Datorsystemteknik Föreläsning 7DAVA14 Innehåll Introduktion (forts) Polling (cyklisk avfrågning) Större delen av materialet framtaget av :Jan Eric Larsson, Mats Brorsson och Mirec Novak IT-inst LTH Exempel på polling och avbrott ur verkliga livet Hur implementeras polling som flödesschema? Vad kan avbrott användas till? Vad krävs för att implementera avbrott? Vilka strukturer finns i MIPS för avbrott? Hur skriver vi en avbrottsrutin i MIPS-systemet? Det finns två fundamentalt olika tekniker för att respondera på omgivningen: - Polling (cyklisk avfrågning) - Båda två har sitt berättigande Ett exempel, taget ur en helt annan situation än datorvärlden: Mål Att känna till begreppet polling (cyklisk avfrågning) och hur det implementeras Introduktion Att förstå varför avbrottstyrd exekvering är överlägset polling Att veta vilken information som krävs för att kunna implementera avbrott Att veta hur avbrottsrutiner programmeras i MIPS Ibland måste datorsystemet utföra operationer som beror på saker som händer i omgivningen Exempel: Läsning av data från yttre enheter Datainsamling med jämna tidsintervall Oväntade situationer som måste tas om hand Situation 1 Du ringer till CSN för att be dem betala ut ditt studiemedel Du hör var god dröj och hänger kvar i luren eftersom det är viktigt Först när en person svarar, uträttar du ditt ärende Fördelar och nackdelar? 1
Situation 2 Polling Situation Du ringer till CSN++ Du ombedes knappa in ditt telefonnr Du börjar arbeta Situation med gruppuppgifter 2 i datorteknik med din grupp Mitt i arbetet ringer telefonen det är CSN++ Du uträttar ditt ärende Du fortsätter med gruppuppgifterna Fördelar och nackdelar? Vi förbereder oss på att kunna bli Polling avbrutna Sedan arbetar vi med något datorsystem ochavbrotti ett annat När vi blir avbrutna, lägger vi arbetet åt sidan, kommer ihåg var vi var och tar hand om avbrottet Då detta är klart återupptar vi arbetet Polling Ex: tangentbord med statusport och dataport Läs statusport S-port=1? Ja Läs dataport Returnera tecken Nej 1 Vi lyssnar om och om igen på meddelandet du är fortfarande placerad i Vad kö, händer ända tills en om person svarar! I datortermer: läs en inport ända tills ett villkor uppfyllt! Vi vill ringa till både CSN och Julius? Polling först CSN, sedan Julius Tidskrävande! vi kan jobba med uppgiften och vänta på att telefonen ringer - Vi måste veta vem som ringer, och vad vi ska säga då - Vi måste veta vad vi gjorde när vi blev avbrutna - Vi måste tillåta att något avbryter oss - Vad händer om båda ringer samtidigt? Prioritet! För att kunna använda oss av avbrott måste vi veta följande: När är det tillåtet att bli avbruten och av vad? Vad har orsakat avbrottet? Vad gjorde vi när vi blev avbrutna? Vilken prioritet har avbrotten relativt varandra? I MIPS finns specialregister för detta 2
Hårdvarustödföravbrotti MIPS $0 Användardefinieradeavbrott Generella register $1 $2 $3 $30 $31 Programräknare Status styr funktionen hos avbrottshanteringen Cause talar om för programmet vilken typ av avbrott som inträffat EPC Exception Program Counter, återhoppsadress PC Specialregister HI LO Status Cause EPC i MIPS MIPS understödjer elva maskinvarudefinierade avbrott åtta användardefinierade avbrott Vadhändervidettavbrott? En del avbrott är interna (exceptions) andra externa (interrupts) Exempel på maskinvarudefinierade avbrott: Reset omstart av datorn Processorn startar på en fördefinierad adress Externt Aritmetiskt fel internt avbrott Systemanrop exekvering av instruktionen syscall Internt Odefinierad instruktion Internt avbrott Det finns sex externa och två interna användardefinierade avbrott Huranvänderman Externa avbrott: avbrott? singångar: int0, int1, int5 Interna avbrott: Två bitar i ett register som programmeraren kan använda för att generera ett avbrott Varje användardefinierat avbrott kan stängas av individuellt 1 Programmet avbryts mitt i eller efter den instruktion Cause-registret: som för närvarande exekverar 2 avbrottet? Vadharorsakat Om avbrottet inte får betjänas ska exekveringen fortsätta (gäller användardefinierade avbrott) 3 Stäng och sätt processorn i privilegierat systemtillstånd 4 uppdateras med information om 5 Lägg adressen till nästa instruktion i det avbrutna programmet i EPC-registret 6 Börja exekvera avbrottsrutin på adress 0x80000080 Koppla en enhet till någon av de sex avbrottsingångarna (tex en knapp, eller en klocksignal för tidstillämpningar) Skriv en subrutin som ska köras när det blir avbrott lägg den på adress 0x80000080 i minnet använd EPC som återhoppsadress Tänk på att spara undan register! Initiera avbrottet i huvudprogrammet med hjälp av statusregistret (tillåt detta avbrott) Starta programmet När du tex trycker på knappen körs subrutinen BD 0 CE 0 IP[50] SW 0 ExcCode 0 IP [50] Interrupt pending En bit för vardera int0, int1,, int5 SW [10] Software interrupt pending Två bitar ExcCode En kod som talar om vilken typ av avbrott som är aktuell Tex 0 vid anvdef avbrott CE Co-processor error 3
Statusregistret Statusregistret CU 0 BEV div IntMask 0 Kuo IEo KUp Iep Kuc IEc EPC: avbrottet? Vartskavi återvändaefter Hurläserochskrivervi IE Interrupt enable (current/previous/old) avbrottsregistren? KU Kernel/User mode (current/previous/old) IntMask [70] individuell styrning av användardefinierade avbrott CU [30] Co-processor nr 0, 1, 2, 3 användbar? När ett avbrott inträffar och accepteras sker följande: Ieo <- Iep, KUo <- Kup Iep <- Iec, Kup<- KUc Iec <- 0 (Hindra anv def avbrott), Kuc <- 0 (Priv mode) Det gamla tillståndet sparas alltså EPC Programmeringavavbrott När ett avbrott sker sparar processorn adressen på den instruktion som ska exekveras efter avbrottet Vissa avbrott kräver att instruktionen ska exekveras om och då är EPC adressen till den instruktionen Allokera plats på stacken spara register på stacken int_routine: subu sp,sp,x mfc0 k0,c0_cause jal DO_IT_NOW addu sp,sp,x mfc0 k0,c0_epc set noreorder jr k0 rfe set reorder Läs Cause Kolla vilket avbrott Hoppa till rätt rutin Återställ register återställ stack återställ statusregistret rfe i hoppluckan efter jr Status, Cause och EPC kan läsas med: mfc0 t0,c0_status Initieringavavbrottshantering mfc0 t1,c0_cause mfc0 t3,c0_epc OBS! Det tar en instruktionscykel innan värdet finns tillgängligt Status, Cause och EPC kan skrivas med: mtc0 t0,c0_status mtc0 t1,c0_cause mtc0 t3,c0_epc Kopiera avbrottsrutinen till adress 0x80000080 Sätt Interrupt mask i statusregistret som motsvarar de avbrott som ska användas Sätt Interrupt enable (IEc) i statusregistret till 1 4
Initieringavavbrott set noreorder Initierastatusregistret int_stub: j int_routine nop set reorder Denna lilla rutin kopieras till 0x80000080 Den enda funktionen är att anropa den riktiga avbrottsrutinen (int_routine) Kopieraminirutinenint_stubtill adress0x80000080 Sammanfattning start: la t0,int_stub la t1,0x80000080 int_stub s adress avbrottsadress lw t2,0(t0) Läs instr 1 sw t2,0(t1) Skriv instr 1 lw t2,4(t0) Läs instr 2 sw t2,4(t1) Skriv instr 2 mfc0 k0,c0_sr ori k0,k0,1 sätt IEc-biten hämta statusregister sätt int3 och int4-bitarna ori k0,k0,ext_int3 EXT_INT4 mtc0 k0,c0_sr uppdatera statusreg k0 och k1 får användas fritt i avbr-rutin Vi har sett två strategier för hantering av yttre händelser, polling och avbrott Vi vet vad man måste känna till för att kunna implementera avbrottshantering Vi har sett hur avbrottsmekanismen implementeras i MIPS Vi har sett tre nya register, EPC, Status och Cause Vi kan initiera avbrottshantering i MIPSassembler 5