[科普中国]-当前活动任务中断级

简介

在计算机科学中，中断（英语：Interrupt）是指处理器接收到来自硬件或软件的信号，提示发生了某个事件，应该被注意，这种情况就称为中断。

通常，在接收到来自外围硬件（相对于中央处理器和内存）的异步信号，或来自软件的同步信号之后，处理器将会进行相应的硬件/软件处理。发出这样的信号称为进行中断请求（interrupt request，IRQ）。硬件中断导致处理器通过一个运行信息切换（context switch）来保存执行状态（以程序计数器和程序状态字等寄存器信息为主）；软件中断则通常作为CPU指令集中的一个指令，以可编程的方式直接指示这种运行信息切换，并将处理导向一段中断处理代码。中断在计算机多任务处理，尤其是即时系统中尤为有用。这样的系统，包括运行于其上的操作系统，也被称为“中断驱动的”（interrupt-driven）。

当前活动任务中断级即系统赋予当前活动任务的中断优先级。一般与任务的优先级和性质有关。一般来说，I/O任务的中断优先级比其他任务中断优先级高，处理机会优先I/O任务中断。

中断优先级在某一时刻有几个中断源同时发出中断请求时，处理器只响应其中优先权最高的中断源。当处理机正在运行某个中断服务程序期间出现另一个中断源的请求时，如果后者的优先权低于前者，处理机不予理睬，反之，处理机立即响应后者，进入所谓的“嵌套中断”。中断优先权的排序按其性质、重要性以及处理的方便性决定，由硬件的优先权仲裁逻辑或软件的顺序询问程序来实现。1

中断嵌套是指中断系统正在执行一个中断服务时，有另一个优先级更高的中断提出中断请求，这时会暂时终止当前正在执行的级别较低的中断源的服务程序，去处理级别更高的中断源，待处理完毕，再返回到被中断了的中断服务程序继续执行，这个过程就是中断嵌套。

中断执行优先级中断的执行优先级就是你对IP寄存器的设置了。在2个优先级的情况下，某位为1，则相应的中断源为高优先级；为0，则为低优先级。

关于中断的优先级有三条原则：

1、CPU同时接收到几个中断时，首先响应优先级最高的中断请求；

2、正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断；

3、正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断请求中断；

若：同一执行优先级中的中断申请不止一个时，则有一个中断优先权排队问题。同一执行优先级中断的排队，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，优先权自高到低的顺序即：

外部中断0>定时/计数0>外部中断1>定时/计数1>串行接口

例如：设置IP =0x10，即设置串口中断为最高优先级，则串口中断可以打断任何其他的中断服务函数实现嵌套，且只有串口中断能打断其他中断的服务函数。若串口中断没有触发，则其他几个中断之间还是保持逻辑优先级，相互之间无法嵌套。

中断过程按照事件发生的顺序，中断过程包括[4]：

①中断源发出中断请求;

②判断当前处理机是否允许中断和该中断源是否被屏蔽;

③优先权排队;

④处理机执行完当前指令或当前指令无法执行完，则立即停止当前程序，保护断点地址和处理机当前状态，转入相应的中断服务程序;

⑤执行中断服务程序;

⑥恢复被保护的状态，执行“中断返回”指令回到被中断的程序或转入其他程序。

上述过程中前四项操作是由硬件完成的，后两项是由软件完成的。

中断分类硬件中断（Hardware Interrupt）：可屏蔽中断（maskable interrupt）。硬件中断的一类，可通过在中断屏蔽寄存器中设定位掩码来关闭。

非可屏蔽中断（non-maskable interrupt，NMI）。硬件中断的一类，无法通过在中断屏蔽寄存器中设定位掩码来关闭。典型例子是时钟中断（一个硬件时钟以恒定频率—如50Hz—发出的中断）。

处理器间中断（interprocessor interrupt）。一种特殊的硬件中断。由处理器发出，被其它处理器接收。仅见于多处理器系统，以便于处理器间通信或同步。

伪中断（spurious interrupt）。一类不希望被产生的硬件中断。发生的原因有很多种，如中断线路上电气信号异常，或是中断请求设备本身有问题。

软件中断（Software Interrupt）：软件中断是一条CPU指令，用以自陷一个中断。由于软中断指令通常要运行一个切换CPU至内核态（Kernel Mode/Ring 0）的子例程，它常被用作实现系统调用（System call）。

处理器通常含有一个内部中断屏蔽位，并允许通过软件来设定。一旦被设定，所有外部中断都将被系统忽略。这个屏蔽位的访问速度显然快于中断控制器上的中断屏蔽寄存器，因此可提供更快速地中断屏蔽控制。

如果一个中断使得机器处于一种确定状态，则称为精确中断（precise interrupt）。精确中断须保证：

程序计数器的值被保存在已知位置。

程序计数器所指向的指令之前的所有指令已被执行完毕。

程序计数器所指向的指令之后的所有指令不可被执行。如果中断信号到来后而转入处理前发生了任何针对寄存器/内存的更改，都必须予以还原。

程序计数器所指向的指令地执行状态已知。

倘无法满足以上条件，此中断被称作非精确中断（imprecise interrupt）。

中断尽管可以提高计算机处理性能，但过于密集的中断请求/响应反而会影响系统性能。这类情形被称作中断风暴（interrupt storm）。