查看“Interrupt Service Routines”的源代码

[[:Category:x86|x86]]体系结构是一个[[interrupt|中断]]驱动的系统。 外部事件触发中断 - 中断正常控制流，并调用'''中断服务例程'''(ISR-Interrupt Service Routine)。

这样的事件可以由硬件或软件触发。 硬件中断的一个例子是键盘： 每按一次键，键盘就会触发IRQ1(中断请求1)，并调用相应的中断处理程序。 定时器和磁盘请求完成是硬件中断的其他可能来源。

软件驱动的中断由<tt>int</tt>操作码触发； 例如，MS-DOS提供的服务由触发 <tt>INT 21h</tt>的软件调用，并在CPU寄存器中传递适用的参数。

为了让系统知道当某个中断发生时调用哪个中断服务例程，当您处于 [[Protected mode|保护模式]] 时，ISR的偏移量存储在 [[IDT|中断描述符表-Interrupt Descriptor Table]] 中， 或者在[[Real Mode|实模式]]下的[[Interrupt Vector Table|中断向量表]]中。

ISR由CPU直接调用，并且用于调用ISR的协议不同于调用C函数那样的调用。 最重要的是，ISR必须以 <tt>iret</tt> 操作码 (或 <tt>iretq</tt> 在长模式下-是的，即使是使用intel语法) 结束，而通常的C函数以 <tt>ret</tt> 或 <tt>ret</tt> 结尾。 这个显而易见但却错误的解决方案导致了操作系统程序员中最“流行”的错误之一：三重故障（triple-fault）。

==调用处理程序的时间==
=== x86 ===
当CPU调用中断处理程序时，CPU将这些值按以下顺序推送到堆栈上:

<pre>
EFLAGS -> CS -> EIP
</pre>

CS值用两个字节填充，形成一个双字（doubleword）。

如果门类型不是陷阱门，CPU将清除中断标志。 如果中断是异常，则CPU会将错误代码作为双字推送到堆栈上。

CPU将把相关IDT描述符中的段选择器值加载到CS中。

=== x86-64 ===
当CPU调用中断处理程序时，它会将RSP寄存器中的值更改为IST中指定的值，如果没有，堆栈将保持不变。 到新堆栈上，CPU按以下顺序推送这些值:

<pre>
SS:RSP (original RSP) -> RFLAGS -> CS -> RIP
</pre>

CS被填充成一个四字（quadword）。

如果中断是从不同的Ring调用的，则SS设置为0，表示空选择器。 CPU将修改RFLAGS寄存器，将TF，NT和RF位设置为0。 如果门类型是陷阱门，CPU将清除中断标志。

如果中断是异常，CPU将把一个错误代码推入堆栈，并用字节填充以形成一个四字。

CPU会将段选择器值从关联的IDT描述符加载到CS中，并检查以确保CS是有效的代码段选择器。

==问题==
许多人回避汇编，希望尽可能多地使用他们最喜欢的高级语言。 [[GCC]] (以及其他编译器) 允许您添加内联汇编，因此许多程序员都想编写这样的ISR:

<source lang="C">
/*如何不编写中断处理程序*/
void interrupt_handler(void)
{
    asm("pushad"); /*保存寄存器。*/
    /* 做点什么 */
    asm("popad");  /*恢复寄存器*/
    asm("iret");   /*这将是三重故障！*/
}
</source>

这行不通。 编译器不明白发生了什么。 它不理解在ASM语句之间需要保留寄存器和堆栈；优化器可能会损坏函数。 此外，编译器会在函数之前和之后添加堆栈处理代码，这与iret一起导致类似于以下内容的汇编代码:

<source lang="asm">
push   %ebp
mov    %esp,%ebp
sub    $<size of local variables>,%esp
pushad
# C code comes here
popad
iret
# “leave” 如果使用局部变量，则“pop %ebp”。
leave
ret
</source>

这将如何打乱堆栈应该是显而易见的(ebp被push，但从未pop)。 不要这样做。 相反，以下是你的选择。

==解决方案==
=== 纯汇编 ===

充分了解汇编，在其中编写中断处理程序。;-)

=== 两阶段汇编包装 ===

编写一个汇编包装器调用C函数来完成实际工作，然后执行iret。

<source lang="asm">
/* filename: isr_wrapper.s */
.globl   isr_wrapper
.align   4

isr_wrapper:
    pushad
    cld /* sysV ABI后面的C代码要求在函数输入时清除DF* /
    call interrupt_handler
    popad
    iret
</source>
<source lang="C">
/* 文件名：interrupt_handler.c*/
void interrupt_handler(void)
{
    /* 做点什么 */
}
</source>

=== 特定于编译器的中断指令 ===

某些处理器的一些编译器具有允许您声明例程中断、提供#pragma中断或专用宏的指令。 Clang 3.9，Borland C，Watcom C/C，Microsoft C 6.0和免费Pascal编译器1.9.* 以上和GCC提供这一点。 Visual C++提供了一个替代的'''Naked Functions'''

==== Clang ====

从版本3.9开始，它支持x86/x86-64目标的[http://clang.llvm.org/docs/AttributeReference.html#id1 中断属性]。

<source lang="C">
struct interrupt_frame
{
    uword_t ip;
    uword_t cs;
    uword_t flags;
    uword_t sp;
    uword_t ss;
};

__attribute__ ((interrupt))
void interrupt_handler(struct interrupt_frame *frame)
{
    /* do something */
}
</source>

==== Borland C ====

<source lang="C">
/* Borland C */
void interrupt interrupt_handler(void)
{
    /* do something */
}
</source>

==== Watcom C/C++ ====

<source lang="C">
/* Watcom C/C++ */
void _interrupt interrupt_handler(void)
{
    /* do something */
}
</source>

==== Naked Functions ====

有些编译器可以用来制作中断例程，但需要您手动处理堆栈和返回操作。 这样做需要在没有尾声或序言的情况下生成函数。 这称为使函数''naked'' -这是在Visual C中通过将属性 “_ declspec(naked)” 添加到函数来完成的。 您需要验证是否包含返回操作（如“iretd”），因为这是尾声的一部分，编译器现在已被指示不包含该操作。

如果您打算使用局部变量，则必须按照编译器期望的方式设置堆栈帧；但是，由于ISR是不可重入（non-reentrant）的，您可以简单地使用静态变量。

==== Visual C++ ====

Visual C还提供了 __LOCAL_SIZE汇编程序宏，它会告知您堆栈上的对象需要多少空间用于函数。

<source lang="C">
/* Microsoft Visual C++ */
void _declspec(naked) interrupt_handler()
{
    _asm pushad;

    /* do something */

    _asm{
        popad
        iretd
    }
}
</source>

==== GCC / G++ ====

[https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/x86-Function-Attributes.html#x86-Function-Attributes 在线文档]说，通过使用GCC的函数属性，他们增加了使用__attribute__((interrupt))在C接口中编写中断处理程序的能力。 所以替代如下做法：

<source lang="C">
/* 黑魔法-强烈不推荐!*/
void interrupt_handler() {
    __asm__("pushad");
    /* do something */
    __asm__("popad; leave; iret"); /*黑魔法*/
}
</source>

你可以有正确的(GCC)形式：

<source lang="C">
struct interrupt_frame;

__attribute__((interrupt)) void interrupt_handler(struct interrupt_frame* frame)
{
    /* do something */
}
</source>

GCC的文档指出，如果使用中断属性（interrupt attribute），则在x86和x86-64体系结构上将使用iret指令代替ret。 它还说，“因为GCC不保留SSE、MMX或x87状态，所以GCC选项-mgeneral regs只能用于编译中断和异常处理程序。”

=====黑魔法=====

查看[[Interrupt_Service_Routines#问题|上面]]错误的代码，跳过了正确的C函数退出代码，破坏了堆栈。 现在，考虑这个代码片段，其中手动添加退出代码：

<source lang="C">
/*黑魔法-强烈反对！*/
void interrupt_handler() {
    __asm__("pushad");
    /* 做点什么 */
    __asm__("popad; leave; iret"); /*黑魔法*/
}
</source>

相应的输出看起来有点像这样：

<source lang="asm">
push   %ebp
mov    %esp,%ebp
sub    $<size of local variables>,%esp
pushad
# C code comes here
popad
leave
iret
leave # dead code
ret   # dead code
</source>

这假设 <tt>leave</tt> 是正确的函数结束处理-您正在 “手工” 执行函数返回代码，而将编译器生成的处理保留为 “死代码”。 不用说，对编译器内部的这种假设是危险的。 这段代码可以在不同的编译器上中断，甚至可以在同一编译器的不同版本上中断。 因此，强烈不鼓励它，这里仅出于完整性而列出。

=====汇编Goto=====
:''全文：[[ISRS_PIC_AND_MULTI TASKING|ISRS、PIC和MULTI TASKING]]''

自版本4.5起，GCC支持 “asm goto” 语句。 它可以用来使ISR成为返回ISR入口点正确地址的函数。

[[Category:Interrupts]]
[[Category:x86]]