Interrupções no ARM: Conceito, Mecanismos e Implementação, Exercícios de Arquitetura

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EA

INTRODUÇÃO A SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO DIGITAL

2S

PED Tiago Novaes Angelo

INTERRUPÇÃO

Aulas 17 , 18 e 19

Objetivos

• Definir o conceito de interrupção
• Diferenciar Interrupção de Subrotinas
  • Conhecer os mecanismos de interrupção do ARM
• Conhecer as diversas estratégias para implementar interrupções
• Aprender a instalar interrupções na memória

Controlador

EXEMPLO

Vamos supor que você está jogando CandyCrush no seu smartphone e alguém resolve ligar para você...

CPU MEM

PROG

GSI

• Gerador de Sequência de interrupção : é o hardware dentro do controlador que irá receber o sinal de interrupção, interromper a execução da instrução e desviar a execução do programa para a ROTINA DE SERVIÇO DE INTERRUPÇÃO (RSI) , a qual atenderá o evento que gerou interrupção.

RSI

EXEMPLO

INTERRUPÇÃO

É a quebra da sequência de operação de forma a atender eventos especiais, tais como:

• Entrada de dados atendendo a solicitação de periféricos
• Atendimento de sinal de sensor
• Sinais internos

• DEFINIÇÃO:

Como eu informo a CPU que um evento quer interrompê-la?

Via um sinal de interrupção enviado ao GSI por linhas de interrupção

Cada linha de interrupção têm associada a ela um dispositivo (ou conjunto deles) que enviam o sinal de interrupção quando desejam ser atendidos.

GERADOR DE SINAIS DE INTERRUPÇÃO

• O QUE É? É um dispositivo do controlador que, ao receber um sinal de interrupção, salva o estado atual do processador (Registrador de Estado ou PSW), o endereço de retorno e desvia a execução do programa para Rotina de Serviço de Interrupção (RSI).

• ARQUITETURA:

D Q

CLR Q

BUSCA EXECUÇÃO

GERADOR DE SEQUÊNCIA DE INTERRUPÇÃO

PARTIDA

 ^ ...^       ... 

   ...

sinais de controle sinais de controle sinal do fim da sequência de micro- comandos

sinal do fim da sequência de micro- comandos

sinal de^ C.O. interrupção

Flip-Flop de Interrupção sinais de controle

ATENDIMENTO DE UMA INTERRUPÇÃO

• Relembrando os passos para o atendimento de uma interrupção:
  1. Armazenar o conteúdo do PC para posterior retorno à execução interrompida (Endereço de retorno);
  2. Armazenar o estado corrente do processador , para restaurar, no retorno, a situação no momento à interrupção;
  3. Desviar o controle de execução para Rotina de Serviço de Interrupção;

Onde iremos armazenas essas informações?

PILHA!

SINAIS DE CONTROLE DO GSI

PUSH PC

PUSH PSW

JUMP RSI

Pilha ← (PC) Pilha ← (PSW) PC ← End da RSI

End de retorno Estado corrente do processador

GERADOR DE SINAIS DE INTERRUPÇÃO

Desvia a execução para RSI

ROTINAS DE SERVIÇO DE INTERRUPÇÃO

Qual é o endereço da Rotina de Serviço de Interrupção?

• Antes de executar os sinais de controle para o atendimento de um sinal de interrupção, o GSI deve conhecer qual o endereço da RSI
• Existem 3 formas de informar o GSI qual é este endereço

Mapeamento Interno à CPU

• Neste caso, cada linha de interrupção está associada a um endereço de memória
• O programador deve instalar a RSI no endereço de interrupção associado ao pino de interrupção onde foi ligado o dispositivo

L

Mapeamento

RS

MEM

L2 RS

CPU

ROTINAS DE SERVIÇO DE INTERRUPÇÃO

Qual é o endereço da Rotina de Serviço de Interrupção?

• Antes de executar os sinais de controle para o atendimento de um sinal de interrupção, o GSI deve conhecer qual o endereço da RSI
• Existem 3 formas de informar o GSI qual é este endereço

Mapeamento Externo à CPU

• Neste caso, temos um hardware chamado “ Controlador de Interrupções ” que informa ao GSI qual é o endereço da interrupção;
• Porém, antes de executar o JUMP para a RS, a CPU precisa ler este endereço enviado pelo controlador

L

end

MEM

L

CPU

Controlador de Interrupções

GSI

PUSH PC

PUSH PSW

JUMP RSI

IN CONTRL

INTERRUPÇÃO

• Resumindo o que vimos até agora...
  • Definição : Uma interrupção nada mais é do que a quebra da sequência de operação para o atendimento de um evento interno ou externo
  • Atendimento : O atendimento da interrupção desvia a execução da CPU para uma Rotina de Serviço de Interrupção. Uma vez finalizado, as condições anteriores do processador são restauradas
• Endereço : O sinal de interrupção é enviado pelo dispositivo através de uma linha de interrupção. Cada linha de interrupção tem associada a si um endereço da memória
• Hardware : Uma área dentro do controlador, o Gerador de Sinais de Interrupção, é responsável por atender a interrupção. O retorno é executado por uma instrução (RTI) ao final da RSI

Onde se encontram as Rotinas de Serviço de Interrupção?

Possibilidade 1: Nos endereços associadas às linhas de interrupção L1 → RS L2 → RS

L3 → RS

(1) Em posições não contíguas de memória

L

END

L2 END

Ln (^) ENDn

RS

“mouse”

MEMÓRIA

RS

“mouse”

RS

“teclado”

RS

“teclado”

Invadiu a área reservada para a RSI de outra linha de interrupção!

Solução?

Desviar a execução para uma área livre da memória

ENDX RS

“teclado” – P

RS

“teclado” – P

... JUMP ENDX

Nesta forma de organização, cada endereço associado à linha de interrupção possui um conjunto de palavras para instalação das RSIs.

SINAIS DO GSI PUSH PC PUSH PSW JUMP ENDi PC ← ENDi

ORGANIZAÇÃO DOS ENDEREÇOS DE INTERRUPÇÃO

(2) Em vetores (interrupção vetorizada)

L

END

L2 END

Ln (^) ENDn

MEMÓRIA

Nesta forma de organização, os endereços associados à cada linha de interrupção estão em posições contíguas da memória ...

Desta forma, os endereços de interrupção conterão apenas os endereços das RSI apropriadas.

RS

RS

RS

• Processadores mais modernos (por exemplo, ARM) possuem uma área da memória reservada para os endereços das RSIs. Essa área é chamada de “ Vetor de Interrupções ” e geralmente localiza-se no início do espaço de memória, a partir do endereço 0
• A vantagem desta estratégia é que as RSIs podem ser instaladas em qualquer área livre da memória sem restrição de tamanho

Isto implica não haver espaço para a instalação da RSI ...

SINAIS DO GSI PUSH PC PUSH PSW JUMP (ENDi) PC ← (ENDi) = RSIi

VETOR DE

INTERRUPÇÕES

ORGANIZAÇÃO DOS ENDEREÇOS DE INTERRUPÇÃO

ORGANIZAÇÃO DOS ENDEREÇOS DE INTERRUPÇÃO

• Em algumas circunstâncias, para que a Rotina de Serviço de Interrupção seja executada corretamente, podem ser necessárias algumas condições especiais
• Por exemplo, o evento “reiniciar”:
  • Ao pressionar o botão “reiniciar”, o programa corrente é interrompido e a execução é desviada para uma RSI que inicializa o Sistema Operacional
  • Durante esta inicialização, nenhum sinal de interrupção pode interromper a RSI
• Para que nenhuma interrupção aconteça, precisamos desabilitá-las no Registrador de Estado (PSW)

REGISTRADOR DE ESTADO (PSW)

• Uma forma de implementação é associar bits do PSW à linhas de interrupção. Se bit = 1, a linha correspondente ao bit pode interromper a execução. Se bit = 0, não pode interromper.

L3 L2 L

Se, antes de executar a RSI eu seto 001 no PSW, quem poderá interrompê-la?

A este valor que setamos no PSW chamamos de MÁSCARA DE INTERRUPÇÃO

Apenas a Linha 1!

Muitas vezes faz-se necessário passar uma máscara para o Registrador de Estado antes de iniciar a execução da RSI. Como faremos isso?

INTERRUPÇÃO X SUBROTINAS

INTERRUPÇÃO

ATENDIMENTO Síncrono (programa)

Assíncrono (sinal externo)

END DA

ROTINA DE SERVIÇO

Própria Instrução Vetor de Interrupções

DESVIO DA EXECUÇÃO Salva PC Salva PC e PSW

RETORNO AO Restaura PC Restaura PC e PSW PROGRAMA

QUEM EXECUTA O

DESVIO PARA RS

Controlador ao executar CALL

GSI

QUEM EXECUTA O

RETORNO

Controlador ao executar RTS

Controlador ao executar RTI

Diferença entre Interrupção e Subrotina?

INSTALANDO RSIs

• Agora que sabemos os mecanismos de funcionamento da interrupção e onde se localizam os endereços e as rotinas de serviço, vamos aprender como se escreve um programa Assembly para implementar interrupções. Vamos começar com um exemplo prático:

Seja uma arquitetura onde as linhas de interrupção L1, L2 e L3 estão associadas a um Vetor de Interrupções de endereços contíguos e sem PSW. O Vetor de Interrupções começa na posição 0 de memória e as RSIs estão, respectivamente, nas posições 300, 400 e 500. Escreva um programa que implemente estas condições.

L END L2 (^) END L3 (^) END

RS

RS

RS

Antes de continuar, vamos falar mais um pouco sobre pseudo-instruções ...