中断和异常处理，嵌入式行业的门槛？

最新推荐文章于 2025-06-26 14:15:59 发布

嵌入式Jerry

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分类专栏： BSP Linux+内核文章标签：网络 linux 面试物联网嵌入式硬件服务器

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Linux内核中，中断和异常是重要的机制，用于响应硬件事件和处理异常情况。它们直接关系到系统的稳定性和性能。本文将通过清晰的结构、逻辑图、表格，深入解析中断和异常处理的种类、流程以及它们与系统调用和用户空间的联系。

1. 中断和异常概述

中断和异常的本质都是处理器被迫停止当前任务，转而执行特定的处理例程。二者既有联系，也有区别。

对比项	中断	异常
来源	硬件（外部设备）或软件触发	CPU执行指令时内部检测到的事件
触发时机	异步，通常与当前指令无关	同步，紧随当前指令的执行
类型	硬件中断、软件中断	故障、陷阱、终止
应用场景	设备驱动、定时器	系统调用、除零错误、缺页异常

在这里插入图片描述

2. 中断的种类及处理流程

2.1 中断的种类

中断分为以下两大类：

中断类别	来源	示例
硬件中断	外部硬件设备	键盘输入、网卡数据包到达
软件中断	程序通过指令主动触发	系统调用、调试中断

硬件中断控制

硬件中断由中断控制器（如APIC）管理，控制器接收外设中断信号并通知处理器。

在这里插入图片描述

2.2 中断处理流程

中断的处理流程可以用以下逻辑图表示：

+-------------------+
|  硬件设备触发中断 |
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 中断控制器接收信号 |
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| CPU保存当前任务状态|
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 查询IDT找到处理程序|
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 执行中断处理例程   |
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 恢复任务并继续执行 |
+-------------------+

示例：中断处理程序的注册

在Linux内核中，可以通过 request_irq 注册中断处理程序：

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev);

3. 异常的种类及处理流程

3.1 异常的种类

异常可以根据性质分为以下几种：

异常类别	说明	示例
故障	可恢复，通常需要修复问题后重试	缺页异常
陷阱	程序主动触发，异常处理后继续执行	系统调用
终止	不可恢复，程序被强制终止	除零错误

3.2 异常处理流程

异常的处理流程类似于中断，但更加紧密地与当前指令相关：

+-------------------+
| CPU检测到异常     |
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 保存当前任务状态   |
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 查询IDT找到处理程序|
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 执行异常处理例程   |
+---------+---------+
          |
+---------v---------+
| 恢复状态继续执行   |
+-------------------+