Etienne Tremblay

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Etienne Tremblay

• Ordinateurs, Structure et Applications

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Cours 10, Les interruptions
Université Laval, Hiver 2007
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Les interruptions du 8086

• Une interruption interrompt lexécution
  séquentielle des instructions par le CPU. Lors
  dune interruption, lexécution du programme
  principal est suspendue. Linterruption est
  exécutée, puis le programme principal est
  continué.
• Les sauts conditionnels ou inconditionnels ainsi
  que les appels de sous-routines ne sont pas des
  interruptions.
• Il existe 2 catégories dinterruptions les
  interruptions hardware et les interruptions
  software. Les interruptions hardware surviennent
  lorsque les lignes RST, NMI ou INTR du 8086 sont
  activées. Les interruptions software surviennent
  lorsque linstruction INT apparaît ou lors
  dexceptions logicielles (exemples débordement
  de pile (stack overflow), division par zéro).
• Toutes les interruptions ont un numéro de 0 à
  255d, sauf reset. Certains numéros sont fixés par
  le matériel, dautres par les concepteurs du 8086
  et finalement il en reste de disponibles pour le
  programmeur.
• Les interruptions ont des priorités. Elles sont,
  du plus prioritaire au moins prioritaire Reset,
  Exceptions, INT, NMI et INTR. À lintérieur dune
  de ces catégories, lINT avec le numéro le plus
  bas est habituellement la plus prioritaire. Une
  interruption de haute priorité peut interrompre
  une interruption de priorité inférieure. Une
  interruption de basse priorité ne peut pas
  interrompre une interruption de priorité égale ou
  supérieure. Linterruption Reset est la plus
  prioritaire.

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Interruptions vectorisée

• La table des vecteurs dinterruption contient
  ladresse des instructions à exécuter lorsquun
  interruption survient. Pour chaque interruption,
  la table contient 4 bytes dinformation CS et
  IP. La taille de la table des vecteurs
  dinterruption est donc 256ints 4bytes 1Ko.
• La table des vecteurs dinterruption commence à
  ladresse 00000h et elle finit à ladresse
  003FFh. Ne pas mettre de segments à cet
  endroit!!!
• Lorsquune interruption survient, le numéro de
  linterruption permet de trouver lemplacement
  des instructions à exécuter. Le numéro de
  linterruption est multiplié par 4 afin de
  trouver ladresse du CS et du IP à rechercher (IP
  est à ladresse inférieure, suivi de CS). Puis un
  JMP à CSIP est fait. CSIP est un vecteur
  vers le code à exécuter afin de répondre à
  linterruption.
• Exemple Si le contenu de la mémoire, à partir de
  ladresse 00000h est 00h, 01h, 02h, 03h, 04h,
  05h, 06h, 07h, 08h, etc... et que linterruption
  1 survient, alors la routine à ladresse
  07060504 sera exécutée.
• Reset est la seule interruption sans numéro. Pour
  reset, CSIP FFFF0H.

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Séquence dévènements aprèsune interruption

• Lors dune interruption logicielle ou matérielle,
  les évènements suivants se produisent
• Le 8086 termine linstruction en cours.
• Le drapeau IF est testé si linterruption
  provient de la ligne dinterruption matérielle
  (INTR). Si le drapeau est à 0, linterruption est
  ignorée.
• Si une autre interruption de priorité supérieure
  ou égale est en cours, linterruption est
  ignorée.
• 3 registres sont mis sur la pile (PUSH) dans
  lordre qui suit les drapeaux, CS actuel, puis
  IP actuel. Le drapeau IF est mis à 0 après le
  PUSH des flags.
• Un JMP est exécuté avec à ladresse CSIP trouvée
  dans la table des vecteurs dinterruption à
  partir du numéro de linterruption.
• La routine de service de linterruption (ISR ou
  Interrupt Service Routine) est exécutée.
• Théoriquement, la dernière instruction de lISR
  est IRET (Interrupt RETurn). Un IRET est
  équivalent à trois POP dans cet ordre IP, CS et
  drapeaux.

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Interruptions Internes (Exceptions)

• Les interruptions internes sont des interruptions
  qui peuvent se produire sans que linstruction
  INT soit présente. Il sagit dexceptions qui
  surviennent quand un évènement logiciel spécial
  arrive (division par zéro par exemple)
• Linterruption 0 survient lorsque le diviseur de
  DIV ou IDIV est 0.
• Linterruption 4 survient lorsque le drapeau
  Overflow est 1 et que linstruction INTO est
  exécutée.
• Les interruptions 1 et 3 servent pour du debug de
  programme.
• Note Comme pou toutes les interruptions, les
  interruptions internes désactivent les
  interruptions matérielles.

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Interruptions matérielle (1)
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Interruptions matérielles (2)

• Le 8086 a 3 pins pour les interruptions
  hardwares RESET, NMI et INTR.
• La ligne RESET crée un reset du CPU si est HIGH
  pendant au moins 4 cycles dhorloge.
• La ligne NMI (Non Maskable Interrupt) déclenche
  linterruption 2 lorsquelle passe de LOW à HIGH.
  Linterruption NMI nest pas désactivé lorsque IF
  est 0, contrairement aux interruptions sur INTR,
  doù son nom. Une utilisation typique de NMI est
  la détection de coupure de lalimentation
  électrique.
• La ligne INTR sert à toutes les autres
  interruptions matérielles du 8086. Une
  interruption est se produit lorsque la ligne est
  à Vcc.
• Étant donné que le 8086 nutilise quune ligne
  pour la plupart des interruptions matérielles
  (INTR), un PIC (Programmable Interrupt Controler)
  servait initialement a multiplexer 8
  interruptions pour nen former quune seule.
  Comme 8 interruptions sest révélé rapidement
  insuffisant, un autre PIC a été ajouté. Afin de
  respecter le design déjà en place, linterruption
  hardware 2 a été re-dirigée (voir plus loin). Le
  8086 supporte donc 16 interruptions matérielles
  (nommée IRQ0 à IRQ15).
• De nos jours, les PICs sont inclus dans le
  chipset.
• À chaque interruption matérielle correspond un
  numéro dinterruption qui nest pas égal au
  numéro dinterruption matériel. Par exemple, IRQ0
  est lINT 08. La page suivante donne une
  correspondance typique entre les IRQ et les
  périphériques du PC.

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Interruptions matérielles (3)
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Interruptions matérielles (4)

• La séquence dévènements suivante se produit
  lorsquun périphérique produit une interruption
• Le PIC reçoit et traite linterruption
• Un registre interne du PIC permet au programmeur
  du 8086 de masquer (désactiver) certaines
  interruptions
• Le PIC met linterruption dans un buffer
• Le PIC regarde les priorités des interruptions et
  détermine si linterruption matérielle courante
  est la plus prioritaires
• La ligne INTR est activée par le PIC pour dire au
  8086 quil y a interruption
• Un pulse de 0Vdc provenant du 8086 apparaît sur
  la ligne INTA pour signaler au PIC que
  linterruption est reçue (Acknowledged). La ligne
  INTR est désactivée après le pulse.
• Un deuxième pulse de 0Vdc provenant du 8086
  demande au PIC de mettre le numéro de
  linterruption sur le bus de donnée.
• Le PIC met le numéro de lINT sur le bus de
  donnée il ne met pas le numéro de lIRQ.
• Le 8086 exécute la routine de service de
  linterruption
• Le 8086 envoit un EOI (End Of Interrupt) pour
  dire au PIC que linterruption est terminée.

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Interruptions matérielles (5)

• Linsertion dun deuxième PIC sur la ligne IRQ2
  du premier PIC a plusieurs conséquences découlant
  surtout dun désir de conserver la compatibilité
  avec les designs nayant quun seul PIC
• Les périphériques connectées sur IRQ2 ont été
  connectés sur IRQ9 (re-direction). Comme le
  vecteur dinterruption de IRQ9 nest pas le même
  que celui de IRQ2, il faut que IRQ9 appelle le
  vecteur dinterruption de IRQ2 pour les designs
  avec un seul PIC.
• Désactiver lIRQ2 à lintérieur du PIC principal
  désactive les IRQ8 à IRQ15.
• Les interruptions hardware 8 à 15 sont plus
  prioritaires que les interruptions hardware 3 à
  7.
• Les routines de service dinterruption hardware
  IRQ8 à IRQ15 doivent gérer 2 PICs (cest-à-dire
  en voyer 2 End Of Interrupt).

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Interruptions Logicielles

• Les interruptions logicielles sont utilisées pour
  exécuter des tâches logicielles ayant priorité
  sur le programme principal.
• Une interruption logicielle sappelle avec
  linstruction INT où est le numéro de
  linterruption.
• Chaque interruption peut avoir des
  sous-fonctions. Pour spécifier une sous-fonction,
  il faut placer dans un registre prédéterminé le
  numéro de la sous-fonction voulu avant d'appeler
  l'interruption (le registre est souvent AH). La
  sous-routine de service de linterruption testera
  la valeur du registre prédéterminé et aiguillera
  la sous-routine en conséquence.
• Voici quelques exemples tirés de EMU8086
• INT 20h - Quitte le système d'exploitation.INT
  21h / AH09h - Sortie d'une chaîne de caractères
  depuis DSDX.INT 21h / AH0Ah - Entrée d'une
  chaîne de caractères vers DSDX, le premier octet
  indique la taille du buffer, le deuxième octet
  indique le nombre de caractères réellement
  lus.INT 21h / AH4Ch - Quitte le système
  d'exploitation.INT 21h / AH01h - lit un
  caractère sur l'entrée standard, avec écho, le
  résultat est stocké dans AL.INT 21h / AH02h -
  écrit un caractère vers la sortie standard, DL
  le caractère à écrire, après exécution, AL DL.

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Table résumée des INTs
Tiré de http//www.beyondlogic.org/interrupts/int
erupt.htm
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Détournement des Interruptions

• Lors du démarrage du PC, la table des vecteurs
  dinterruption est chargées avec des valeurs par
  défaut.
• Pour détourner une interruption, il suffit de
  changer la table des vecteurs dinterruptions.
  Changer le CS et lIP à ladresse 4( de lINT à
  détourner) permet de changer le code exécuté
  lorsque linterruption se produira.
• En temps normal, la nouvelle ISR appellera
  lancienne ISR sous certaines conditions. Pour
  cette raison, sauvegarder le CS et lIP de
  linstruction que lon remplace est une pratique
  recommandée (habituellement la sauvegarde se fait
  dans des variables déclarée à cet effet).
• Le fichier DetourneInt21h.asm est un exemple de
  programme détournant une interruption.

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Références et exercices

• Références
• Irv Englander, section 9.3
• DetourneInt21h.asm
• http//www.beyondlogic.org/interrupts/interupt.htm
  
• http//coen.boisestate.edu/ssmith/ee332/overheads/
  Interrupts-11.pdf
• Exercices
• Quest quune interruption?
• Supposons que les 256 premiers bytes de la
  mémoire valent de 00h à FFh. À quelle adresse se
  trouvera le code à exécuter lors de lIRQ12?
• Donnée la priorité de chaque interruption dans la
  Table résumée des INTs . Mettre 0 pour lINT
  la plus prioritaire et 255 pour la moins
  prioritaire.
• Comment fonctionnent les interruptions
  matérielles dun 8086 avec 2 PICs?