lab1 练习6 中断向量表的初始化

练习6:完善中断初始化和处理 (需要编程)

请完成编码工作和回答如下问题:

  1. 中断描述符表(也可简称为保护模式下的中断向量表)中一个表项占多少字节?其中哪几位代表中断处理代码的入口?
  2. 请编程完善kern/trap/trap.c中对中断向量表进行初始化的函数idt_init。在idt_init函数中,依次对所有中断入口进行初始化。使用mmu.h中的SETGATE宏,填充idt数组内容。每个中断的入口由tools/vectors.c生成,使用trap.c中声明的vectors数组即可。
  3. 请编程完善trap.c中的中断处理函数trap,在对时钟中断进行处理的部分填写trap函数中处理时钟中断的部分,使操作系统每遇到100次时钟中断后,调用print_ticks子程序,向屏幕上打印一行文字”100 ticks”。

> 【注意】除了系统调用中断(T_SYSCALL)使用陷阱门描述符且权限为用户态权限以外,其它中断均使用特权级(DPL)为0的中断门描述符,权限为内核态权限;而ucore的应用程序处于特权级3,需要采用`int 0x80`指令操作(这种方式称为软中断,软件中断,Tra中断,在lab5会碰到)来发出系统调用请求,并要能实现从特权级3到特权级0的转换,所以系统调用中断(T_SYSCALL)所对应的中断门描述符中的特权级(DPL)需要设置为3。

要求完成问题2和问题3 提出的相关函数实现,提交改进后的源代码包(可以编译执行),并在实验报告中简要说明实现过程,并写出对问题1的回答。完成这问题2和3要求的部分代码后,运行整个系统,可以看到大约每1秒会输出一次”100 ticks”,而按下的键也会在屏幕上显示。

提示:可阅读小节“中断与异常”。

小节“中断与异常”:https://chyyuu.gitbooks.io/ucore_os_docs/content/lab1/lab1_3_3_3_lab1_interrupt.html

实验报告:练习6

1.中断描述符表(也可简称为保护模式下的中断向量表)中一个表项占多少字节?其中哪几位代表中断处理代码的入口?

中断描述符表一个表项占8个字节。如下图(注意是两行),分别为task gate,interrupt gate以及trap gate。分别对应IDT表中的三种描述符,任务(很少用),中断(I/O等),陷入(系统调用或exception等)。其中,task gate可以不看,主要就是看interrupt gate和trap gate两个descriptor.

2-3字节是段选择子,0-1字节和6-7字节拼成位移,
两者联合便是中断处理程序的入口地址。
![]()

2.请编程完善kern/trap/trap.c中对中断向量表进行初始化的函数idt_init。在idt_init函数中,依次对所有中断入口进行初始化。使用mmu.h中的SETGATE宏,填充idt数组内容。每个中断的入口由tools/vectors.c生成,使用trap.c中声明的vectors数组即可。

其实这个实验的目的就是填充IDT表,将中断服务例程的地址给它填充进去。__vector[]全局变量里保存了所有的中断服务例程。遍历添加即可。

总结下来有3步

第一步,声明__vertors[],其中存放着中断服务程序的入口地址。这个数组生成于vertor.S中。
第二步,填充中断描述符表IDT。
第三部,加载中断描述符表。

首先是SETGATE函数,用于向IDT表里填充中断服务例程信息, 我们必然在trap.c里调用这个函数进行IDT的填充。

参考:mmu.h的SETGATE宏定义函数:

/* *

 * Set up a normal interrupt/trap gate descriptor
 * - istrap: 1 for a trap (= exception) gate, 0 for an interrupt gate
 * - sel: Code segment selector for interrupt/trap handler
 * - off: Offset in code segment for interrupt/trap handler
 * - dpl: Descriptor Privilege Level - the privilege level required
 * for software to invoke this interrupt/trap gate explicitly
 * using an int instruction.
 * */
   #define SETGATE(gate, istrap, sel, off, dpl) {            \
    (gate).gd_off_15_0 = (uint32_t)(off) & 0xffff;        \
    (gate).gd_ss = (sel);                                \
    (gate).gd_args = 0;                                    \
    (gate).gd_rsv1 = 0;                                    \
    (gate).gd_type = (istrap) ? STS_TG32 : STS_IG32;    \
    (gate).gd_s = 0;                                    \
    (gate).gd_dpl = (dpl);                                \
    (gate).gd_p = 1;                                    \
    (gate).gd_off_31_16 = (uint32_t)(off) >> 16;        \
   }

1.中断服务例程的地址均保存在 _vector去全局变量中,这个值定义在 tools/vector.c里
以下是vector.c的部分源码,其中一共有255个vector,

vector.s文件

# handler
.text #中断处理函数属于.text的内容。因此,中断处理函数的段选择子即.text的段选择子GD_KTEXT。
vector0:
  pushl $0
  pushl $0
  jmp __alltraps
.globl vector1
vector1:
  pushl $0
  pushl $1
  jmp __alltraps
.globl vector2
vector2:
  pushl $0
  pushl $2
  jmp __alltraps

kern/trap/trap.c的idt_init函数

void
idt_init(void) {
     /* LAB1 YOUR CODE : STEP 2 */
     /* (1) Where are the entry addrs of each Interrupt Service Routine (ISR)?
      *     All ISR's entry addrs are stored in __vectors. where is uintptr_t __vectors[] ?
      *     __vectors[] is in kern/trap/vector.S which is produced by tools/vector.c
      *     (try "make" command in lab1, then you will find vector.S in kern/trap DIR)
      *     You can use  "extern uintptr_t __vectors[];" to define this extern variable which will be used later.
      * (2) Now you should setup the entries of ISR in Interrupt Description Table (IDT).
      *     Can you see idt[256] in this file? Yes, it's IDT! you can use SETGATE macro to setup each item of IDT
      * (3) After setup the contents of IDT, you will let CPU know where is the IDT by using 'lidt' instruction.
      *     You don't know the meaning of this instruction? just google it! and check the libs/x86.h to know more.
      *     Notice: the argument of lidt is idt_pd. try to find it!
      */
   //取得vecotrs数组
    extern uintptr_t __vectors[];
    int i;
   //设置idt表
    for (i = 0; i < sizeof(idt) / sizeof(struct gatedesc); i ++) {
        //  idt表item,设置为trap,段基址,_vecotr[i]偏移量,特权级使用
        SETGATE(idt[i], 0, GD_KTEXT, __vectors[i], DPL_KERNEL);
    }
    // 进入内核模式并使用lidt指令加载IDT表
    SETGATE(idt[T_SWITCH_TOK], 0, GD_KTEXT, __vectors[T_SWITCH_TOK], DPL_USER);
    // load the IDT 该指令只有特权级能够使用
    lidt(&idt_pd);
}

3.请编程完善trap.c中的中断处理函数trap,在对时钟中断进行处理的部分填写trap函数中处理时钟中断的部分,使操作系统每遇到100次时钟中断后,调用print_ticks子程序,向屏幕上打印一行文字”100 ticks”。

这个就很简单了,按照步骤一步一步写就行了。

每次分发trap的时候,如果case是IRQ_OFFSET + IRQ_TIMER则ticks++,当ticks%100==0时候, 调用print_ticks即可。

 /* trap_dispatch - dispatch based on what type of trap occurred */
 static void
 trap_dispatch(struct trapframe *tf) {
     char c;

     switch (tf->tf_trapno) {
     case IRQ_OFFSET + IRQ_TIMER:
         /* LAB1 YOUR CODE : STEP 3 */
         /* handle the timer interrupt */
         /* (1) After a timer interrupt, you should record this event using a global variable (increase it), such as ticks in kern/driver/clock.c
          * (2) Every TICK_NUM cycle, you can print some info using a funciton, such as print_ticks().
          * (3) Too Simple? Yes, I think so!
          */
         ticks ++;
         if (ticks % 100 == 0) {
             print_ticks();
         }
         break;
     case IRQ_OFFSET + IRQ_COM1:
         c = cons_getc();
         cprintf("serial [%03d] %c\n", c, c);
         break;
     case IRQ_OFFSET + IRQ_KBD:
         c = cons_getc();
         cprintf("kbd [%03d] %c\n", c, c);
         break;
     //LAB1 CHALLENGE 1 : YOUR CODE you should modify below codes.
     case T_SWITCH_TOU:
         if (tf->tf_cs != USER_CS) {
             switchk2u = *tf;
             switchk2u.tf_cs = USER_CS;
             switchk2u.tf_ds = switchk2u.tf_es = switchk2u.tf_ss = USER_DS;
             switchk2u.tf_esp = (uint32_t)tf + sizeof(struct trapframe) - 8;

             // set eflags, make sure ucore can use io under user mode.
             // if CPL > IOPL, then cpu will generate a general protection.
             switchk2u.tf_eflags |= FL_IOPL_MASK;

             // set temporary stack
             // then iret will jump to the right stack
             *((uint32_t *)tf - 1) = (uint32_t)&switchk2u;
         }
         break;
     case T_SWITCH_TOK:
         if (tf->tf_cs != KERNEL_CS) {
             tf->tf_cs = KERNEL_CS;
             tf->tf_ds = tf->tf_es = KERNEL_DS;
             tf->tf_eflags &= ~FL_IOPL_MASK;
             switchu2k = (struct trapframe *)(tf->tf_esp - (sizeof(struct trapframe) - 8));
             memmove(switchu2k, tf, sizeof(struct trapframe) - 8);
             *((uint32_t *)tf - 1) = (uint32_t)switchu2k;
         }
         break;
     case IRQ_OFFSET + IRQ_IDE1:
     case IRQ_OFFSET + IRQ_IDE2:
         /* do nothing */
         break;
     default:
         // in kernel, it must be a mistake
         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
             print_trapframe(tf);
             panic("unexpected trap in kernel.\n");
         }
     }

 }

 /* *

  * trap - handles or dispatches an exception/interrupt. if and when trap() returns,
  * the code in kern/trap/trapentry.S restores the old CPU state saved in the
  * trapframe and then uses the iret instruction to return from the exception.
  * */
    void
    trap(struct trapframe *tf) {
     // dispatch based on what type of trap occurred
     trap_dispatch(tf);
    }

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