| к содержанию |
|
В защищённом режиме все прерывания разделяются на два типа - обычные прерывания и исключения (exception - исключение, особый случай).
Обычное прерывание инициируется командой INT (программное прерывание) или внешним событием (аппаратное прерывание). Перед передачей управления процедуре обработки обычного прерывания флаг разрешения прерываний IF сбрасывается и прерывания запрещаются.
Исключение происходит в результате ошибки, возникающей при выполнении какой-либо команды, например, если команда пытается выполнить запись данных за пределами сегмента данных или использует для адресации селектор, который не определён в таблице дескрипторов. По своим функциям исключения соответствуют зарезервированным для процессора внутренним прерываниям реального режима. Когда процедура обработки исключения получает управление, флаг IF не изменяется. Поэтому в мультизадачной среде особые случаи, возникающие в отдельных задачах, не оказывают влияния на выполнение остальных задач.
В защищённом режиме прерывания могут приводить к переключению задач. О задачах и мультизадачности мы будем говорить в следующей главе.
Теперь перейдём к рассмотрению механизма обработки прерываний и исключений в защищённом режиме.
Обработка прерываний и исключений в защищённом режиме по аналогии с реальным режимом базируется на таблице прерываний. Но таблица прерываний защищённого режима является таблицей дескрипторов, которая содержит так называемые вентили прерываний, вентили исключений и вентили задач.
Таблица прерываний защищённого режима называется дескрипторной таблицей прерываний IDT (Interrupt Descriptor Table). Также как и таблицы GDT и LDT, таблица IDT содержит 8-байтовые дескрипторы. Причём это системные дескрипторы - вентили прерываний, исключений и задач. Поле TYPE вентиля прерывания содержит значение 6, а вентиля исключения - значение 7.
Формат элементов дескрипторной таблицы прерываний IDT показан на рис. 12.
Рис. 12. Формат элементов дескрипторной таблицы прерываний IDT.
Где располагается дескрипторная таблица прерываний IDT?
Её расположение определяется содержимым 5-байтового внутреннего регистра процессора IDTR. Формат регистра IDTR полностью аналогичен формату регистра GDTR, для его загрузки используется команда LIDT. Так же, как регистр GDTR содержит 24-битовый физический адрес таблицы GDT и её предел, так и регистр IDTR содержит 24-битовый физический адрес дескрипторной таблицы прерываний IDT и её предел.
Регистр IDTR обычно загружают перед переходом в защищённый режим. Разумеется, это можно сделать и потом, находясь в защищённом режиме. Однако для этого программа должна работать в привилегированном нулевом кольце.
Для обработки особых ситуаций - исключений - разработчики процессора
i80286 зарезервировали 31 номер прерывания. В таблице 3 приведён
полный список зарезервированных прерываний защищённого режима.
Таблица 4. Зарезервированные прерывания защищённого режима.
| 00h | Ошибка при выполнении команды деления. |
| 01h | Прерывание для пошаговой работы, используется отладчиками. |
| 02h | Немаскируемое прерывание. |
| 03h | Прерывание по точке останова для отладчиков. |
| 04h | Переполнение, генерируется командой INTO, если установлен флаг OF. |
| 05h | Генерируется при выполнении машинной команды BOUND, если проверяемое значение вышло за пределы заданного диапазона. |
| 06h | Недействительный код операции, или длина команды больше 10 байт. |
| 07h | Отсутствие арифметического сопроцессора. |
| 08h | Двойная ошибка, вырабатывается в том случае, если при обработке исключения возникло ещё одно исключение. Если во время обработки этого прерывания возникает третье исключение, процессор переходит в состояние отключения, что приводит к перезапуску процессора. |
| 09h | Превышение сегмента арифметическим сопроцессором. |
| 0Ah | Недействительный сегмент состояния задачи TSS. |
| 0Bh | Отсутствие сегмента. Вырабатывается при попытке использовать для адресации дескриптор, у которого бит присуствия сегмента в памяти P сброшен в 0. Это прерывание используется для реализации механизма виртуальной памяти. В этом случае по прерыванию 0Bh операционная система может выполнить подкачку отсутствующего сегмента в память. |
| 0Ch | Исключение при работе со стеком. Может возникать в случае отсутствия сегмента стека в памяти или в случае переполнения (антипереполнения) стека. |
| 0Dh | Исключение по защите памяти. Возникает при любых попытках получения доступа к сегментам памяти, если программа обладает недостаточным уровнем привилегий. |
| 0Eh | Отказ страницы для процессоров i80386 или i80486, зарезервировано для i80286. |
| 0Fh | Зарезервировано. |
| 10h | Исключение сопроцессора. |
| 11h - 1Ah | Зарезервированы. |
Перед тем, как передать управление обработчику исключения, для многих зарезервированных прерываний процессор помещает в стек 16-битовый код ошибки. Этот код ошибки программа может проанализировать и тем самым получить некоторую дополнительную информацию об ошибке.
Формат кода ошибки приведён на рис. 13.
Рис. 13. Формат кода ошибки процессора i80286.
Поле индекса содержит индекс дескриптора, при обращении к которому произошла ошибка. Поле I, равное 1, означает, что этот индекс относится к таблице IDT. В этом случае произошла ошибка при обработке прерывания или исключения.
Если бит I равен 0, поле TI выбирает таблицу дескрипторов (GDT или LDT) по аналогии с соответствующим полем селектора.
Бит EXT устанавливается в том случае, когда ошибка произошла не в результате выполнения текущей команды, а по внешним относительно выполняемой программы причинам. Например, при обработке аппаратного прерывания от устройства ввода/вывода произошло обращение к отсутствующему в памяти сегменту (у которого в дескрипторе сброшен бит присутствия P).
Как мы только что говорили, коды ошибок включаются в стек не для всех исключений. Программа сможет проанализировать этот код только для следующих исключений:
Заметим, что аналога коду ошибки для зарезервированных прерываний в реальном режиме нет.
Кроме того, новым при обработке прерываний в защищённом режиме является свойство повторной запускаемости исключений. Свойством повторной запускаемости обладают не все исключения.
Что такое повторная запускаемость?
Поясним это на конкретном примере. Пусть в нашей системе реализована виртуальная память. Программа в некоторый момент времени обратилась к отсутствующему в оперативной памяти сегменту, выдав какую-либо команду, например MOV или ADD.
Возникло исключение 0Bh - отсутствие сегмента в памяти. Обработчик этого исключения, входящий в состав операционной системы выполнил свопинг соответствующего сегмента в оперативную память. Что дальше? А дальше было бы неплохо повторить выполнение прерванной команды!
Это можно сделать, так как для всех повторно запускаемых исключений (кроме 03h - прерывание по точке останова и 04h - переполнение) в стек включается адрес не следующей за прерванной командой, а адрес первого байта команды, которая вызвала исключение. Выполнив команду IRET, программа обработки исключения вновь передаст управление прерванной команде.
Свойством повторной запускаемости обладает большинство зарезервированных прерываний, кроме следующих:
Вспомните диапазон номеров прерываний, используемый в реальном режиме в компьютерах IBM PC: для обработки прерываний IRQ0-IRQ7 используются номера прерываний от 08h до 0Fh, а для IRQ8-IRQ15 - от 70h до 77h.
Но в защищённом режиме номера от 08h до 0Fh зарезервированы для обработки исключений!
К счастью, имеется простой способ перепрограммирования контроллера прерываний на любой другой диапазон номеров векторов аппаратных прерываний. Например, аппаратные прерывания можно расположить сразу за прерываниями, зарезервированными для обработки исключений.
После возврата процессора в реальный режим необходимо восстановить состояния контроллера прерываний. Если при подготовке к возврату в реальный режим мы записали в CMOS-память байт состояния отключения со значением 5, после сброса BIOS сам перепрограммирует контроллер прерываний для работы в реальном режиме и нам не надо об этом беспокоиться. В противном случае программа должна установить правильные номера для аппаратных прерываний реального режима.
| к содержанию |
