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演示中断处理的实例(实例六)

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整理日期: 2005-06-23
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下面给出一个用于演示中断处理的实例。该实例的逻辑功能是，在屏幕的左上角以倒计时方式显示秒为单位的时间，在时间用完后结束。该实例演示内容包括：外部中断处理程序和陷阱处理程序。

1.源程序组织和清单

本实例由如下几部分组成：

(1)全局描述符表GDT。GDT中除了含有常见的几个描述符外，还含有描述时钟中断处理程序所使用的代码段和数据段描述符，以及描述显示程序所使用的代码段和数据段描述符。

(2)中断描述符表IDT。为了在保护模式下响应中断和处理异常，必须有IDT。IDT含有256个门描述符。8号安排的是一个通向时钟中断处理程序的中断门，0FEH号安排的是通向显示处理程序的陷阱门，其它均安排成通向其它中断或异常处理程序的陷阱门。

(3)时钟中断处理程序的代码段和数据段。

(4)实现直接写显示缓冲区进行显示的程序代码段和数据段。

(5)处理其它中断或异常的处理程序的代码段。

(6)演示程序的代码段、数据段和堆栈段。

(7)实模式下执行的启动和结束程序代码段和数据段。

源程序清单如下：

;名称:ASM6.ASM
;功能:演示中断处理的实现
;编译:TASM ASM6.ASM
;连接:TLINK ASM6.OBJ
;----------------------------------------------------------------------------
INCLUDE         386SCD.INC
;----------------------------------------------------------------------------
;部分常量定义
;----------------------------------------------------------------------------
EOICOM          =       20h                       ;外部中断处理结束命令
ICREGP          =       20h                       ;中断控制寄存器端口地址
IMREGP          =       21h                       ;中断屏蔽寄存器端口地址
;----------------------------------------------------------------------------
GDTSeg          SEGMENT PARA USE16                ;全局描述符表数据段(16位)
;----------------------------------------------------------------------------
                ;全局描述符表GDT
GDT             LABEL   BYTE
                ;空描述符
DUMMY           Desc    <>
                ;规范段描述符
Normal          Desc    <0ffffh,,,ATDW,,>
                ;视频缓冲区段描述符(DPL=3)
VideoBuf        Desc    <0ffffh,8000h,0bh,ATDW,,>
;----------------------------------------------------------------------------
EFFGDT          LABEL   BYTE
                ;临时代码段描述符
TempCode        Desc    <0ffffh,TempCodeSeg,,ATCE,,>
                ;演示代码段描述符
DemoCode        Desc    <DemoCodeLen-1,DemoCodeSeg,,ATCE,,>
                ;演示数据段描述符
DemoData        Desc    <DemoDataLen-1,DemoDataSeg,,ATDW,,>
                ;演示堆栈段描述符
DemoStack       Desc    <DemoStackLen-1,DemoStackSeg,,ATDWA,,>
                ;0feh号中断处理程序(显示程序)代码段描述符
EchoCode        Desc    <EchoCodeLen-1,EchoCodeSeg,,ATCE,,>
                ;0feh号中断处理程序(显示程序)数据段描述符
EchoData        Desc    <EchoDataLen-1,EchoDataSeg,,ATDW,,>
                ;8号中断处理程序代码段描述符
TICode          Desc    <TICodeLen-1,TICodeSeg,,ATCE,,>
                ;8号中断处理程序数据段描述符
TIData          Desc    <TIDataLen-1,TIDataSeg,,ATDW,,>
                ;其它中断或异常处理程序代码段描述符
Other           Desc    <OtherCodeLen-1,OtherCodeSeg,,ATCE,,>
;----------------------------------------------------------------------------
GDTLen          =       $-GDT                     ;全局描述符表长度
GDNum           =       ($-EFFGDT)/(SIZE Desc)    ;需特殊处理的描述符数
;----------------------------------------------------------------------------
Normal_Sel      =       Normal-GDT                ;规范段描述符选择子
Video_Sel       =       VideoBuf-GDT              ;视频缓冲区段描述符选择子
;----------------------------------------------------------------------------
TempCode_Sel    =       TempCode-GDT              ;临时代码段的选择子
DemoCode_Sel    =       DemoCode-GDT              ;演示代码段的选择子
DemoData_Sel    =       DemoData-GDT              ;演示数据段的选择子
DemoStack_Sel   =       DemoStack-GDT             ;演示堆栈段的选择子
EchoCode_Sel    =       EchoCode-GDT              ;0feh号中断程序代码段选择子
EchoData_Sel    =       EchoData-GDT              ;0feh号中断程序数据段选择子
TICode_Sel      =       TICode-GDT                ;8号中断程序代码段选择子
TIData_Sel      =       TIData-GDT                ;8号中断程序数据段选择子
Other_Sel       =       Other-GDT                 ;其它中断或异常代码段选择子
;----------------------------------------------------------------------------
GDTSeg          ENDS                              ;全局描述符表段定义结束
;----------------------------------------------------------------------------
IDTSeg          SEGMENT PARA USE16                ;中断描述符表数据段(16位)
;----------------------------------------------------------------------------
IDT             LABEL   BYTE                      ;中断描述符表
                ;0--7的8个陷阱门描述符
                REPT    8
                Gate    <OtherBegin,Other_Sel,,AT386TGate,>
                ENDM
                ;对应8号(时钟)中断处理程序的门描述符
                Gate    <TIBegin,TICode_Sel,,AT386IGate,>
                ;从9--0fdh的245个陷阱门描述符
                REPT    245
                Gate    <OtherBegin,Other_Sel,,AT386TGate,>
                ENDM
                ;对应0feh号中断处理程序的陷阱门描述符
                Gate    <EchoBegin,EchoCode_Sel,,AT386TGate,>
                ;对应0ffh号中断处理程序的陷阱门描述符
                Gate    <OtherBegin,Other_Sel,,AT386TGate,>
;----------------------------------------------------------------------------
IDTLen          =       $-IDT
;----------------------------------------------------------------------------
IDTSeg          ENDS                              ;中断描述符表段定义结束
;----------------------------------------------------------------------------
;其它中断或异常处理程序的代码段
;----------------------------------------------------------------------------
OtherCodeSeg    SEGMENT PARA USE16
                ASSUME  CS:OtherCodeSeg
;----------------------------------------------------------------------------
OtherBegin      PROC    FAR
                mov     ax,Video_Sel
                mov     es,ax
                mov     ah,17h                    ;在屏幕左上角显示兰底白字
                mov     al,'!'                    ;符号"!"
                mov     WORD PTR es:[0],ax
                jmp     $                         ;无限循环
OtherBegin      ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
OtherCodeLen    =       $
OtherCodeSeg    ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
;8号中断处理程序的数据段
;----------------------------------------------------------------------------
TIDataSeg       SEGMENT PARA USE16
Count           DB      0                         ;中断发生的计数器
TIDataLen       =       $
TIDataSeg       ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
;8号中断处理程序的代码段
;----------------------------------------------------------------------------
TICodeSeg       SEGMENT PARA USE16
                ASSUME  CS:TICodeSeg,DS:TIDataSeg
;----------------------------------------------------------------------------
TIBegin         PROC    FAR
                push    eax                       ;保护现场
                push    ds
                push    fs
                push    gs
                mov     ax,TIData_Sel             ;置中断处理程序数据段
                mov     ds,ax
                mov     ax,EchoData_Sel           ;置显示过程数据段
                mov     fs,ax
                mov     ax,DemoData_Sel           ;置演示程序数据段
                mov     gs,ax
                cmp     Count,0
                jnz     TI2                       ;计数非0表示未到1秒
                mov     Count,18                  ;每秒约18次
                int     0feh                      ;调用0FEH号中断处理程序显示
                cmp     BYTE PTR fs:Mess,'0'
                jnz     TI1
                mov     BYTE PTR gs:Flag,1        ;显示符号'0'时置标记
TI1:            dec     BYTE PTR fs:Mess          ;调整显示符号
TI2:            dec     Count                     ;调整计数
                pop     gs                        ;恢复现场
                pop     fs
                pop     ds
                mov     al,EOICOM                 ;通知中断控制器中断处理结束
                out     ICREGP,al
                pop     eax
                iretd                             ;中断返回
TIBegin         ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
TICodeLen       =       $
TICodeSeg       ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
;0FEH号中断处理程序数据段
;----------------------------------------------------------------------------
EchoDataSeg     SEGMENT PARA USE16
Mess            DB      '8',4eh
EchoDataLen     =       $
EchoDataSeg     ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
;0FEH号中断处理程序(显示程序)的代码段
;----------------------------------------------------------------------------
EchoCodeSeg     SEGMENT PARA USE16
                ASSUME  CS:EchoCodeSeg,DS:EchoDataSeg
;----------------------------------------------------------------------------
EchoBegin       PROC    FAR
                push    ax                        ;保护现场
                push    ds
                push    es
                mov     ax,EchoData_Sel           ;置显示过程数据段
                mov     ds,ax
                mov     ax,Video_Sel              ;置视频缓冲区数据段
                mov     es,ax
                mov     ax,WORD PTR Mess
                mov     WORD PTR es:[0],ax
                pop     es
                pop     ds
                pop     ax
                iretd
EchoBegin       ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
EchoCodeLen     =       $
EchoCodeSeg     ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
;演示任务的堆栈段
;----------------------------------------------------------------------------
DemoStackSeg    SEGMENT PARA USE16
DemoStackLen    =       1024
                DB      DemoStackLen DUP(0)
DemoStackSeg    ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
;演示任务的数据段
;----------------------------------------------------------------------------
DemoDataSeg     SEGMENT PARA USE16
Flag            DB      0
DemoDataLen     =       $
DemoDataSeg     ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
;演示任务的代码段
;----------------------------------------------------------------------------
DemoCodeSeg     SEGMENT PARA USE16
                ASSUME  CS:DemoCodeSeg,DS:DemoDataSeg
;----------------------------------------------------------------------------
DemoBegin       PROC    FAR
                mov     ax,DemoStack_Sel          ;置堆栈
                mov     ss,ax
                mov     sp,DemoStackLen           ;置数据段
                mov     ax,DemoData_Sel
                mov     ds,ax
                mov     es,ax
                mov     fs,ax
                mov     gs,ax
                mov     al,11111110b              ;置中断屏蔽字
                out     IMREGP,al                 ;只开发时钟中断
                sti                               ;开中断
DemoConti:      cmp     BYTE PTR Flag,0           ;判标志
                jz      DemoConti                 ;直到不为0
                cli                               ;关中断
                ;转回临时代码段,准备回实方式
                JUMP16  TempCode_Sel,<OFFSET ToDos>
DemoBegin       ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
DemoCodeLen     =       $
DemoCodeSeg     ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
TempCodeSeg     SEGMENT PARA USE16                ;临时任务的代码段
                ASSUME  CS:TempCodeSeg
;----------------------------------------------------------------------------
Virtual         PROC    FAR
                JUMP16  DemoCode_Sel,DemoBegin    ;转演示任务
ToDos:          mov     ax,Normal_Sel             ;恢复实方式段描述符高速缓存
                mov     ds,ax
                mov     es,ax
                mov     fs,ax
                mov     gs,ax
                mov     ss,ax
                mov     eax,cr0                   ;准备返回实模式
                and     al,11111110b
                mov     cr0,eax
                JUMP16  <SEG Real>,<OFFSET Real>
Virtual         ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
TempCodeSeg     ENDS
;============================================================================
RDataSeg        SEGMENT PARA USE16                ;实方式数据段
VGDTR           PDesc   <GDTLen-1,>               ;GDT伪描述符
VIDTR           PDesc   <IDTLen-1,>               ;IDT伪描述符
NORVIDTR        PDesc   <3ffh,>                   ;用于保存原IDTR值
SPVar           DW      ?                         ;用于保存实方式下的SP
SSVar           DW      ?                         ;用于保存实方式下的SS
IMaskRegV       DB      ?                         ;用于保存原中断屏蔽寄存器值
RDataSeg        ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
RCodeSeg        SEGMENT PARA USE16                ;实方式代码段
                ASSUME  CS:RCodeSeg,DS:RDataSeg
;----------------------------------------------------------------------------
Start           PROC
                mov     ax,RDataSeg
                mov     ds,ax
                cld
                call    InitGDT                   ;初始化全局描述符表GDT
                call    InitIDT                   ;初始化中断描述符表IDT
                mov     SSVar,ss                  ;保存堆栈指针
                mov     SPVar,sp
                sidt    QWORD PTR NORVIDTR        ;保存IDTR
                in      al,IMREGP
                mov     BYTE PTR IMaskRegV,al
                lgdt    QWORD PTR VGDTR           ;装载GDTR
                cli                               ;关中断
                lidt    QWORD PTR VIDTR           ;装载IDTR
                mov     eax,cr0
                or      al,1
                mov     cr0,eax
                JUMP16  <TempCode_Sel>,<OFFSET Virtual>
Real:           mov     ax,RDataSeg
                mov     ds,ax
                lss     sp,DWORD PTR SPVar        ;又回到实方式
                lidt    QWORD PTR NORVIDTR
                mov     al,IMaskRegV
                out     IMREGP,al
                sti
                mov     ax,4c00h
                int     21h
Start           ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
InitGDT         PROC
                push    ds
                mov     ax,GDTSeg
                mov     ds,ax
                mov     cx,GDNum
                mov     si,OFFSET EFFGDT
InitG:          mov     ax,[si].BaseL
                movzx   eax,ax
                shl     eax,4
                shld    edx,eax,16
                mov     WORD PTR [si].BaseL,ax
                mov     BYTE PTR [si].BaseM,dl
                mov     BYTE PTR [si].BaseH,dh
                add     si,SIZE Desc
                loop    InitG
                pop     ds
                mov     bx,16
                mov     ax,GDTSeg
                mul     bx
                mov     WORD PTR VGDTR.Base,ax
                mov     WORD PTR VGDTR.Base+2,dx
                ret
InitGDT         ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
InitIDT         PROC
                mov     bx,16
                mov     ax,IDTSeg
                mul     bx
                mov     WORD PTR VIDTR.Base,ax
                mov     WORD PTR VIDTR.Base+2,dx
                ret
InitIDT         ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
RCodeSeg        ENDS
                END     Start

2.关于实例六的说明

(1)时钟中断仍使用8H号中断向量

为了即简单又清楚地演示在保护模式下响应外部中断并进行处理，实例使用了时钟中断源，但没有通过重新设置中断控制器的方法改变对应的中断向量。所以，时钟中断使用的8H号中断向量号就与双重故障异常使用的中断向量号发生冲突。但实例仅是演示程序，所以只要保证不发生双重故障异常，就可避免冲突，从而不会影响演示。

设置中断屏蔽寄存器，仅开放时钟中断。所以，在开中断状态下，也只可能发生时钟中断，而不会发生其它外部中断。

(2)时钟中断处理程序的设计

由于通过中断门转时钟中断处理程序，所以在控制转移时不发生任务切换。但外部中断随时可能发生，因此中断处理程序必须采取保护现场等措施。作为演示程序，该中断处理程序检查和调整在其数据段中的计数器，满18次后，就认为已满一秒，再调整用于显示的倒计数信息。如果倒计数信息为0，那么就设置演示程序数据段中的时间为0标志。该中断处理程序通过约定的数据区与显示程序及演示程序交换信息。

(3)利用一个软中断(陷阱处理)程序实现显示

为了演示陷阱及其处理，把显示过程安排成陷阱处理程序。上述时钟中断处理程序通过软中断调用指令INT调用该显示程序，以显示倒计数。在控制转移时，也没有任务切换。该陷阱处理程序相当于一个“软中断”处理程序，类似实模式下的BIOS中断INT 10H。

(4)对其它中断或异常的响应

为了简单，除了8H号和0FEH号外，IDT中其它的门均通向一个处理程序。该处理程序用于处理其它中断或异常。处理过程也极其简单，在屏幕左上角显示蓝底白字的符号“!”，然后进入无限循环。实际上，按演示程序现在的安排，不可能发生这种情况。

(5)没有特权级变换

为了简单，实例涉及的中断处理程序和异常处理程序都保持特权级0。所以，控制转移时不发生特权级变换。因此，没有使用其它堆栈。

(6)对IDT的初始化

由于IDT中门描述符没有32位段基地址，并且入口点偏移较小，所以就直接填写门描述符结构变量，没有额外再初始化。过程InitIDT只是设置IDT伪描述符。

(7)装载和保存IDTR寄存器

再使IDT发挥作用之前，还要装载中断描述符表寄存器IDTR；但为了回到实模式后，恢复原来的IDTR之内容，所以先保存IDTR的内容。实例使用如下指令保存IDTR：

    sidt    QWORD PTR NORVIDTR

该指令的功能是把IDTR的内容保存到存储器中的伪描述符NORVIDTR中。该伪描述符的结构如前文所述的结构类型PDESC所示，低字是以字节为单位的界限，高双字是基地址。在后面的文章中将对SIDT指令作详细说明。

本实例使用如下指令装载IDTR寄存器：

    lidt    QWORD PTR VIDTR
    lidt    QWORD PTR NORVIDTR

LIDT指令类似于LGDT指令，在后面的文章中将对LIDT指令作详细说明。

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