{{{#!comment {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ ''''''''''''''' * ''''''''''''''' }}} }}} = Gestion des interruptions ** DOCS [__[wiki: Start]__][__[wiki:Howto-TP Config]__][__[htdocs:cours/doc_MIPS32.pdf User]__][__[wiki:Doc-MIPS-Archi-Asm-kernel Kernel]__] — COURS [__[htdocs:cours/Archi-1-C9-4p.pdf 9]__] [__[htdocs:cours/Archi-1-C10-4p.pdf 10]__] [__[htdocs:cours/Archi-1-C11-4p.pdf 11]__] — TD [__[https://www-soc.lip6.fr/trac/archi-l3s5/wiki/Archi-1-TD9 9]__][__[https://www-soc.lip6.fr/trac/archi-l3s5/wiki/Archi-1-TD10 10]__][''11''] — TP [__[https://www-soc.lip6.fr/trac/archi-l3s5/wiki/Archi-1-TP9 9]__][__[https://www-soc.lip6.fr/trac/archi-l3s5/wiki/Archi-1-TP10 10]__][__[https://www-soc.lip6.fr/trac/archi-l3s5/wiki/Archi-1-TP11 11]__] — ZIP [__[htdocs:files/kO6bin.tgz gcc...]__][__[htdocs:files/tp1.tgz 9]__][__[htdocs:files/tp2.tgz 10]__][__[htdocs:files/tp3.tgz 11]__] [[PageOutline]] ** {{{#!html

Gestionnaire d'interruptions }}} = Rappel de cours Il est fortement recommandé de lire les transparents, toutefois, mais nous avons mis ci-après quelques rappels utiles pour répondre aux questions du TD. Dans cette séance, nous allons manipuler 3 contrôleurs de périphériques: Le TTY que vous connaissez déjà et deux autres, l'ICU et le TIMER. Ces trois contrôleurs s'utilisent grâce à des registres mappés (placés) dans l'espace d'adressage du MIPS. Les registres du TTY sont placés à partir de l'adresse `0xd0200000`, ceux de l'ICU à partir de l'adresse `0xd2200000` et enfin ceux du TIMER à partir de l'adresse `0xd3200000`. Le rôle de ces registres est rappelé en partie dans ce texte et pour plus de détails, vous devez revoir le cours. Le choix des adresses de ces contrôleurs est fait par le créateur du matériel, elles ne peuvent pas être changées par le logiciel. Ces adresses sont données dans le fichier ldscript du kernel (`kernel.ld`) parce qu'elles ne sont utilisables que si le MIPS est en mode kernel (adresses > `0x80000000`). [[Image(htdocs:img/device_registers.png,nolink,center,height=140)]] Les IRQ (Interrupt !ReQuest)s sont des signaux électriques à 2 états (ON/OFF ou !Actif/Inactif ou encore !Levé/Baissé). Les IRQ sont levés par les contrôleurs de périphériques pour prévenir d'un événement (fin de commande, arrivée d'une donnée, etc.). Les IRQs provoquent l'exécution d'ISR (Interrupt Service Routine) par le noyau. Les ISR sont des fonctions qui reçoivent en argument un identifiant du contrôleur de périphérique qui a levé l'IRQ. Une ISR doit faire deux choses, (1) accéder aux registres du contrôleur de périphérique concerné pour faire ce que le périphérique demande et (2) acquitter l'IRQ, c'est-à-dire demander au contrôleur de périphérique de baisser/désactiver son IRQ (puisque celle-ci a été traitée). La demande d'acquittement est spécifique à chaque contrôleur de périphérique. Pour le TTY, il faut lire le registre `TTY_READ`. Pour le TIMER, il faut écrire dans le registre `TIMER_RSTIRQ`. Les IRQ sont des signaux d'état qui doivent rester levés/activés tant qu'ils n'ont pas été acquittés par une ISR. Quand une IRQ se lève, la conséquence est que le programme en cours d'exécution sur le processeur recevant l'IRQ est interrompu et qu'il est dérouté vers le noyau pour que ce dernier exécute l'ISR prévue pour l'IRQ. Notez que ce n'est pas le processeur qui est interrompu, c'est bien le programme, car le processeur est seulement dérouté vers le noyau, mais il continue à travailler. Sur le schéma de la plateforme des TP, on peut voir que seuls les composants TTY et TIMER peuvent lever des IRQ. Les IRQ de ces contrôleurs de périphériques sont envoyés au composant ICU qui va les combiner pour produire un unique signal IRQ pour le processeur. [[Image(htdocs:img/Archi_TP_B2.png,nolink,center,height=230)]] Une IRQ peut être masquée, c'est-à-dire que le processeur ne va pas interrompre le programme en cours. Le masquage peut être demandé à plusieurs endroits : dans le composant ICU et dans le processeur lui-même. Le masquage est demandé par le noyau, le plus souvent de manière temporaire, quand il doit exécuter un code critique qui ne doit surtout pas être interrompu. [[Image(htdocs:img/IRQ_routage.png,nolink,center,height=200)]] Sur le schéma ci-dessus, on voit que l'IRQ du TTY0 est reliée à l'entrée n°`10` de l'ICU, c'est un choix matériel qui n'est pas modifiable par logiciel. Son état est donc enregistré dans le bit n°10 du registre `ICU_STATE`. Il y a un `AND` avec le bit `10` du registre `ICU_MASK`. Si le bit `10` du registre `ICU_MASK` est à `0`, alors la sortie du `AND` est `0` et l'IRQ est masquée (donc invisible pour le processeur). Le registre `ICU_HIGHEST` contient toujours le numéro de l'IRQ active la plus prioritaire, comme il n'y en a qu'une dans cet exemple, `ICU_HIGHEST` contient `10` (l'IRQ prioritaire, pour cette ICU, est l'IRQ active dont le numéro est le plus petit). L'IRQ de l'ICU est reliée à l'entrée `0` des 6 IRQs possibles du MIPS et sa valeur s'inscrit dans le registre `HWI0` du registre `c0_cause`. Il y a un `AND` avec le bit `HWI0` du registre `c0_status`. Si le bit `HWI0` du registre `c0_status` est à 0, alors la sortie du `AND` est `0` et l'IRQ est aussi masquée. Enfin, il y a un dernier `AND` avec le bit `0` de `c0_status` (correspondant au bit `IE` pour Interrupt Enable) qui permet de masquer globalement les IRQ et avec le `NOT` du bit `1` de `c0_status` (correspondant au bit `EXL` EXception Level). Quand le signal IRQ vue par le MIPS s'active (passe à 1), c'est que l'IRQ levée par le contrôleur de périphérique doit être prise en charge. Le programme en cours d'exécution est interrompu et dérouté vers `kentry` à l'adresse `0x80000180` et __en même temps__ `C0_EPC ← PC+4`, `c0_cause.XCODE ← 0`, `c0_status.EXL ← 1`. Notez que le nom officiel de `c0_status` est `C0_SR`, mais dans ce document, on utilise `c0_status` pour plus de clarté. Dans le schéma ci-après, à gauche c'est le matériel et à droite c'est un extrait de la RAM contenant les structures de données utilisées par le noyau pour la gestion des IRQ. - À gauche, on voit que les IRQ venant des contrôleurs de périphériques sont connectés aux entrées d'IRQ de l'ICU. Il y a 32 entrées possibles. Sur notre plateforme, par exemple l'IRQ du TTY2 est connectée à l'entrée `12` de l'ICU. Ce numéro d'entrée est le numéro qui identifie le contrôleur de périphérique. Notez que le registre `ICU_MASK` est en lecture seul, c'est-à-dire qu'il ne peut pas être écrit directement. Pour modifier le contenu du registre `ICU_MASK`, il faut utiliser deux autres registres de l'`ICU`: `ICU_SET` et `ICU_CLEAR`. `ICU_SET` permet de mettre à `1` les bits de `ICU_MASK`, et `ICU_CLEAR` permet de les mettre à `0`. Pour mettre à `1` le bit `i` du registre `ICU_MASK`, il faut écrire `1` dans le bit `i` du registre `ICU_SET`. Pour mettre à `0` le bit `j` du registre `ICU_MASK`, il faut aussi écrire `1`, mais dans le bit `j` du registre `ICU_CLEAR`.\\\\ - À droite, il y a les deux tableaux que le noyau utilise pour connaitre l'ISR à exécuter pour chaque numéro d'IRQ. Ce couple de tableaux se nomme **vecteur d'interruption** et comme il y a 32 entrées d'IRQ dans l'ICU, ces tableaux ont 32 cases chacun. Ici, le vecteur d'interruption est composé des tableaux `IRQ_VECTOR_ISR[]` et `IRQ_VECTOR_DEV[]`. Le vecteur d'interruption est indexé par les numéros d'IRQ. Il contient deux informations: (1) dans la case n°`i` du tableau `IRQ_VECTOR_ISR[]`, on trouve le pointeur sur la fonction ISR à appeler si l'IRQ n°`i` est levée, et (2) dans la case n°`i` du tableau `IRQ_VECTOR_DEV[]`, on trouve le numéro de l'instance du périphérique. Cette dernière information est nécessaire dans le cas des contrôleurs de périphérique multi-instances comme le TTY afin de savoir quel jeu de registres la fonction ISR doit utiliser. En effet, il y a une fonction ISR unique à exécuter quel que soit le numéro du TTY, l'adresse de cette fonction est placée dans les cases `10`, `11`, `12`, et `13` du tableau `IRQ_VECTOR_ISR[]` (si on a 4 TTYs) et dans les cases `10`, `11`, `12`, et `13` du tableau `IRQ_VECTOR_DEV[]`, on a les valeurs `0`, `1`, `2` et `3` qui correspondent bien au numéro d'instance des TTYs. [[Image(htdocs:img/IRQ_VECTOR.png,nolink,center,height=200)]] Enfin, nous rappelons les 3 registres du coprocesseur système (`c0`) qui sont utilisés au moment de l'entrée dans le noyau, quelle que soit la cause : syscall (vu la semaine dernière), interruption (TD de cette semaine) et exception (dans le cas de problèmes lors de l'exécution du programme comme la division par 0). On rappelle aussi que les seules instructions qui peuvent manipuler ces registres sont `mtc0` et `mfc0` pour, respectivement, les écrire et les lire. [[Image(htdocs:img/C0_registers.png,nolink,center,height=250)]] Les bits `HWI0` des registres `c0_status` (aussi nommé `c0_sr`) et `c0_cause` contiennent respectivement le mask et le l'état de l'entrée n°`0` d'interruption du MIPS. Les bits `UM`, `IE` et `EXL` sont liés au mode d'exécution du MIPS: `UM` est le bit de mode du MIPS (`1`=`User Mode`, `0`=`Kernel Mode`), `IE` est le bit de masque général des interruptions (`1`=autorisées, `0`=masquées) et enfin `EXL` est le bit que le MIPS met à `1` à l'entrée dans le noyau pour informer d'un niveau exceptionnel et dans ce cas les bits `UM` et `IE` ne sont plus significatifs, si `EXL` est à `1` alors le MIPS est en mode kernel, et les interruptions sont masquées. = Questions La majorité des réponses aux questions ci-après sont dans le rappel du cours donné au début de cette page, c'est voulu. 1. À quelles adresses dans l'espace d'adressage sont placés les registres des 3 contrôleurs de périphériques de la plateforme et comment le kernel les connaît ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * `__tty_regs_map` = `0xd0200000` ; * `__icu_regs_map` = `0xd2200000` ; * `__timer_regs_map` = `0xd3200000` ; * Ces adresses sont définies dans le ldscript du kernel `kernel.ld`, elles doivent être déclarées `extern` dans les codes C qui les utilisent. '' }}} 1. Que signifie l'acronyme I.R.Q. ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Interrupt !ReQuest ou, en français, requête d'interruption '' }}} 1. Une IRQ est un signal électrique, combien peut-il avoir d'états ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * C'est un signal à 2 états, c'est binaire. Il y a l'état `ON` (on dit aussi levé ou actif) pour dire que l'interruption est demandée et il y a l'état `OFF` (on dit aussi baissé ou inactif) pour dire que l'interruption n'est pas demandée). '' }}} 1. Qu'est-ce qui provoque une IRQ ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * C'est un événement matériel sur le contrôleur de périphérique, comme la fin d'une commande ou l'arrivée d'une donnée. '' }}} 1. Les IRQ relient des composants sources et des composants destinataires, quels sont ces composants ? Donnez un exemple. {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Les composants sources sont les contrôleurs de périphériques par exemple le `TTY` et les composants destinataires sont les processeurs (ici le MIPS). '' }}} 1. Que signifie masquer une IRQ ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Cela signifie que l'on bloque le signal entre sa source et sa destination. Si une IRQ est levée par un contrôleur de périphérique et que l'on masque cette IRQ, alors l'IRQ est toujours levée à sa source, mais le MIPS destinataire ne le voit pas. L'information, le signal, a été masquée sur le chemin entre la source et la destination. Cette IRQ devient invisible pour le MIPS. '' }}} 1. Quels composants peuvent masquer une IRQ ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Ici, c'est le composant ICU et le MIPS lui-même. '' }}} 1. Est-ce qu'une application utilisateur peut demander le masquage d'une IRQ ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Non, puisque pour masquer une interruption, il faut écrire dans les registres de l'ICU ou dans les registres système du processeur. Or, les registres de configuration de l'ICU sont mappés dans la partie de l'espace d'adressage inaccessible en mode user et que les instructions `mfc0` et `mtc0` sont interdites en mode user, leur usage provoque une exception de type violation de privilège. '' }}} 1. Que signifie l'acronyme I.S.R. ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Interrupt Service Routine ou, en français, routine d'interruption. En fait, c'est une fonction C normale. '' }}} 1. Dans la plateforme des TPs, sur quelles entrées de l'ICU sont branchées les IRQ venant des TTYs et du TIMER ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Les 4 IRQ de TTYs sont branchées sur les entrées `10`, `11`, `12` et `13` de l'ICU et l'IRQ du TIMER est sur l'entrée `0`. '' }}} 1. Quelle valeur faut il avoir dans le registre `ICU_MASK` si on veut recevoir seulement les IRQ venant des 4 TTYs, dans le cas de la plateforme utilisée en TP ? Donnez le nombre en binaire et en hexadécimal. {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Il faut que les bits `10`, `11`, `12` et `13` de ICU_MASK soit à 1 donc `0b00000000.00000000.00111100.00000000` donc `0x00003C00`. '' }}} 1. L'écriture dans `ICU_MASK` n'est pas possible, comment modifier ce registre pour mettre à 1 le bit `0` ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Il faut écrire `1` dans le bit `0` de `ICU_SET`. '' }}} 1. Sur une plateforme (autre que celle des TP) sur laquelle on aurait un TTY0 sur l'entrée 5, un TIMER sur l'entrée 2, et un autre TTY1 sur l'entrée 14. Que doit-on faire pour que seuls le TTY1 et le TIMER soient démasqués et que TTY0 soit masqué ?\\Si les 3 IRQ se lèvent au même cycle, quelles seront les valeurs des registres `ICU_STATE`, `ICU_MASK` et `ICU_HIGHEST` ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * on doit écrire `1` dans les bits 2 et 14 du registre `ICU_SET` donc `0b00000000.00000000.01000000.00000100` = `0x00004004` * on doit écrire `1` dans le bit 5 du registre `ICU_CLEAR` donc `0b00000000.00000000.00000000.00100000` = `0x00000020` pour être sûr que le bit 5 de `ICU_MASK` soit à 0. (Au reset, tous les bits de `ICU_MASK` sont à 0, mais là on ne sait pas si c'est juste après le reset) * Si les 3 IRQ s'activent alors `ICU_STATE` ← `0x00000000.00000000.01000000.00100100` = `0x00004024`\\ on ne sait pas ce qu'il y a dans `ICU_MASK`, sauf pour les bits 2, 5 et 14 mais on sait qu'il ne change pas de valeur et `ICU_HIGHEST ← 2` (le plus petit numéro d'IRQ). '' }}} 1. Dans quel mode est le processeur quand il traite une IRQ ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Le MIPS est dans le mode kernel. '' }}} 1. Que fait le processeur lorsqu'il reçoit une IRQ masquée ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Il ne fait rien puisqu'il ne la voit pas. '' }}} 1. Que signifie acquitter une IRQ ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Cela signifie demander au contrôleur de périphérique concerné de baisser (désactiver) le signal IRQ. '' }}} 1. Qui demande l'acquittement à qui ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * C'est l'ISR qui fait cette demande en accédant aux registres du contrôleur de périphérique. -. '' }}} 1. Comment demande-t-on l'acquittement ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * poliment :-) * Chaque périphérique a sa propre méthode d'acquittement, il faut lire la documentation de chaque composant pour le savoir. Pour le TTY, l'acquittement est fait en lisant le registre TTY_READ, pour le TIMER, l'acquittement est fait en écrivant n'importe quelle valeur dans le registre TIMER_RSTIRQ. '' }}} 1. Est-ce qu'une IRQ peut se désactiver sans intervention du processeur ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Non, quand une IRQ est levée, elle ne peut être désactivée que par le code de l'ISR concernée. Le contrôleur de périphérique n'a pas le droit de la désactiver tout seul. '' }}} 1. Est-ce qu'une IRQ peut ne pas être attendue par le noyau ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Non, le noyau ne doit pas être surpris par une IRQ, il doit avoir une ISR prévue. S'il doit traiter une IRQ non prévue, il affiche un message d'erreur, puis il masque cette IRQ dans l'ICU. Cela ne devrait jamais arriver. '' }}} 1. Quelle est la valeur du champ `XCODE` du registre `c0_cause` à l'entrée dans le noyau en cas d'interruption ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Il y a `0`, et pour rappel `c0_cause.XCODE = 8` pour un syscall, les autres valeurs sont des numéros d'exception (division par 0, violation de privilège, etc.) '' }}} 1. Quelle est la valeur écrite dans le registre `c0_EPC` à l'entrée dans le noyau en cas d'interruption ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * C'est l'adresse de retour dans le programme interrompu. Quand le processeur reçoit une IRQ alors qu'il est en train d'exécuter l'instruction `i` à l'adresse `PC` (Program Counter), alors le MIPS termine l'exécution de l'instruction `i`, puis il enregistre `PC+4` (adresse de l'instruction qui suit `i`) dans `c0_EPC` et il saute à l'adresse `0x80000180`. * Question de Karine : et si `i` est un saut (ou l'instruction dans le delayed slot d'un saut pris ?) '' }}} 1. Que se passe-t-il dans le registre `c0_status` à l'entrée dans le noyau en cas d'interruption et quelle est la conséquence ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Le bit `EXL` passe à 1 et la conséquence est que le MIPS passe en mode kernel, toutes les sont interruptions masquées quelles que soient les valeurs de `c0_status.UM` et `c0_status.IE` (respectivement le mode d'exécution et le masque d'interruption général). '' }}} 1. La routine `kentry` (entrée du kernel à l'adresse `0x80000180`) appelle le gestionnaire d'interruption quand le MIPS reçoit une IRQ non masquée, que fait ce gestionnaire d'interruption ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Le gestionnaire d'interruption doit déterminer le numéro de l'IRQ en lisant dans le registre `ICU_HIGHEST` de l'ICU et il doit appeler la fonction ISR trouvée dans le tableau `IRQ_VECTOR_ISR[]` du vecteur d'interruption dans la case du numéro de l'IRQ, en lui donnant en argument le numéro du périphérique (DEVice) trouvé dans le tableau `IRQ_VECTOR_DEV[]` dans la case du numéro de l'IRQ. '' }}} 1. À l'entrée dans le noyau, `kentry` analyse le champ `XCODE` du registre de `c0_cause` et si c'est `0` alors il saute au code donné ci-après (ce n'est pas exactement le code que vous pouvez voir dans les fichiers sources pour que ce soit plus facile à comprendre). {{{#!c cause_irq: addiu $29, $29, -23*4 // 23 registers to save (18 tmp regs+HI+LO+$31+EPC+SR) mfc0 $27, $14 // $27 <- EPC (addr of syscall instruction) mfc0 $26, $12 // $26 <- SR (status register) sw $31, 22*4($29) // $31 because, it is lost by jal irq_handler sw $27, 21*4($29) // save EPC (return address of IRQ) sw $26, 20*4($29) // save SR (status register) mtc0 $0, $12 // SR <- kernel-mode without INT (UM=0 ERL=0 EXL=0 IE=0) sw $1, 1*4($29) // save all temporary registers including HI and LO sw $2, 2*4($29) [etc. pour les autres sauvegardes des registres temporaires] jal irq_handler // call the irq handler fontion écrite en C lw $1, 1*4($29) // restore all temporary registers including HI and LO lw $2, 2*4($29) [etc. pour les autres restaurations des registres temporaires] lw $26, 20*4($29) // get old SR lw $27, 21*4($29) // get return address of syscall lw $31, 22*4($29) // restore $31 mtc0 $26, $12 // restore SR mtc0 $27, $14 // restore EPC addiu $29, $29, 23*4 // restore the stack pointer eret // jr C0_EPC AND C0_SR.EXL <= 0 }}} Pourquoi, ne pas sauver les registres persistants ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * On doit sauver les registres temporaires parce que l'IRQ peut interrompre le programme n'importe quand et qu'il faudra revenir à l'application interrompue dans le même état donc sans perte d'information dans les registres. On ne sauve pas les registres persistants parce que ce sera fait dans la fonction `irq_handler()`, si c'est nécessaire. '' }}} 1. La fonction `irq_handler()` a pour mission d'appeler la bonne ISR. Dans le code qui suit (extrait du fichier `kernel/harch.c`), on voit d'abord la déclaration de la structure qui décrit les registres présents dans l'ICU. En fait c'est un tableau de structures parce qu'il y a autant d'instances d'ICU que de processeurs (donné par NCPUS), ici, il y a un seul processeur MIPS, donc NCPUS=1. {{{#!c struct icu_s { int state; // state of all IRQ signals int mask; // IRQ mask to chose what we need for this ICU int set; // IRQ set --> enable specific IRQs for this ICU int clear; // IRQ clear --> disable specific IRQs for this ICU int highest; // highest pritority IRQ number for this ICU int unused[3]; // these 3 registers are not used }; extern volatile struct icu_s __icu_regs_map[NCPUS]; static int icu_get_highest (int icu) { return __icu_regs_map[icu].highest; } static void icu_set_mask (int icu, int irq) { __icu_regs_map[icu].set = 1 << irq; } void irq_handler (void) { int irq = icu_get_highest (cpuid()); irq_vector_isr[irq] (irq_vector_dev[irq]); } }}} La déclaration `extern volatile struct icu_s __icu_regs_map[NCPUS];` informe le compilateur que le symbole `__icu_regs_map` est défini ailleurs et que c'est un tableau de structures de type `struct icu_s`. Ainsi, le compilateur `gcc` sait comment utiliser la variable `__icu_regs_map`.\\\\ Dans quel fichier est défini `__icu_regs_map` ?\\ Que font les fonctions `icu_get_highest()`, `icu_set_mask()` et `irq_handler()`?\\ Comment s'appelle le couple de tableaux `irq_vector_isr[irq]` et `irq_vector_dev[irq]` ?\\ Combien ont-il de cases ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Ce symbole est défini dans le fichier ldscript du kernel `kernel/kernel.ld` * `icu_get_highest()` lit le registre `ICU_HIGHEST` de l'ICU et rend donc le numéro de l'IRQ la plus prioritaire. * `icu_set_mask()` met 1 dans le bit n°`irq` du registre `ICU_SET` de l'ICU n°`icu` (ici `icu` est à 0 parce qu'il faut une ICU par MIPS et qu'il n"y a qu'un seul MIPS). Cela a pour effet de mettre à `1` dans le bit n°`irq` du registre `ICU_MASK`. * `irq_handler()` va chercher dans l'ICU le numéro de l'IRQ la plus prioritaire et la copie dans la variable `irq` (cette notion de priorité n'a de sens que dans le cas où au moins deux IRQ sont actives en même temps). `irq_handler()` appelle la fonction ISR qui est dans la case n°`irq` du tableau `irq_vector_isr[]` et lui donne en argument le numéro d'instance qui est dans la case n°`irq` du tableau `irq_vector_dev[]`. * Les deux tableaux constituent le vecteur d'interruption et ils ont autant de cases que l'ICU prend d'IRQ, c.-à-d. 32. '' }}} 1. Si `ICU_HIGHEST` contient 10 (dans le cas de notre plateforme) que doit faire la fonction `irq_handler()` {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Si `ICU_HIGHEST` contient 10, c'est que c'est une IRQ du TTY0 et donc il faut appeler l'ISR du TTY en lui passant 0 en argument. '' }}} 1. Que fait la fonction `icu_set_mask (int icu, int irq)` ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Elle met à `1` le bit `irq` du registre `ICU_MASK` de l'ICU n°`icu` (ici c'est nécessairement `0` puisqu'il n'y a qu'un seul MIPS donc une seule ICU). '' }}} 1. Les registres du TIMER sont définis dans le code du noyau de la façon suivante : {{{#!c struct timer_s { int value; // timer's counter : +1 each cycle, can be written int mode; // timer's mode : bit 0 = ON/OFF ; bit 1 = IRQ enable int period; // timer's period between two IRQ int resetirq; // address to acknowledge the timer's IRQ }; extern volatile struct timer_s __timer_regs_map[NCPUS]; }}} Écrivez le code de la fonction `static void timer_init (int timer, int tick)` qui initialise la période du timer n° `timer` avec l'entier nommé `tick` et active les IRQ si la période donnée est non nulle. {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' {{{#!c static void timer_init (int timer, int tick) { __timer_regs_map[timer].period = tick; // next period __timer_regs_map[timer].mode = (tick)?3:0; // timer ON with IRQ only if (tick != 0) } }}} }}} 1. La configuration des périphériques et des interruptions est faite dans la fonction `arch_init()` appelée par `kinit()`.\\Écrivez les instructions C permettant d'ajouter le TIMER dans le noyau avec un tick de 1000000 (1 million de cycles). Il faut (1) initialiser le timer ; (2) démasquer l'IRQ venant du timer dans l'ICU, elle connectée sur son entrée n°0 ; (3) initialiser le vecteur d'interruption avec la fonction `timer_isr` pour ce timer `0`. {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ '' * Il faut une séquence de 4 instructions : {{{#!c int tick = 1000000; timer_init (0, tick); // sets period of timer n'0 (thus for CPU n'0) and starts it icu_set_mask (0, 0); // [CPU n'0].IRQ <-- ICU.PIN[0] <- Interrupt signal timer n'0 irq_vector_isr [0] = timer_isr; // tell the kernel which isr to exec for ICU.PIN n'0 irq_vector_dev [0] = 0; // device instance attached to ICU.PIN n'0 }}} '' }}} == Questions de cours Les questions de cette partie ont pour objectif de vérifier que vous avez compris le cours. Les réponses sont donc dans les [htdocs:cours/AS6-3.pdf slides du cours sur les interruptions]. L'ordre des questions suit globalement celui des slides du cours. Il y a beaucoup de questions, mais la plupart sont simples, certaines sont plus délicates. Ce n'est pas grave, si vous ne savez pas tout, mais vous devriez être en mesure de répondre à un grand nombre. 1. À quoi servent les interruptions ? {{{#!protected ------------------------------------------------------------------------------------ ''''''''''''''' * Les interruptions sont un mécanisme permettant de traiter au plus vite un événement matériel ou une demande d'un autre processeur. ''''''''''''''' }}} 1. Une interruption en informatique est à la fois une suspension temporaire d'un programme et un signal électrique. Comment s'appelle le signal d'interruption et comment s'appelle le code permettant de la traiter ? 1. Quel état peut prendre un signal d'interruption ? 1. Quel type de composant émet un signal d'interruption ? 1. Est-ce que tous les composants génèrent des signaux d'interruption ? Si la réponse est non, donnez un exemple ? 1. Est-ce qu'un composant peut produire plusieurs signaux d'interruption ? 1. À qui est destiné un signal d'interruption ? 1. Est-ce qu'une application utilisateur sait quand elle va être interrompue ? 1. Est-ce qu'une application utilisateur sait quand elle a été interrompue ? 1. Que signifie IPI et à quoi ça sert ? 1. Est-ce qu'un programme utilisateur peut interdire les interruptions en général ? 1. Est-ce que le noyau du système d'exploitation peut interdire les interruptions en général ? 1. Qui exécute le code de traitement du signal d'interruption ? 1. Quand un signal d'interruption s'active est ce que le noyau sait toujours quoi faire ? 1. Que signifie acquitter un signal d'interruption ? (on dit aussi acquitter une interruption) 1. Comment fait-on pour acquitter une interruption ? 1. Que signifie l'expression «vol de cycles» ? 1. Est-ce l'application qui a provoqué l'activation d'un signal d'interruption qui est volée ? 1. Pour le composant TTY, à quel moment produit-il un signal d'interruption ? 1. Pour le composant TTY, comment fait-on pour acquitter une d'interruption ? 1. Si plusieurs caractères ASCII sont en attente dans d'être lus dans un TTY, quelle conséquence cela a-t-il sur le signal d'interruption ? 1. À quoi sert le composant `TIMER` ? 1. Comment fait-on pour le configurer ? 1. Comment fait-on pour acquitter une interruption pour le composant TIMER ? 1. Est-ce que le registre `TIMER_VALUE` peut activer (on dit aussi lever) un signal d'interruption ? 1. Que signifie ICU et à quoi cela sert-il ? 1. Que signifie masquer une interruption ? 1. Dans l'ICU, que contient le registre `ICU_STATE` ? 1. Dans l'ICU, que contient le registre `ICU_MASK` ? 1. Dans l'ICU, comment fait-on pour modifier la valeur de `ICU_MASK` ? 1. Dans l'ICU, que contient le registre `ICU_HIGHEST` ? 1. Dans l'ICU, il y a autant de jeu de registres que de processeur, pourquoi ? 1. Qu'est-ce que la fonction `kinit()` ? 1. Que contient le vecteur d'interruption ? 1. À quel moment doit-on initialiser le vecteur d'interruption ? 1. En quoi consiste la liaison des interruptions (''interrupt binding'' en anglais) ? 1. À quelle adresse saute-t-on lorsqu'un signal interruption s'active et qui n'est pas masqué ? 1. Expliquer le rôle des bits `UM`, `EXL` et `IE` du registre `C0_SR`. 1. Comment le noyau sait-il que la cause de son invocation est une interruption ? 1. Quel est le rôle du gestionnaire d'interruption ? 1. Quelle instruction permet de sortir du noyau pour revenir dans le code interrompu ? et que fait-elle précisément ? 1. Rappeler la différence entre un registre temporaire et un registre persistant. 1. Dans le gestionnaire d'interruption, on sauve les registres temporaires seulement avant d'appeler la fonction de traitement d'un signal d'interruption ? 1. Pour qu'une IRQ soit effectivement prise en compte, il faut que le périphérique la lève et qu'elle ne soit pas masquée. Il y a plusieurs endroits où on peut masquer une IRQ, lesquels ? == Travaux pratiques === La plateforme Le but de ce TP est d'analyser, de modifier et d'utiliser le gestionnaire d'interruption. ||**Nous allons utiliser la même plateforme que la dernière fois, mais malheureusement celle-ci avait un bug matériel.\\Vous allez donc devoir prendre un nouveau simulateur [htdocs:files/almo1.x.gz almo1.x.gz].\\vous devez télécharger ce fichier, le dézipper et le placer dans le répertoire AS6/bin à la place du précédent.** La plateforme que nous allons utiliser contient : - un processeur - une mémoire multisegment pour le code et les données du noyau et de l'utilisateur. - une ROM pour le boot - un contrôleur multittys (4) - un timer - une icu Sur cette plateforme, les composants produisant des IRQ sont le timer et les 4 ttys. Ces IRQ sont destinées au processeur, mais elles passent par l'ICU. l'ICU permet de masquer individuellement chaque IRQ et si plusieurs sont levées simultanément alors l'ICU permet de dire quelle est celle prioritaire. La manière dont sont routées les IRQ n'est pas modifiable par logiciel, les IRQ sont des signaux électriques câblés par les architectes. Sur `almo1`: - L'IRQ du timer entre sur l'entrée n°1 de l'ICU. - Les IRQ de TTY entrent respectivement sur les entrées 3, 4, 5 et 6 de l'ICU. **Question** : faire un dessin représentant la plateforme avec les signaux IRQ. === Analyse de code L'archive du [htdocs:files/tp2.tgz code du tp2 (tp2.tgz)] doit être placés à coté du code de tp1 et dézippé. Pour ce TP, il n'y aura qu'une seule étape parce que j'ai voulu ajouter un minimum de code. En effet, la gestion des IRQ est liée à la gestion des périphériques puisque c'est eux c'est essentiellement eux qui les produise. Or, la gestion des périphériques de faire par le mécanisme des pilotes de périphériques. J'en présenterai une version simplifiée lorsque nous verrons les périphériques initiateurs. Pour l'heure, il s'agit de comprendre juste comment sont traités les IRQ et de jouer un peu avec. Par rapport à l'étape 6 sur tp1, voici les changements {{{ 7_isr/ ├── common │   └── syscalls.h : pas de changement parce qu'il y a pas d'ajout d'appel système ├── kernel │   ├── harch.c : ajout des fonctions d'accès aux nouveaux périphériques, des isr et de la fonction arch_init() │   ├── harch.h : ajout de la déclaration de la fonction arch_init, les autres fonctions de harch.c ne sont pas exportés. │   ├── hcpu.h : pas de changement │   ├── hcpu.S : ajout du gestionnaire d'interruption dans kentry │   ├── kernel.ld : ajout des informations sur les segments des nouveaux périphériques │   ├── kinit.c : ajout de l'appel à arch_init() et acceptation des interruptions │   ├── klibc.c : pas de changement │   ├── klibc.h : pas de changement │   ├── kpanic.c : pas de changement │   ├── kpanic.h : pas de changement │   ├── ksyscalls.c : pas de changement │   └── Makefile : ajout des #defines pour indiquer le nombres de périphériques ajoutés ├── Makefile : changement mais rien d'important ├── uapp │   ├── main.c : pas d'appel à exit() parce qu'actuellement le noyau n'est pas interruptible │   └── Makefile : pas de changement └── ulib ├── crt0.c : pas de changement ├── libc.c : pas de changement ├── libc.h : pas de changement ├── Makefile : pas de changement └── user.ld : pas de changement }}} === Exercice Je vous propose de modifier un peu le code de harch.c pour gérer l'interruption de sur le TTY1 et faire un petit programme de dessin... 1. Vous devez modifier la fonction `arch_init()` pour demander démasquer l'interruption du TTY1 dans l'ICU et programmer le vecteur d'interruption. 2. Vous allez modifier la fonction `isr_tty()` pour y créer un petit jeu de dessin. - L'idée est de gérer les touches de ''flèche'' du clavier et de déplacer le curseur sur la fenêtre. - Ensuite vous pouvez utiliser les touches U (pour UP) et D pour down pour lever ou baisser un crayon. - Si vous vous déplacez avec le crayon baissé ça écrit des '*'. - Vous pouvez ajouter d'autres fonctionnalités si ça vous amuse :-) Pour déplacer le curseur, nous allons utiliser les [http://braun-home.net/michael/info/misc/VT100_commands.htm commandes d'échappement `VT100`] comprises par les fenêtres `xterm`. Vous allez aussi devoir créer un automate d'état fini dans la fonction `tty_isr`, c'est assez simple ici. Je vous donne un début de code que vous pouvez analyser et modifier. Normalement, on ne fait pas un ''jeu'' dans une isr, mais un automate oui, c'est possible. Quand vous tapez sur une flèche ⟶ le clavier envoie 3 code ascii : le code ESC (27), '[', ’C' L'automate a trois états : * 0 = on attend n'importe quel caractère * 1 = on a reçu ESC et on attend '[' * 2 = on attend 'A' ou 'B' ou 'C' ou 'D' {{{#!c static void tty_isr (int irq) { static int state[NTTYS]; char c = __tty_regs_map[ (irq - 3) % NTTYS].read; switch (irq) { case 3: kprintf (0, "code ascii %d", c); if ((c >= 32) && (c <= 126)) kprintf (0, " = %c", c); kprintf (0, "\n"); break; case 4: switch (c) { case 27 : state[1] = 1; break; case '[' : if (state[1] == 1) state[1] = 2; else { state[1] = 0; } break; case 'B' : if (state[1] == 2) { kprintf (1, "%c[B", 27); } state[1] = 0; break; case 'C' : if (state[1] == 2) { kprintf (1, "%c[C", 27); } state[1] = 0; break; } } } }}}