1 ЛЕКЦИЯ 4 ОБРАБОТКА ПРЕРЫВАНИЙ В ЗАЩИЩЕННОМ РЕЖИМЕ Обработка прерываний в защищенном режиме так же сильно отличается от обработки в реальном режиме, как сам защищенный режим отличается от реального. Во-первых, в защищенном режиме несколько иное распределение номеров векторов прерываний, во-вторых, принципиально иным является сам механизм обработки прерываний. Распределение номеров прерываний в реальном и защищенном режимах Номер вектора Реальный режимЗащищенный режим Тип прерывания Код ошибки 0Деление на ноль ОшибкаНе формир. 1Пошаговой работы Ошибка или ловушка Не формир.

2 2Сигнал на входе NMI ЛовушкаНе формир. 3Контрольная точка ЛовушкаНе формир. 4Переполнение ЛовушкаНе формир. 5BIOS:печать экрана/ нарушение границ массива Нарушение границ массива ОшибкаНе формир. 6Недопустимая команда ОшибкаНе формир. 7Обращение к отсутств. сопроц. ОшибкаНе формир. 8таймер/ двойная ошибка двойная ошибкаАварияФормируе тся (0)

3 9КлавиатураНе используется _Формируе тся 10(0Ah)Сигнал на линии IRQ_2 Ошибочный TSSОшибкаФормируе тся 11(0Bh)Сигнал на линии IRQ_3 Отсутствие сегмента ОшибкаФормируе тся 12(0Ch)Сигнал на линии IRQ_4/ выход за пределы стека выход за пределы стека или отсутствие стека ОшибкаФормируе тся 13(0Dh)Сигнал на линии IRQ_5 Нарушение общей защиты ОшибкаФормируе тся 14(0Eh)Контроллер НГМД - Сигнал на линии IRQ_6 Отсутствие страницы памяти ОшибкаФормируе тся 15(0Fh)Сигнал на линии IRQ_7 Не используется__

4 16(10h)BIOS:функции видеосистемы/ош ибка сопроцес. Ошибка сопроцессора ОшибкаНе формир. 17(11h)Используется для прерываний BIOS и DOS Ошибка выравнивания ОшибкаФормируе тся (всегда 0) 18 – 31 (12h-19h) Используется для прерываний BIOS и DOS Зарезервировано__ 32 – 255 (20h-0ffh) Используется для прерываний BIOS и DOS Аппаратные прерывания; прер., опред. пользователем и ОС ЛовушкаНе формир.

5 Схема обработки прерывания в защищенном режиме

6 Последовательность действий при возникновении прерывания от источника с номером N, выполняемая микропроцессором: 1.Определение местонахождения таблицы IDT, адрес и размер которой содержится в регистре idtr. 2. Сложение значения адреса, по которому расположена IDT, и значения n*8. По данному смещению в таблице IDT должен находиться 8- байтовый дескриптор, определяющий местоположение процедуры обработки прерывания. 3. Переключение на процедуру обработки прерывания. Классификация прерываний и исключений: Сбой (ошибка) прерывание или исключение, при возникновении которого в сек записываются значения регистров cs:eip, указывающие на команду, вызвавшую данное прерывание. Это позволяет, получив доступ к сегменту кода, исправить ошибочную команду в обработчике прерывания и, вернув управление программе, фактически осуществить ее рестарт. (В реальном режиме в стеке запоминается адрес следующей команды)

7 Ловушка – прерывание или исключение, при возникновении которого в стек записываются значения регистров cs:eip, указывающее на команду, следующую за командой, вызвавшей прерывание. Так же возможен рестарт программы. Для этого в программе обработки прерывания после исправления кода или данных, перед возвратом управления скорректировать в стеке значение eip на величину, равную длине команды, вызвавшей прерывание. Если прерывание этого типа возникло при выполнении команды jmp, то, в отличие от реального режима, в стеке будет сохранен адрес возврата, отражающий результат перехода. Аварийное завершение – прерывание, при котором информация о месте его возникновения недоступна или неполна, и поэтому рестарт практически невозможен, если данная ситуация не была запланирована. Код ошибки имеет размерность 16 бит (при 32 разрядном режиме адресации дополняется нулями в сторону старших разрядов).

8 Стек для прерываний с кодом ошибки и без него

9 Структура кода ошибки Номер битаОбозначениеНазначение и содержание 0EXTENT=1 (ИС вызвана аппаратным прерыванием) =0 (ИС вызвана посл. выполн. командой) 1IDT=1 (в поле INDEX содержится индекс дескриптора в IDT) =0 (в поле INDEX содержится индекс дескриптора в GDT или LDT) 2TI=1 (в поле INDEX содержится индекс дескриптора в LDT) =0 (в поле INDEX содержится индекс дескриптора в GDT ) 3…15INDEXНомер дескриптора в одной из таблиц IDT, GDT, LDT в соответствии с состоянием полей EXTENT, IDT или TI; 0 – для некоторых исключений.

10 Особенности таблицы IDT Нулевой дескриптор используется (в отличие от GDT) –описывает шлюз для программы обработки исключительной ситуации 0 (ошибка деления). Дескрипторы в таблице IDT строго упорядочены в соответствии с номерами прерываний. В таблицах GDTи LDT порядок описания дескрипторов не играет роли. Размерность таблицы – не более 256*8 байт. В отдельных случаях есть смысл описывать все 256 дескрипторов, формируя для неиспользуемых номеров прерываний шлюзы-заглушки. Если этого не сделать, то незапланированные прерывания с номерами, превышающими пределы IDT для данной задачи будут приводить к возникновению исключительной ситуации общей защиты ( с номером 13 (0Dh)). Микропроцессор всегда определяет местоположение таблицы IDT по полю базового адреса в регистре idtr (независимо от режима работы). В реальном режиме содержимое этого поля равно нулю. Шлюзами называют дескрипторы в таблице IDT для того, чтобы подчеркнуть их специфику по сравнению с дескрипторами в GDT и LDT.

11 Шлюзы предназначены для указания точки входа в программу обработки прерывания. Возможны три типа шлюзов: шлюз ловушки; шлюз прерывания; шлюз задачи. Формат шлюза ловушки

12 Поля шлюза ловушки Номера битовОбозначениеЗначениеНазначение 0…15offset_1nn…nnСмещение в сегменте (1-я половина 16…31indicatormm…mmСелектор, указывающий на дескриптор в GDT или LDT 32…36_Не используется 37…39000Постоянное значение 40…43type1111Тип шлюза – ловушка 440Постоянное значение 45…46dplnn (обычно 11) Определение min уровня привилегий задачи, которая может передать управление обработчику прерываний через данный шлюз 47p0 или 1Бит присутствия 48…63 offset_2nn…nnСмещение в сегменте (2-я половина

13 При подготовке выхода из подпрограммы обработки прерывания, вызываемой через шлюз-ловушку необходимо помнить, что команда iret ничего не знает о возможности наличия в стеке кода ошибки. В последнем случае для корректного возврата управления необходимо предварительно командой pop удалить из стека код ошибки. Формат шлюза прерывания

14 При возникновении прерывания, которому соответствует шлюз прерывания, микропроцессор выполняет те же действия, что и в случае шлюза-ловушки с одним отличием. При передаче управления обработчику прерывания сбрасывается в 0 флаг IF в регистре eflags, запрещая тем самым обработку аппаратных прерываний. Формат шлюза задачи

15 Наличие дескриптора типа шлюза задачи позволяет при возникновении соответствующего прерывания переключаться на некоторую задачу, которая будет осуществлять обработку прерывания. Поле indicator в шлюзе задачи содержит селектор сегмента TSS для этой задачи в таблице GDT или LDT (в зависимости от значения бита TI селектора). Итак, шлюзы ловушки и прерывания с помощью полей indicator и offset определяют адрес, по которому находится точка входа в программу обработки прерывания. Шлюз задачи предназначен для реализации принципиально иного перехода к обработчику прерываний – с использованием механизма переключения задач. Последовательность действий для подготовки к функционированию прерываний в защищенном режиме. 1.Инициализировать таблицу IDT. 2. Составить процедуры обработчиков прерываний. 3. Запретить аппаратные прерывания.

16 4. Перепрограммировать контроллер прерываний i8259A. 5.Загрузить регистр idtr адресом и размером таблицы IDT. 6. перейти в защищенный режим. 7. Разрешить обработку прерываний.