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中断和异常处理，嵌入式行业的门槛？

news 2025/7/5 17:57:28

Linux内核中，中断和异常是重要的机制，用于响应硬件事件和处理异常情况。它们直接关系到系统的稳定性和性能。本文将通过清晰的结构、逻辑图、表格，深入解析中断和异常处理的种类、流程以及它们与系统调用和用户空间的联系。

1. 中断和异常概述

中断和异常的本质都是处理器被迫停止当前任务，转而执行特定的处理例程。二者既有联系，也有区别。

对比项	中断	异常
来源	硬件（外部设备）或软件触发	CPU执行指令时内部检测到的事件
触发时机	异步，通常与当前指令无关	同步，紧随当前指令的执行
类型	硬件中断、软件中断	故障、陷阱、终止
应用场景	设备驱动、定时器	系统调用、除零错误、缺页异常

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2. 中断的种类及处理流程

2.1 中断的种类

中断分为以下两大类：

中断类别	来源	示例
硬件中断	外部硬件设备	键盘输入、网卡数据包到达
软件中断	程序通过指令主动触发	系统调用、调试中断

硬件中断控制

硬件中断由中断控制器（如APIC）管理，控制器接收外设中断信号并通知处理器。

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2.2 中断处理流程

中断的处理流程可以用以下逻辑图表示：

+-------------------+
|  硬件设备触发中断 |
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 中断控制器接收信号 |
+---------+---------+|
+---------v---------+
| CPU保存当前任务状态|
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 查询IDT找到处理程序|
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 执行中断处理例程   |
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 恢复任务并继续执行 |
+-------------------+

示例：中断处理程序的注册

在Linux内核中，可以通过 request_irq 注册中断处理程序：

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev);

3. 异常的种类及处理流程

3.1 异常的种类

异常可以根据性质分为以下几种：

异常类别	说明	示例
故障	可恢复，通常需要修复问题后重试	缺页异常
陷阱	程序主动触发，异常处理后继续执行	系统调用
终止	不可恢复，程序被强制终止	除零错误

3.2 异常处理流程

异常的处理流程类似于中断，但更加紧密地与当前指令相关：

+-------------------+
| CPU检测到异常     |
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 保存当前任务状态   |
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 查询IDT找到处理程序|
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 执行异常处理例程   |
+---------+---------+|
+---------v---------+
| 恢复状态继续执行   |
+-------------------+