Linux内核源代码分析——中断(一鞭一条痕)(下)

本文详细解析了中断(interrupt)、异常(exception)、陷阱(trap)的概念,解释了中断向量(vector)和中断寄存器(IDTR)的作用,介绍了x86 CPU的中断描述符表(IDT)及其entry记录的内容。重点分析了任务门的格式,并解释了中断描述符表的初始化过程。

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写在代码前:

Jack:上次你说的8个问题。我都想过了。不过不是特别清楚。

我:那我从头介绍一下吧。

Jack:好。你开始吧。

中断在几乎所有的CPU里都分为三类:中断(interrupt)、异常(exception)、陷阱(trap)。在各种介绍CPU的书籍里,都会提到这三个概念,这里也就不复述了。如果想理解中断的本质大可以不去深究这3个概念,因为这三个概念完全是意淫出来的。

为了能将各种中断分门别类,CPU定义了一个“中断向量”(vector)的概念。而为了描述和管理中断向量,CPU有专门的寄存器——中断寄存器(IDTR)。IDTR里存储的是中断向量表的起始地址——听起来和全局描述寄存器(GDTR)、局部描述寄存器(LDTR)很类似吧。是的,中断描述符表IDT和GDT、LDT是同一个层面的东西。

x86的CPU定义了256种中断。其中0—19种是intel定义死了的,不能用作别的用途。而20—255是可以自己使用的。我们接触得最多的莫过于0x80号中断——所有的系统调用,如read、write、fork等,都是0x80号中断。

因为x86的CPU只有256种中断,所以,中断描述符表的entry数最多不大于256(可以小于256)。

Jack:中断描述符表的entry都记录了些什么呢?

我:中断描述符表里的entry分为三大类——中断(interrupt)门、陷阱(trap)门、任务(task)门。这里的“门”的意思很形象,就是说,通过这些entry就能进入到相应的中断服务程序对应的代码段。

Jack:那这些门是什么样子的呢?举个例子来分析下吧。

我:其中,任务门的格式和GDT、LDT中的entry的格式是一样的。三个门的格式具体如下:

摘自《Linux内核完全注释》

中断描述符表的内容、中断描述附表的地址一般在bootloader里就会设置好(地址存进idtr)。

只不过,这个时候,中断描述符表中的entry指向的代码都是空的,是“哑中断”。

这样,在进入start_kernel()函数之后,内核调用init_IRQ(void)进行真正的中断初始化。描述附表指向的程序才真正有效。

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MPU6050是款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
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