приоритета хранится в данных, описывающих состояние процессора, и может быть определен системным отладчиком kd или посредством вызова функции KeGetCurrentIrql.

На нулевом (PASSIVE LEVEL) уровне IRQL работают пользовательские процессы и часть кода операционной системы. Программа, работающая на этом уровне, может быть вытеснена почти любым событием, случившимся в системе. Большинство процедур режима ядра старается удерживать IRQL уровень процессора как можно более низким.

IRQL уровни 1 (APC LEVEL) и 2 (DISPATCH LEVEL) предназначены для так называемых программных (в терминологии Microsoft) прерываний соответственно: асинхронный вызов процедуры - APC (asynchronous procedure call) и отложенный вызов процедуры - DPC (deferred procedure call).

IRQL уровни 3-26 относятся к обычным прерываниям от устройств.

Механизм прерывания работает следующим образом: каждому из основных типов прерываний присвоен свой номер. Например, прерывание таймера имеет номер 8, гибкие диски, используют номер 14. В самом начале оперативной памяти IBM/PC хранится таблица с адресами программ, которые должны вызываться при возникновении различных прерываний. Эти адреса должны быть полными сегментированными адресами, так что они занимают по два слова или по четыре байта каждый. Эти адреса иногда называются векторами прерываний. Прерывание с номером 0 имеет вектор, хранящийся в ячейке с нулевым адресом, прерывание 1 имеет свой вектор в ячейке 4 и так далее. Когда происходит прерывание номер "X", вектор, хранящийся по адресу 4X, загружается в регистры адреса программы, т.е., регистры CS и IP, и компьютер начинает выполнять программу обслуживания прерывания, которая размещается по этому адресу.

Когда обработка прерывания заканчивается, программа обработки возвращает управление программе, которая выполнялась в момент возникновения прерывания, с помощью специальной команды IRET или "возврат из прерывания". Чтобы такой возврат мог быть выполнен, необходимо сохранить в стеке текущие адреса программы до загрузки в регистры CS и IP вектора прерывания.

Независимо от причины реальный крах системы вызывается функцией KeBugCheckEx (документирована в Windows DDK). Она принимает так называемый стоп-код (stop code), или контрольный код ошибки (bug check code), и четыре параметра, интерпретируемые с учетом стоп-кода. KeBugCheckEx маскирует все прерывания на всех процессорах системы, а затем переключает видеоадаптер в графический режим VGA с низким разрешением (поддерживаемый всеми видеокартами, совместимыми с Windows) и выводит на синем фоне значение стоп-кода и несколько строк текста с рекомендациями относительно дальнейших действий. Наконец, KeBugCheckEx вызывает все зарегистрированные функции обратного вызова драйверов устройств при ошибке (device driverbug check callbacks), чтобы они могли остановить свои устройства.