本文主要是介绍《操作系统真象还原》第七章——改进中断，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
前言
在上一节《操作系统真象还原》第七章——启用中断-CSDN博客，我们在kernel.S中定义了33个中断处理程序，并简单的对其进行了实现（打印字符串），但很显然，使用这种方式定义中断处理程序是很不方便的，一方面我们的中断处理程序都是用汇编语言写的，这增加了我们编写代码的难度，因为后期我们要对每个中断处理程序都要单独定义。另一方面，我们将中断处理程序的声明和定义放在了同一个文件中，不符合代码的高耦合低内聚原则
改进
主要改进如下：
将中断处理程序的定义放在c语言中实现，而调用仍然放在kernel.S中实现
以下是中断处理程序的实现，在这里我们仍旧统一将其定义为一个函数，后期再调整修改为对应的中断实现
kernel/interrupt.c
static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr)
{//伪中断向量，无需处理if(vec_nr==0x27 || vec_nr==0x2f){return;}put_str("int vector:0x");put_int(vec_nr);put_char('\n');
}改进的kernel.S
kernel/kernel.S
%macro VECTOR 2 ;定义VECTOR宏，该宏用于定义中断处理程序
section .text ;中断处理程序的代码段
intr%1entry: ;这是一个标号，用于表示中断程序的入口地址，即中断程序的函数名%2 ;压入中断错误码（如果有）push ds ; 以下是保存上下文环境push espush fspush gspushad; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI mov al,0x20 ; 中断结束命令EOIout 0xa0,al ;向主片发送OCW2,其中EOI位为1，告知结束中断，详见书p317out 0x20,al ;向从片发送OCW2,其中EOI位为1，告知结束中断push %1 ; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便call [idt_table + %1*4] ; 调用idt_table中的C版本中断处理函数jmp intr_exitsection .datadd intr%1entry ;存储各个中断入口程序的地址，形成intr_entry_table数组,定义的地址是4字节，32位
%endmacrosection .text
global intr_exit
intr_exit:; 以下是恢复上下文环境add esp, 4 ; 跳过中断号popadpop gspop fspop espop dsadd esp, 4 ;对于会压入错误码的中断会抛弃错误码（这个错误码是执行中断处理函数之前CPU自动压入的），对于不会压入错误码的中断，就会抛弃上面push的0 iretd ; 从中断返回,32位下iret等同指令iretd
完整代码
kernel/interrupt.c
#include "interrupt.h" //里面定义了intr_handler类型
#include "stdint.h" //各种uint_t类型
#include "global.h" //里面定义了选择子
#include "io.h"
#include "print.h"#define PIC_M_CTRL 0x20 // 这里用的可编程中断控制器是8259A,主片的控制端口是0x20
#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21
#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0
#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1#define IDT_DESC_CNT 0x21 //支持的中断描述符个数33//定义中断描述符结构体
struct gate_desc {uint16_t func_offset_low_word; //函数地址低字uint16_t selector; //选择子字段uint8_t dcount; //此项为双字计数字段，是门描述符中的第4字节。这个字段无用uint8_t attribute; //属性字段uint16_t func_offset_high_word; //函数地址高字
};//定义中断门描述符结构体数组，形成中断描述符表idt，该数组中的元素是中断描述符
static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT];
//静态函数声明，该函数用于构建中断描述符，将上述定义的中断描述符结构体按照字段说明进行填充即可
static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function);//intr_handler为void*类型，intr_entry_table为中断处理程序数组，其内的元素是中断处理程序入口地址
extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT];//存储中断/异常的名字
char* intr_name[IDT_DESC_CNT];
//定义中断处理程序数组，在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口,最终调用的是ide_table中的处理程序
intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT];/*初始化可编程中断控制器8259A*/
static void pic_init()
{/* 初始化主片 */outb (PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4.outb (PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为0x20,也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27.outb (PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2接从片. outb (PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI/* 初始化从片 */outb (PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4.outb (PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F.outb (PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚outb (PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI/* 打开主片上IR0,也就是目前只接受时钟产生的中断 */outb (PIC_M_DATA, 0xfe);outb (PIC_S_DATA, 0xff);put_str("pic_init done\n");
}/*
函数功能：构建中断描述符
函数实现：按照中断描述符结构体定义填充字段
参数：中断门描述符地址，属性，中断处理函数
*/
static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function)
{ p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t)function & 0x0000FFFF;p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE;p_gdesc->dcount = 0;p_gdesc->attribute = attr;p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t)function & 0xFFFF0000) >> 16;
}/*
函数功能：中断描述符表idt
函数实现：循环调用make_idt_desc构建中断描述符，形成中断描述符表idt
参数：中断描述符表中的某个中断描述符地址，属性字段，中断处理函数地址
*/
static void idt_desc_init(void) {int i;for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) {make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); }put_str("idt_desc_init done\n");
}#if 1
/*用c语言定义中断处理函数的具体实现，不再用汇编语言在kernel.S中定义中断处理函数的实现*/
//参数：中断向量号
static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr)
{//伪中断向量，无需处理if(vec_nr==0x27 || vec_nr==0x2f){return;}put_str("int vector:0x");put_int(vec_nr);put_char('\n');
}
#endif/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */
static void exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册int i;for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) {/* idt_table数组中的函数是在进入中断后根据中断向量号调用的,* 见kernel/kernel.S的call [idt_table + %1*4] */idt_table[i] = general_intr_handler; // 默认为general_intr_handler。// 以后会由register_handler来注册具体处理函数。intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown }intr_name[0] = "#DE Divide Error";intr_name[1] = "#DB Debug Exception";intr_name[2] = "NMI Interrupt";intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception";intr_name[4] = "#OF Overflow Exception";intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception";intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception";intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception";intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception";intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun";intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception";intr_name[11] = "#NP Segment Not Present";intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception";intr_name[13] = "#GP General Protection Exception";intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception";// intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error";intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception";intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception";intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception";}/*完成有关中断的所有初始化工作*/
void idt_init() {put_str("idt_init start\n");idt_desc_init(); //完成中段描述符表的构建pic_init(); //设定化中断控制器，只接受来自时钟中断的信号exception_init();/* 加载idt */uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); //定义要加载到IDTR寄存器中的值asm volatile("lidt %0" : : "m" (idt_operand));put_str("idt_init done\n");
}kernel/kernel.S
[bits 32]
%define ERROR_CODE nop
%define ZERO push 0extern idt_tablesection .data ;定义数据段global intr_entry_table ;定义中断处理程序数据，数组的元素值是中断处理程序，共33个
intr_entry_table:;宏定义的语法格式为：
; %macro 宏名 参数个数
; 宏定义
; %endmacro
%macro VECTOR 2 ;定义VECTOR宏，该宏用于定义中断处理程序
section .text ;中断处理程序的代码段
intr%1entry: ;这是一个标号，用于表示中断程序的入口地址，即中断程序的函数名%2 ;压入中断错误码（如果有）push ds ; 以下是保存上下文环境push espush fspush gspushad; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI mov al,0x20 ; 中断结束命令EOIout 0xa0,al ;向主片发送OCW2,其中EOI位为1，告知结束中断，详见书p317out 0x20,al ;向从片发送OCW2,其中EOI位为1，告知结束中断push %1 ; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便call [idt_table + %1*4] ; 调用idt_table中的C版本中断处理函数jmp intr_exitsection .datadd intr%1entry ;存储各个中断入口程序的地址，形成intr_entry_table数组,定义的地址是4字节，32位
%endmacrosection .text
global intr_exit
intr_exit:; 以下是恢复上下文环境add esp, 4 ; 跳过中断号popadpop gspop fspop espop dsadd esp, 4 ;对于会压入错误码的中断会抛弃错误码（这个错误码是执行中断处理函数之前CPU自动压入的），对于不会压入错误码的中断，就会抛弃上面push的0 iretd ; 从中断返回,32位下iret等同指令iretdVECTOR 0x00,ZERO ;调用之前写好的宏来批量生成中断处理函数，传入参数是中断号码与上面中断宏的%2步骤，这个步骤是什么都不做，还是压入0看p303
VECTOR 0x01,ZERO
VECTOR 0x02,ZERO
VECTOR 0x03,ZERO
VECTOR 0x04,ZERO
VECTOR 0x05,ZERO
VECTOR 0x06,ZERO
VECTOR 0x07,ZERO
VECTOR 0x08,ERROR_CODE
VECTOR 0x09,ZERO
VECTOR 0x0a,ERROR_CODE
VECTOR 0x0b,ERROR_CODE
VECTOR 0x0c,ZERO
VECTOR 0x0d,ERROR_CODE
VECTOR 0x0e,ERROR_CODE
VECTOR 0x0f,ZERO
VECTOR 0x10,ZERO
VECTOR 0x11,ERROR_CODE
VECTOR 0x12,ZERO
VECTOR 0x13,ZERO
VECTOR 0x14,ZERO
VECTOR 0x15,ZERO
VECTOR 0x16,ZERO
VECTOR 0x17,ZERO
VECTOR 0x18,ERROR_CODE
VECTOR 0x19,ZERO
VECTOR 0x1a,ERROR_CODE
VECTOR 0x1b,ERROR_CODE
VECTOR 0x1c,ZERO
VECTOR 0x1d,ERROR_CODE
VECTOR 0x1e,ERROR_CODE
VECTOR 0x1f,ZERO
VECTOR 0x20,ZEROlib/kernel/print.S
TI_GDT equ 0
RPL0 equ 0
SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3)+TI_GDT+RPL0;定义显存段选择子section .data
put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换;-------------------- 字符串打印函数 -----------------------
[bits 32]
section .text
global put_strput_str:push ebxpush ecxxor ecx,ecxmov ebx,[esp+12] ;ebx存放字符串首地址
.goon:mov cl,[ebx] ;取出字符串的第一个字符，存放到cx寄存器中cmp cl,0 ;判断是否到了字符串结尾，字符串结尾标志符'\0'即0jz .str_overpush ecx ;压入put_char参数，调用put_char函数call put_charadd esp,4 ;回收栈空间inc ebx ;指向字符串的下一个字符jmp .goon
.str_over:pop ecx ;回收栈空间pop ebx ;回收栈空间ret;-------------------- 单字符打印函数 -----------------------
[bits 32]
section .text
global put_char ;通过global关键字将put_char函数定义为全局符号;使其对外部文件可见
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
put_char:pushad ;push all double,压入所有双字长的寄存器;入栈顺序为eax->ecx->edx->ebx->esp->ebp->esi->edimov ax,SELECTOR_VIDEOmov gs,ax ;为gs寄存器赋予显存段的选择子;以下代码用于获取光标的坐标位置，光标的坐标位置存放在光标坐标寄存器中
;其中索引为0eh的寄存器和索引为0fh的寄存器分别存放光标高8位和低8位
;访问CRT controller寄存器组的寄存器，需要先往端口地址为0x03d4的寄存器写入索引
;从端口地址为0x03d5的数据寄存器中读写数据mov dx,0x03d4 ;将0x03d4的端口写入dx寄存器中mov al,0x0e ;将需要的索引值写入al寄存器中out dx,al ;向0x03d4端口写入0x0e索引mov dx,0x03d5 in al,dx ;从0x03d5端口处获取光标高8位mov ah,al ;ax寄存器用于存放光标坐标，;因此将光标坐标的高8位数据存放到ah中;同上，以下代码获取光标坐标的低8位mov dx,0x03d4mov al,0x0fout dx,almov dx,0x03d5in al,dx ;此时ax中就存放着读取到的光标坐标值mov bx,ax ;bx寄存器不仅是光标坐标值，同时也是下一个可打印字符的位置;而我们习惯于bx作为基址寄存器，以后的处理都要基于bx寄存器;因此才将获取到的光标坐标值赋值为bxmov ecx,[esp+36] ;前边已经压入了8个双字（2个字节）的寄存器，;加上put_char函数的4字节返回地址;所以待打印的字符在栈顶偏移36字节的位置cmp cl,0xd ;回车符处理jz .is_carriage_returncmp cl,0xa ;换行符处理jz .is_line_feedcmp cl,0x8 ;退格键处理jz .is_backspace jmp .put_other ;正常字符处理;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;退格键处理;处理思路：;1.将光标位置减一;2.将待删除的字符使用空格字符(ASCII:0x20)代替
.is_backspace:dec bx ;bx中存储光标的坐标位置，将光标坐标位置减去一，即模拟退格shl bx,1 ;由于文本模式下一个字符占用两个字节(第一个字节表示字符的ASCII码，第二个字节表示字符的属性)，;故光标位置乘以2就是光标处字符的第一个字节的偏移量mov byte[gs:bx],0x20 ;将空格键存入待删除字符处inc bx ;此时bx中存储的是字待删除字符的第一个字节位置，;使用inc指令将bx加1后就是该字符的第二个字节的位置mov byte[gs:bx],0x07 ;将黑底白字(0x07)属性加入到该字符处shr bx,1 ;bx除以2，恢复光标坐标位置jmp .set_cursor ;去设置光标位置, 这样光标位置才能真正在视觉上更新;将cx指向的字符放入到光标处
.put_other:shl bx,1 ;将光标坐标转换为内存偏移量mov byte[gs:bx],cl ;将cx指向的字符放入到光标处inc bx ;bx指向当前字符的下一个字节处，存放当前字符属性mov byte[gs:bx],0x07 ;存放字符属性shr bx,1 ;将内存偏移量恢复为光标坐标值inc bx ;bx指向下一个待写入字符位置cmp bx,2000 ;80*25=2000，判断是否字符已经写满屏了jl .set_cursor ;更新光标坐标值;换行处理;思路：首先将光标移动到本行行首，之后再将光标移动到下一行行首
.is_line_feed:
.is_carriage_return:xor dx,dx;将光标移动到本行行首mov ax,bxmov si,80div si ;除法操作，ax/si,结果ax存储商，dx存储余数sub bx,dx.is_carriage_return_end:add bx,80 ;将光标移动到下一行行首cmp bx,2000.is_line_feed_end:jl .set_cursor;滚屏处理;思路:屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充
.roll_screen:cld ;清除方向标志位，字符串的内存移动地址从低地址向高地址移动;若方向标志位被设置，则字符串的内存移动地址从高地址向低地址移动mov ecx,960 ;共移动2000-80=192个字符，每个字符占2个字节，故共需移动1920*2=3840个字节;movsd指令每次移动4个字节，故共需执行该指令3840/4=960次数mov esi,0xb80a0 ;第一行行首地址，要复制的起始地址mov edi,0xb8000 ;第0行行首地址，要复制的目的地址rep movsd ;rep(repeat)指令，重复执行movsd指令，执行的次数在ecx寄存器中;将最后一行填充为空白mov ebx,3840mov ecx,80.cls:mov word[gs:ebx],0x0720add ebx,2loop .clsmov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符..set_cursor:;将光标设为bx值;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;;mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位out dx, almov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 mov al, bhout dx, al;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;;mov dx, 0x03d4mov al, 0x0fout dx, almov dx, 0x03d5 mov al, blout dx, al.put_char_done:popadret;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 -----------------------
;输入：栈中参数为待打印的数字
;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf
;------------------------------------------------------------------------------------------
global put_int
put_int:pushadmov ebp, espmov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节，现在eax中就是要显示的32位数值mov edx, eax ;ebx中现在是要显示的32位数值mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量，也就是把栈中第一个字节取出放入buffer最后一个位置，第二个字节放入buff倒数第二个位置mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个mov ebx, put_int_buffer ;ebx现在存储的是buffer的起始地址;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字
.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符jg .is_A2F add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。jmp .store
.is_A2F:sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码add edx, 'A';将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序.
.store:mov [ebx+edi], dl ; 此时dl中是数字对应的字符的ascii码dec edi ;edi是表示在buffer中存储的偏移，现在向前移动shr eax, 4 ;eax中是完整存储了这个32位数值，现在右移4位，处理下一个4位二进制表示的16进制数字mov edx, eax ;把eax中的值送入edx，让ebx去处理loop .16based_4bits;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前,;把高位连续的字符去掉,比如把字符00000123变成123
.ready_to_print:inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0
.skip_prefix_0: ;跳过前缀的连续多个0cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 je .full0 ;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移
.go_on_skip: mov cl, [put_int_buffer+edi]inc edicmp cl, '0' je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0)dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 jmp .put_each_num.full0:mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0
.put_each_num:push ecx ; 此时cl中为可打印的字符call put_charadd esp, 4inc edi ; 使edi指向下一个字符mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器cmp edi,8 ;当edi=8时，虽然不会去打印，但是实际上已经越界访问缓冲区了jl .put_each_numpopadret编译脚本
#编译mbr
nasm ./boot/mbr.S -o ./build/mbr -I ./boot/include/
dd if=./build/mbr of=~/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc#编译loader
nasm ./boot/loader.S -o ./build/loader -I ./boot/include/
dd if=./build/loader of=~/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc#编译print函数
nasm ./lib/kernel/print.S -f elf -o ./build/print.o # 编译kernel
nasm ./kernel/kernel.S -f elf -o ./build/kernel.o #sudo apt-get install libc6-dev-i386#编译main函数
gcc-4.4 ./kernel/main.c -o build/main.o -c -fno-builtin -m32 -I ./lib/kernel/ -I ./lib/ -I ./kernel/# 编译interrupt
gcc-4.4 ./kernel/interrupt.c -o ./build/interrupt.o -c -fno-builtin -m32 -I ./lib/kernel/ -I ./lib/ -I ./kernel/ # 编译init
gcc-4.4 ./kernel/init.c -o ./build/init.o -c -fno-builtin -m32 -I ./lib/kernel/ -I ./lib/ -I ./kernel/ #链接成内核
ld build/main.o build/init.o build/interrupt.o build/kernel.o build/print.o -o build/kernel.bin -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main #将内核文件写入磁盘，loader程序会将其加载到内存运行
dd if=./build/kernel.bin of=~/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 conv=notrunc seek=9#rm -rf build/*
实现结果
./bin/bochs -f boot.disk
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