中断和异常的转移方法

核心提示：80386实模式下的中断和异常的转移方法与8086相同，这里介绍的中断和异常的转移方法是指 80386在保护模式下响应中断和处理异常时所采用的转移方法，中断和异常的转移方法， 1.中断描述符表IDT与8086/8088一样，在响应中断或者处理异常时，(a)是没有变换特权级和没有出错码的情形；(b)是没有变换特权级有出错

80386实模式下的中断和异常的转移方法与8086相同。这里介绍的中断和异常的转移方法是指 80386在保护模式下响应中断和处理异常时所采用的转移方法。

1.中断描述符表IDT

与8086/8088一样，在响应中断或者处理异常时，80386根据中断向量号转对应的处理程序。但是，在保护模式下，80386不使用实模式下的中断向量表，而是使用中断描述符表IDT。在保护模式下，80386把中断向量号作为中断描述符表IDT中描述符的索引，而不再是中断向量表中的中断向量的索引。象全局描述符表GDT一样，在整个系统中，中断描述符表IDT只有一个。中断描述符表寄存器IDTR指示IDT在内存中的位置。由于80386只识别256个中断向量号，所以IDT最大长度是2K。中断描述符表IDT所含的描述符只能是中断门、陷阱门和任务门。也就是说，在保护模式下，80386只有通过中断门、陷阱门或任务门才能转移到对应的中断或异常处理程序。从前文中给出的门描述符的格式可见，门描述符包含由选择子和偏移构成的48位全指针。另外，双字计数字段对中断门、陷阱门和任务门而言无意义。

2.中断响应和异常处理的步骤

由硬件自动实现的中断响应和异常处理的步骤如下：

首先，判断中断向量号要索引的门描述符是否超出IDT的界限。若超出界限，就引起通用保护故障，出错码为中断向量号乘8再加2。 其次，从IDT中取得对应的门描述符，分解出选择子、偏移量和描述符属性类型，并进行有关检查。描述符只能是任务门、286中断门、286陷阱门、386中断门或386陷阱门，否则就引起通用保护故障，出错码是中断向量号乘8再加2。如果是由INT n指令或INTO指令引起转移，还要检查中断门、陷阱门或任务门描述符中的DPL是否满足CPL<=DPL(对于其它的异常或中断，门中的DPL被忽略)。这种检查可以避免应用程序执行INT n指令时，使用分配给各种设备用的中断向量号。如果检查不通过，就引起通用保护故障，出错码是中断向量号乘8再加2。门描述符中的P位必须是1，表示门描述符是一个有效项，否则就引起段不存在故障，出错码是中断向量号乘8再加2。 最后，根据门描述符类型，分情况转入中断或异常处理程序。对于异常处理，在开始上述步骤之前，还要根据异常类型确定返回点；如果有出错代码，则形成符合出错码格式的出错码，并在实际执行异常处理程序之前把出错码压入堆栈。为了保证栈的双字边界对齐，16位的出错码以32位的值压入，其中高16位的值未作定义，对于16位段也是如此。

3.通过中断门或陷阱门的转移

如果中断向量号所指示的门描述符是386中断门或386陷阱门，那么控制转移到当前任务的一个处理程序过程，并且可以变换特权级。与其它调用门的CALL指令一样，从中断门和陷阱门中获取指向处理程序的48位全指针。其中16位选择子是对应处理程序或代码段的选择子，它指示全局描述符表GDT或局部描述符表LDT中的代码段描述符；32位偏移指示处理程序入口点在代码段内的偏移量。通过中断门或陷阱门的转移过程如下所示，该过程由硬件自动进行。(1)若选择子为空，则产生通用保护故障；(2)取对应的描述符；(3)若非存储段描述符，则产生通用保护故障；(4)若非一致代码段且DPL且段存在，则切换到内层堆栈；(5)调整RPL=0；(6)把描述符装入CS；(7)若入口偏移越界，则产生通用保护故障；(8)EFLAGS压入堆栈；(9)CS压入堆栈；(10)EIP压入堆栈；(11)使TF=0，NT=0；(12)若为中断门，则使IF=0；(13)若有出错码，则把出错码压入堆栈；(14)转入处理程序。由上述转移过程可见，中断门或陷阱门中指示处理程序的选择子必须指向描述一个可执行的代码段的描述符。如果选择子为空，就引起通用保护故障，出错码是0。如果描述符不是代码段描述符，就引起通用保护故障，出错码含选择子。中断或异常可以转移到同一特权级或内层特权级。上述指定处理程序代码段的描述符中的类型及DPL字段，决定了这种同一任务内的转移是否要发生特权级变换。如果是一个非一致代码段，并且DPLCPL则产生通用保护异常。上述转移过程中的第六步，也就是“把描述符装入CS”，是指把上述指定处理程序段的描述符装入CS的高速缓冲寄存器中，在这一步骤中要对描述符进行类似通过调用门进行转移的其它检查，包括是否代码段描述符和代码段描述符是否存在等，因此可能再发生异常。在对该描述符进行检查时，通过调整门中选择子的RPL=0(在处理器内部调整，而不影响存储器中的选择子的RPL字段)的方法，实现只考虑代码段的DPL，而不考虑门中选择子的RPL。把描述符装入CS之后，还要检查门描述符中给出的表示处理程序代码段入口的偏移是否越界，即是否超出段界限。如果越界，就引起出错码为0的通用保护故障。从转移过程还可以看出，把标志寄存器和断点压入堆栈的做法和顺序与实模式是相同的，但这里每一次堆栈操作是一个双字，CS被扩展成32位。在16位段中亦是如此。把TF置成0，表示不允许处理程序单步执行。把NT置成0，表示处理程序在利用中断返回指令IRET返回时，返回到同一任务而不是一个嵌套任务。需要注意的是，任何特权级的程序都可改变NT位，这样可以利用中断或陷阱处理程序完成任务切换。通过中断门的转移和通过陷阱门的转移之间的差别只是对IF标志的处理。对于中断门，在转移过程中把IF置为0，使得在处理程序执行期间屏蔽掉INTR中断(当然，在中断处理程序中可以人为设置IF标志打开中断，以使得在处理程序执行期间允许响应可屏蔽中断)；对于陷阱门，在转移过程中保持IF位不变，即如果IF位原来是1，那么通过陷阱门转移到处理程序之后仍允许INTR中断。因此，中断门最适宜于处理中断，而陷阱门适宜于处理异常。在有出错码的情况下，转入处理程序之前还要把出错码压入堆栈。只有异常处理才可能有出错码。下图给出了通过中断门或陷阱门转移时的堆栈情况。(a)是没有变换特权级和没有出错码的情形；(b)是没有变换特权级有出错码的情形；(c)是变换特权级和没有出错码的内层堆栈的情形。(d)是变换特权级和有出错码的内层堆栈情形。注意图中每一项为双字。