ACPI и IRQ
Прерывания их мифическая разводка– неиссякаемый источник слухов, сплетен, легенд и суеверий. Попробуем с ними разобраться?
Все x86 процессоры (за исключением старших моделей Intel Pentium-4), управляют прерываниями через специальный интерфейсный вывод, обычно обозначаемый как INTR, высокий уровень сигнала на котором свидетельствует о поступлении запроса на прерывание. Процессор прекращает текущую работу, вырабатывает сигнал подтверждения прерывания (Interrupt Acknowledge) и считывает с шины данных 8-битный номер вектора перекрывания (INT n), переданный контроллером прерываний, обычно реализуемом на правнучатых племянниках микросхемы i8259 и территориально находящийся в южном мосту чипсета.
За вычетом 32 прерываний, зарезервированных разработчиками процессора, мы имеем 224 прерывания, пригодных для обработки сигналов от периферийных устройств. Означает ли это, что верхнее ограничение на максимальное количество одновременно поддерживаемых устройств равно 224? Нет! Некоторые из древних процессоров имели всего лишь один вектор прерывания, но это ничуть не мешало им управлять десятком устройств одновременно. Как? Да очень просто. Что такое прерывание? Всего лишь способ устройства обратить на себя внимание. При наличии достаточно количества свободных векторов, за каждым из устройств может быть закреплено свое персональное прерывание, однозначно указывающее на источник сигнала. Это существенно упрощает как проектирование самих устройств, так и разработку обслуживающих их драйверов, однако, отнюдь не является необходимым. Получив сигнал прерывания, процессор может опросить все устройства по очереди, выясняя кто из них затребовал внимания. Естественно, это достаточно медленная операция, выливающаяся в десятки дополнительных операций ввода/вывода и к тому же потенциально небезопасная, т. к. малейшая ошибка разработчика оборачивается серьезными конфликтами. Короче говоря, для достижения наивысшей стабильности и производительности системы каждое прерывание должно использоваться не более, чем одним устройством.
Контроллер прерываний, используемый в IBM XT, поддерживал восемь аппаратных прерываний, обозначенных IRQ (Interrupt Request) и пронумерованных от 0 до 7. Номер IRQ соответствует приоритету прерывания: чем больше номер – тем ниже приоритет. Во время обработки более приоритетных прерываний, генерация менее приоритетных подавляется и, соответственно, наоборот, менее приоритетные прерывания вытесняются более приоритетными. Считается, чем больше ресурсов требует устройство, тем выше должен быть приоритет его IRQ. Это неверно. Выбор предпочтительного IRQ, определяется отнюдь не "прожорливостью" устройства, а критичностью потери прерывания Допустим, сетевая карта, видя что входной буфер практически полон, а данные по витой паре так и прут, сгенерировала прерывание, которое было вытеснено прерыванием звуковой карты, имеющей более высокий приоритет и сигнализирующей об опустошении выходного буфера. Если драйвер звуковой карты ненароком замешкается и удержит обработчик прерывания дольше положенного, входной буфер сетевой карты переполниться и часть пакетов окажется безвозвратно утеряна и данные придется передавать вновь, что несколько снизит быстродействие сети. Является ли эта ситуация нормальной? Для кого-то да, а для кого-то и нет! Потерянных пакетов, конечно, жаль, но если поменять приоритеты местами, звуковая карта отреагирует на опустошение входного буфера суровым искажением воспроизводимого сигнала, чего в некоторых ситуациях ни в коем случае допускать нельзя. Никакого другого влияния на производительность выбор приоритетов не оказывает. Независимо от номера IRQ обработка прерывания занимает одно и тоже время. От обработки остальных прерываний она так же не освобождает. При условии, что аппаратные устройства и обслуживающие их драйверы реализованы правильно (т. е. более или менее безболезненно переживают потерю IRQ и "отпускают" прерывание практически сразу же после его возникновения), выбор приоритетов никакой роли не играет.
Контроллер прерываний позволяет отображать аппаратные IRQ0-IRQ7 на 8 любых смежных векторов прерываний, например, на INT 30h – INT 37h. Тогда, при возбуждении IRQ0, процессор сгенерирует прерывание INT 30h, а при возбуждении IRQ3 – INT 33h. В IBM AT количество контроллеров было увеличено до двух, причем второй был подключен на вход первого, в результате чего, количество аппаратных прерываний возросло до 15. Почему не 16? Так ведь одна из восьми линий прерываний была израсходована на каскадирование с другим контроллером!
Некоторое количество прерываний разошлось по системным устройствам, некоторое было выделено шине ISA – тогдашнему индустриальному стандарту. Генерация прерываний осуществлялась изменением уровня сигнала на линии соответствующего IRQ. Могут ли два или более устройств висеть на одном IRQ? Ну вообще-то могут, но если они одновременно сгенерируют сигнал прерывания, то до контроллера дойдет лишь один из них, а остальные будут потеряны, но ни контроллер, ни устройства, об этом не догадаются. Такая ситуация получила название конфликта и ее последствия всем хорошо известны. Впрочем, если прерывания возникают не слишком часто, то оба устройства вполне уживаются друг с другом (в свое время автор держал на одном прерывании и мышь, и модем).
Шина PCI, пришедшая на смену ISA, работает всего с четырьмя линиями равно приоритетных прерываний, условно обозначаемых как INTA, INTB, INTC и INTD. На каждый слот подведены все четыре прерывания и устройство может использовать любое подмножество из них, хотя обычно ограничиваются только одним. Линии прерываний одного слота соединяются с линями остальных слотов (а в некоторых дешевых платах все INTA, INTB, INTC и INTD вешаются на одну линию прерывания). Для равномерного распределения прерывания по устройствам, на каждом слоту происходит ротация прерываний (см. рис. 5). Допустим у нас есть два слота: в первом слоте прерывание INTA (со стороны устройства) соответствует прерыванию INTA (со стороны шины), прерывание INTB à INTB и т. д. Во втором слоте прерыванию INTA (с стороны устройства) соответствует прерывание INTB (со стороны шины), INTB à INTC, INTC à INTD и INTD à INTA, в результате чего устройства, использующие прерывание INTA, оказываются развешаны по прерываниям INTA и INTB.
