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Windows 中斷程序設(shè)計(jì)
摘 要 該文探討Windows3.1的中斷機(jī)制,并結(jié)合DPMI接口給出一種中斷程序設(shè)計(jì)方法,以越過系統(tǒng)和應(yīng)用程序的消息隊(duì)列,處理外部實(shí)時(shí)事件。
一、前言
Windows提供強(qiáng)大的功能以及友好的圖形用戶界面(GUI),使得它不僅廣泛的用作管理事務(wù)型工作的支持平臺(tái),也被工業(yè)領(lǐng)域的工程人員所關(guān)注。但Windows3.1并非基于優(yōu)先級(jí)來調(diào)度任務(wù),無法立即響應(yīng)外部事件中斷,也就不能滿足工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中實(shí)時(shí)事件處理和實(shí)時(shí)控制應(yīng)用的要求。因此,如何在Windows環(huán)境中處理外部實(shí)時(shí)事件一直是技術(shù)人員尤其是實(shí)時(shí)領(lǐng)域工程人員所關(guān)注的問題。目前已有的方法大都采用內(nèi)掛實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核的方式,如Windows下的實(shí)時(shí)控制軟件包FLX等,而iRMX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)則把Windows3.1當(dāng)作它的一個(gè)任務(wù)來運(yùn)行。對(duì)于大型的工程項(xiàng)目,開發(fā)人員可采用購買實(shí)時(shí)軟件然后集成方式。
對(duì)中小項(xiàng)目,從投資上考慮就不很經(jīng)濟(jì)。如何尋找一種簡明的方法來處理外部實(shí)時(shí)事件依然顯得很必要。
本文首先闡述Windwos的消息機(jī)制及中斷機(jī)制,然后結(jié)合DPMI接口,給出一種保護(hù)模式下中斷程序的設(shè)計(jì)方法,以處理外部實(shí)時(shí)事件。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,該方法具有簡潔、實(shí)用、可靠的特點(diǎn),并同樣可運(yùn)行于Win95。
二、Windows的消息機(jī)制
Windows是一消息驅(qū)動(dòng)式系統(tǒng),見圖1。Windows消息提供了應(yīng)用程序與應(yīng)用程序之間、應(yīng)用程序與Windows系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊的手段。應(yīng)用程序要實(shí)現(xiàn)的功能由消息來觸發(fā),并靠對(duì)消息的響應(yīng)和處理來完成。
Windows系統(tǒng)中有兩種消息隊(duì)列,一種是系統(tǒng)消息隊(duì)列,另一種是應(yīng)用程序消息隊(duì)列。計(jì)算機(jī)的所有輸入設(shè)備由Windows監(jiān)控,當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生時(shí),Windows先將輸入的消息放入系統(tǒng)消息隊(duì)列中,然后再將輸入的消息拷貝到相應(yīng)的應(yīng)用程序隊(duì)列中。應(yīng)用程序中的消息循環(huán)從它的消息隊(duì)列中檢索每一個(gè)消息并發(fā)送給相應(yīng)的窗口函數(shù)中。一個(gè)事件的發(fā)生,到達(dá)處理它的窗口函數(shù)必需經(jīng)歷上述過程。值得注意的是消息的非搶先性,即不論事件的急與緩,總是按到達(dá)的先后排隊(duì)(一些系統(tǒng)消息除外),這就使得一些外部實(shí)時(shí)事件可能得不到及時(shí)的處理。
圖1
三、Windows的保護(hù)模式及中斷機(jī)制
1.Windows的保護(hù)模式
保護(hù)模式指的是線性地址由一個(gè)選擇符間接生成的,該選擇符指向描述表中的某一項(xiàng);而實(shí)模式中則通過一個(gè)段/偏移量對(duì)來直接尋址。80386(486)CPU提供的保護(hù)模式能力包括一個(gè)64K的虛擬地址空間和一個(gè)4G的段尺寸。Windows3.1實(shí)現(xiàn)時(shí)有所差別,它支持標(biāo)準(zhǔn)模式和增強(qiáng)模式。標(biāo)準(zhǔn)模式針對(duì)286機(jī)器,不屬本文探討范圍。增強(qiáng)模式是對(duì)386以上CPU而言,Windows正是使用保護(hù)模式來打破1M的屏障并且執(zhí)行簡單的內(nèi)存保護(hù)。它使用選擇器、描述器和描述器表控制訪問指定內(nèi)存的位置和段。描述器表包括全局描述器表、局部描述器表、中斷描述器表。保護(hù)模式與實(shí)模式有許多不同。其中顯著的差異是訪問內(nèi)存的機(jī)制不同。
2.中斷機(jī)制
(1)實(shí)模式中斷
為了便于理解,我們先回顧實(shí)模式中斷。
在實(shí)模式下,中斷向量表IVT起到相當(dāng)重要的作用。無論來自外部硬件的中斷或是內(nèi)部的軟中斷INTn,在CPU中都產(chǎn)生同樣的響應(yīng)。
①CPU將當(dāng)前的指令指針寄存器(IP)、代碼段寄存器(CS)、標(biāo)志寄存器壓入堆棧。
②然后CPU使用n值作為指向中斷向量表IVT的索引,在IVT中找出服務(wù)例程的遠(yuǎn)地址。
③CPU將此遠(yuǎn)地址裝入CS:IP寄存器中,并開始執(zhí)行服務(wù)例程。
④中斷例程總以IRET指令結(jié)束。此指令使存在堆棧中的三個(gè)值彈出并填入CS、IP和標(biāo)志寄存器,CPU繼續(xù)執(zhí)行原來的指令。
(2)保護(hù)模式中斷
保護(hù)模式中斷過程與實(shí)模式中斷過程類似,但它不再使用中斷向量表IVT,而使用中斷描述符表(IDT)。值得一提的是,
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