x86保护模式的几点思考——IRQ、中断号和中断向量
你没有硬件基础？我也没有！所以让咱们从零开始。
IRQ（Interrupt ReQuest），中文翻译应该为“中断请求”，但实际上一些文档中说到IRQ时一般就是指“中断请求信号线”——8259A的一个引脚，一个8259A有8个这样的引脚IRQ0~IRQ7。那8259A又是什么？好问题！想到问题后咱们就来解决它，其实咱们这此普通人跟牛人的区别就在这儿。
IRQ、中断号与8259A
我们都知道计算机可以挂接上许多外部设备，比如键盘、磁盘驱动器、鼠标、声卡……等等一系列设备，而这些设备都可能在同一时刻向CPU发出中断信号（也就是外部中断），那么CPU到底应当响应哪一个设备的中断信号呢？这都通过另外一个芯片来控制，在IBM PC机中，这个芯片常常被称作：可编程中断控制器（PIC）8259A，说它可编程，是因为我们可以通过编程来改变它的功能。比如我可以通过编程设定CPU应当优先响应哪一个中断，屏蔽哪些中断等等一系列事件。它的结构图如下。
从图中可以看到，一个8259A芯片的组成可以分为5个主要的逻辑控件：中断屏蔽寄存器（IMR）、中断请求寄存器（IRR）、优先级仲裁单元（Prioriry Resolver）、中断向量寄存器（ISR）和控制逻辑单元（Control Logic）。一个8259A芯片有IRQ0~IRQ7七个IRQ引脚，一个IRQ对应着一个中断号，一个中断号对应着一个中断向量，一个中断向量对应着一个中断处理子程序（ISR，注意这个ISR是Interrupt Service Routine的缩写）。
也许你已经对硬件级的中断处理过程猜到个大概了，当一个IRQ接收到一个外部中断信号后处理的流程应该是以下几个步骤：
1.IMR判断该中断是否被屏蔽掉（IMR中相应的位置1）了，如果被屏蔽掉了结束处理，否则跳转到第2步；
2.将收到的中断请求保存到IRR中（IRR中相应的位置1，IRR相当于一个缓存，用来保存等待CPU处理的中断信号），等待CPU当前指令执行结束后向8259A发送INTA信号，表示现在CPU可以处理中断请求了，此时IRR相应位被reset，然后跳转到第3步；
3.PR根据等待处理的中断信号对应的IRQ，选择最高优先级的中断信号进行处理，IRQ0优先级最高，接着是IRQ1、IRQ2……然后跳转到第4步；
4.CPU向8259A发送INTA信号，要求被告知IRQ对应的中断号，然后根据中断号到IDT中找到相应的中断向量，跳转到对应的中断处理子程序（中断向量和中断处理了程序是什么？后面会说到，这里你只把它们当成是一个函数调用就可以了）入口地址开始执行，此时中断号对应的ISR中位被set（IRR被reset和ISR被set的过程是对应的），如果此时有更高优先级的中断信号等待处理，跳转到第3步。
值得注意的是，第2步中有个细节“等待CPU当前指令执行结束后……”，往常我们理解的中断是，当CPU接收到一个中断信号时会立即响应。其实不完全是这样的，CPU需要将当前正在执行的指令执行完毕才会响应中断。
罗罗嗦嗦到现在，IRQ跟中断号到底有什么区别啊？你能想到这个问题说明你的思考过程还没跑题，比我强多了！一般我看东西时，看着看着就把初衷给忘了……
如果IRQ还算能好理解点，那么中断号就稍稍抽象一点，中断号是可编程的，也就是说一个IRQ对应着哪个中断号由咱们程序员说得算（一种God的感觉油然而生）。默认情况下，IRQ对应的中断号是由BIOS初始化的，IRQ0~IRQ7对应着中断号0x8~0xF。而可编程表现在，我们可以将IRQ0对应的中断号修改成0~255中的任意一个数，我们设为INT_NUM，然后IRQ1~IRQ7对应的中断号就跟着变成INT_NUM+1~INT_NUM+7了。举个例子，我们将IRQ0对应的中断号改到0x10，那么IRQ1对应的中断号就是0x11、IRQ2的是0x12……IR7的是0x17。
说到这里，你应该明白了IRQ和中断号是个什么，以及它们之关的关系了。然后你又有问题了，我们可以设置IRQ对应的中断号，but how？你爷爷的，又跟我想一块儿去了，咱俩可以去拜把子了！
既然8295A是个芯片，那么自然需要程序员来做一起配置的工作，当然修改IRQ对应的中断号也算一种配置了！对8259A的编程是通过向其相应的端口发送一系列的ICW（初始化命令字）完成的。总共需要发送四个ICW，它们都分别有自己独特的格式，而且必须按次序发送，并且必须发送到相应的端口，主片的端口号为0x20，从片的端口号为0xA0。那么从片又是啥？咋这么多不懂的呢，唉……
从片是个啥？怎么设置IRQ与中断号的对应关系？
一个8259A芯片的可以接最多8个中断源，但由于可以将2个或多个8259A芯片级连（cascade），并且最多可以级连到9个，所以最多可以接64个中断源。早期，IBM PC/XT只有1个8259A，. 但设计师们马上意识到这是不够的，于是到了IBM PC/AT，8259A被增加到2个以适应更多外部设备的需要，其中一个被称作Master，另外一个被称作Slave，Slave以级连的方式连接在Master上。如今绝大多数的PC都拥有两个8259A，这样最多可以接收15个中断源。两个8259A芯片级连如下图所示。
从片弄明白了，IBM的工程师原来也是有时代局限性的，不会用发展的眼光看问题啊……言归正传，上面说了我们可以通过4个ICW1~ICW4可配置8259A，IRQ与中断号的对应就是通过ICW2（一个8位的数）来完成的。
ICW2：发送到0x21（主片）及0xA1（从片）端口
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| A7 | A6 | A5 | A4 | A3 | 0 | 0 | 0 |
ICW2用来指示出IRQ0使用的中断号是什么，因为最后三位均是零，因此要求IRQ0的中断号必须是8的倍数，这又是一个很巧妙的设计。因为IRQ1的中断号就是IRQ0的中断号+1，IRQ2的中断号就是IRQ0的中断号+2，……，IRQ7的中断号就是IRQ0的中断号+7，刚好填满一个8个的中断向量号空间。
到这里，基本弄明白中断硬件级的原理了，至于其他的三个ICW，各位看官可以参考张昆藏的《IBM PC/XT微型计算机接口技术》，不错的一本书。
最后一个问题了，中断向量是个什么东西？
我所理解的中断向量
中断向量实际上就是中断号，一般是可以这么理解的，但是按我的习惯（请允许我修改下概念），我把中断向量理解为中断号与中断服务子程序的一个映射，如果用y表示中断服务子程序、x表示中断号，那么y=f（x）中的运算法则f就是中断向量了。中断向量实际上就是一个程序入口，很多时候中断向量就是一个jmp指令（看官可以思考一下，这里为什么不用call），例如jmp isrClock，跳转到相应的中断处理子程序（例子里的isrClock）；而中断向量表就是所有中断向量组成的一张表，对应到代码就是N个jmp指令。当CPU根据IRQ获得中断号的时候，就会计算“中断向量表的起始地址+中断号”得到相应的中断向量，然后进行跳转。
好了，说到这里各位看官也许已经看烦了，其实学习的过程是很枯燥的，但是成功的人会很享受这种枯燥，这也是我们差的那一步！
一句话，学习的过程中应该能够“耐得住寂寞，经得起诱惑……”
注：以下源自张昆藏的《IBM PC/XT微型计算机接口技术》，讲了下模块设计规则，大家可以看下。他就把中断号和中断向量理解为一个概念，很多书中也都是这么讲的，千万不要因为我的理解而出现混淆。
这里出现了一个中断向量的概念，其实它就是一个被送往CPU数据线的一个整数。CPU给每个IRQ分配了一个类型号，通过这个整数，CPU来识别不同类型的中断。这里可能很多朋友会寻问为什么还要弄个中断向量这么麻烦的东东？为什么不直接用IRQ0~IRQ15就完了？比如就让IRQ0为0，IRQ1为1……，这不是要简单的多么？其实这里体现了模块化设计规则以及节约规则。
首先我们先谈谈节约规则，所谓节约规则就是所使用的信号线数越少越好，这样如果每个IRQ都独立使用一根数据线，如IRQ0用0号线，IRQ1用1号线……这样，16个IRQ就会用16根线，这显然是一种浪费。那么也许马上就有朋友会说：那么只用4根线不就行了吗（24=16）？
对于这个问题，则体现了模块设计规则。我们在前面就说过中断有很多类，可能是外部硬件触发，也可能是由软件触发，然而对于CPU来说中断就是中断，只有一种，CPU不用管它到底是由外部硬件触发的还是由运行的软件本身触发的，因为对于CPU来说，中断处理的过程都是一样的：中断现行程序，转到中断服务程序处执行，回到被中断的程序继续执行。CPU总共可以处理256种中断，而并不知道，也不应当让CPU知道这是硬件来的中断还是软件来的中断，这样，就可以使CPU的设计独立于中断控制器的设计，因为CPU所需完成的工作就很单纯了。CPU对于其它的模块只提供了一种接口，这就是256个中断处理向量，也称为中断号。由这些中断控制器自行去使用这256个中断号中的一个与CPU进行交互。比如，硬件中断可以使用前128个号，软件中断使用后128个号，也可以软件中断使用前128个号，硬件中断使用后128个号，这于CPU完全无关了，当你需要处理的时候，只需告诉CPU你用的是哪个中断号就行，而不需告诉CPU你是来自哪儿的中断。这样也方便了以后的扩充，比如现在机器里又加了一片8259芯片，那么这个芯片就可以使用空闲的中断号，看哪一个空闲就使用哪一个，而不是必须要使用第0号，或第1号中断。其实这相当于一种映射机制，把IRQ信号映射到不同的中断号上，IRQ的排列或说编号是固定的，但通过改变映射机制，就可以让IRQ映射到不同的中断号，也可以说调用不同的中断服务程序，因为中断号是与中断服务程序一一对应的，这一点我们将在随后的内容中详细描述。8259A将中断号通知CPU后，它的任务就完成了，至于CPU使用此中断号去调用什么程序它就不管了。
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