PA4 异常中断与 IO

PA4-1 异常和中断的响应

异常和中断的的处理：

第一阶段：硬件

1、保护断点和程序状态：把 EFLAGS、CS、EIP 的值 push 进栈

2、关中断：外部中断需要关中断，即清空 IF 位，内部异常则不需要。

3、识别异常和中断事件并转到相应的处理程序执行：根据指令或硬件给的异常和中断的类型号，查询中断描述符表，找到对应的处理程序的地址并跳转执行。

此处的中断描述符表与之前 PA3 的段表、页表类似。

第二阶段：软件(操作系统)

1、保护现场：执行 pusha 指令，保存所有寄存器的值

2、处理异常或中断

3、处理结束，使用 popa 恢复现场

4、通过 iret 恢复断点和程序状态，并返回原程序继续执行

两种响应

• 内部异常

以int 0x**的形式执行，程序遇到这条指令时就会进行上述两个阶段的处理。

• 外部中断

使用专门的引脚，每执行完一条指令后都去检查引脚是否有中断事件，如果有，就会进行上述两个阶段的处理。

本节任务

1、实现 lidt、cli、sti、int、pusha、popa、iret 指令。

2、实现 raise_intr 函数，根据异常中断类型号完成第一阶段硬件处理的模拟。

PA4-2 外设与 IO

向一台完整的计算机设备迈出最后一步！

IO 的两种方式

• 端口映射模拟

IA-32 共定义了 65536 个 8 位的 IO 端口，CPU 通过专门的 IO 指令 in 和 out 来对一个端口进行读和写。

通过对某一特定端口的读写，完成 CPU 和某些特定外设之间的数据交换。

比如本实验中的串口、硬盘、键盘灯设备。

• 内存映射模拟

将一部分物理内存映射到 IO 设备空间中，使得 CPU 可以通过普通的访存指令来访问设备。

具体的例子是 VGA 内部的显存，映射到某一确定的物理地址空间，CPU 修改该物理地址空间，相当于修改显存内容。

本节任务

本节主要用于理解外部设备与 cpu 的数据传输，大部分功能已完成。

1、实现 in、out 指令。

2、实现串口打印函数。

3、修改 loader，改为从硬盘读取用户程序。

4、完成显存的恒等映射（映射：即一些页表）

PA4-3 可选任务：游戏移植

从 PA1 的 PA4，我们一步步地实现并完善了这个虚拟机框架。

最后一步，我们可以在这个虚拟机框架里运行游戏了。

• 打字小游戏

• 仙剑奇侠传

• 彩蛋

本节任务

重写 SDL 库的 API，主要有以下几个内容：

1、时钟相关

• 返回当前时间的函数
• 延迟若干毫秒时间的函数

可以使用记录了时钟中断次数的变量实现上面两个函数

2、键盘相关

• 记录按键状态的函数
• 寻找上一个释放的按键的函数

3、显示相关

4、简易文件系统

• fs_open()
• fs_read()
• fs_lseek()
• fs_close()

很遗憾，我的 PA 之旅停留在最后的打字小游戏。

程序运行了很久，画面中才显示出打字小游戏的界面，左上角写着“1 FPS”，第一行一个字母“Q”就卡在那里，不再下落。

PA 完结的最后

这是我这学期的 PA 实验的第四篇文章，也是最后一篇。

开始只是记录了一些实验中写的函数，后来则是概括性的总结实验内容。

一个学期，整个 PA 之旅走下来，遇到过数不清的 bug。

在 3-2 时，缺页。不管怎么改都缺页。用了一些“不好的技巧”避开了缺页的问题，坚持通过了 3-2。

在 4-1 时，段错误。不管怎么改都段错误，问了好多人，都没遇到我这个问题。在不断地修改的过程中，居然成功地解决并理解了之前 3-2 遇到的问题。而这个段错误，也因为发现一个低级错误而告终。

我一路挺到最后的游戏，面对仙剑奇侠传却放弃了。

我现在在码字，这个 12 点截止，我注定无法去完成这个游戏的移植了。

但这个 PA 之旅，我依旧收获不少。

每一次运行程序，都会有贴心的教诲(大致是下面的意思)：

1、程序绝不会错误执行，如果有问题，一定是代码写的不对。

2、没有执行过的程序永远是错的。

最后，用 PA 手册开篇的一个醒目的标志结尾：

“Don’t panic.”