4.2. 时钟中断
本章代码对应 commit :30d346bfa2638932118b91bf6a5cc4ad10675a2a
概要
目前我们已经实现了简易的中断机制,同时把 main.rs 变得乱七八糟的。本章我们将:
简化 main.rs ,调整代码结构。
实现时钟中断。
在 rust_trap 中区分中断类型,根据中断类型进行不同的处理。
简化 main.rs
前面四章的内容使得我们的 main.rs 变得异常冗长,代码结构也并不清晰。磨刀不误砍柴工,所以在继续编写 os 之前,我们先来对已有文件进行一些整理:
创建 lang_items.rs :
use core::panic::PanicInfo;
// This function is called on panic.
#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
println!("{}", _info);
loop {}
}
#[no_mangle]
pub extern fn abort() {
panic!("abort!");
}
创建 init.rs :
use crate::interrupt::init as interrupt_init;
global_asm!(include_str!("boot/entry.asm"));
#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
interrupt_init();
println!("Hello World");
unsafe{
asm!("ebreak\n"::::);
}
panic!("End of rust_main");
}
把中断相关的代码放入 interrupt.rs :
global_asm!(include_str!("trap/trap.asm"));
创建 lib.rs ,用于声明属性和库文件:
#![feature(lang_items)]
#![feature(asm)]
#![feature(panic_info_message)]
#![feature(global_asm)]
#![no_std]
#[macro_use]
pub mod io;
mod lang_items;
mod context;
mod interrupt;
mod init;
经过以上的精简,我们的 main.rs 变得十分整洁:
#![no_std]
#![no_main]
#[allow(unused_imports)]
use os;
现在,让我们来实现时钟中断吧!
实现时钟中断响应
step1: 初始化时钟
首先,创建 clock.rs ,并在 lib.rs 中加入 mod clock
。
时钟中断,最重要的就是时钟。在 clock.rs 的第一行加入计时器:
pub static mut TICK: usize = 0;
然后对时钟进行初始化:
use riscv::register::sie;
pub fn init() {
unsafe{
TICK = 0;
sie::set_stimer();
}
clock_set_next_event();
println!("++++setup timer !++++");
}
sie::set_stimer
开启了时钟中断。 clock_set_next_event
的作用是设置下一次时钟中断触发的时间,现在我们来实现他:
static timebase: u64 = 100000;
use bbl::sbi::set_timer;
pub fn clock_set_next_event() {
set_timer(get_cycle() + timebase);
}
timebase 的数值约为 cpu 频率的 1% ,防止时钟中断占用过多的 cpu 资源。get_cycle
可以获取当前时间,当前时间加上 timebase(两次中断的时间差) 为下一次中断产生的时间,通过 set_timer
设置。
cpu 中有一个专门用于储存时间的 64 位寄存器。由于 system call 的返回值存放于 32 位的 x10 通用寄存器,所以需要分别读取时间的前 32 位和后 32 位:
use riscv::register::{ time, timeh};
fn get_cycle() -> u64 {
loop {
let hi = timeh::read();
let lo = time::read();
let tmp = timeh::read();
if (hi == tmp) {
return ((hi as u64) << 32) | (lo as u64);
}
}
}
hi 是时间的高 32 位,lo 是时间的低 32 位。注意到这里并没有之间拼接 hi 和 lo 然后将其返回,而是多了一步 if (hi == tmp)
判断。这是由于在执行完 let lo = time::read()
后,当前时间会改变。尽管时间的前 32 位改变的概率很小,但是仍然需要进行一次判断。
step2: 外设中断初始化
前面看到,时钟中断会用到 sie 寄存器。为了能够正确的产生时钟中断,我们需要先对 sie 寄存器进行初始化:
// in interrupt.rs
use riscv::register::{stvec, sstatus};
#[no_mangle]
pub fn init() {
extern {
fn __alltraps();
}
unsafe {
sstatus::set_sie();
stvec::write(__alltraps as usize, stvec::TrapMode::Direct);
}
}
现在我们有了两个产生中断的方式:
通过内联汇编使用 ebreak 。
时钟中断。
step3: 响应时钟中断
但是我们的 rust_trap 目前除了会打印 trap! 之外什么都不会。让我们来教他怎么区分中断类型吧:
// in interrupt.rs
use riscv::register::scause::Trap;
use riscv::register::scause::Exception;
use riscv::register::scause::Interrupt;
use crate::clock::{ TICK, clock_set_next_event };
#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_trap(tf: &mut TrapFrame) {
match tf.scause.cause() {
Trap::Exception(Exception::Breakpoint) => breakpoint(),
Trap::Interrupt(Interrupt::SupervisorTimer) => super_timer(),
_ => panic!("unexpected trap"),
}
}
fn breakpoint() {
panic!("a breakpoint set by kernel");
}
fn super_timer() {
// 响应当前时钟中断的同时,手动设置下一个时钟中断。这一函数调用同时清除了 MTIP ,使得 CPU 知道当前这个中断被正确处理。
clock_set_next_event();
unsafe{
TICK = TICK + 1;
if TICK % 100 == 0 {
println!("100 ticks!");
}
}
}
tf.scause.cause
表示触发中断的中断类型,这里我们只对两种中断类型进行处理,除此之外的中断则调用 panic! 宏。在触发时钟中断时,我们要做的第一件事就是通过 clock_set_next_event
设置下一次中断时间并告知 cpu ,当前时钟中断已经被正确处理。其余的事情十分简单,只需要把从 clock.rs 中引入的 TICK 加一,表示经过了一个时钟周期。每经过 100 个时钟周期,就在屏幕上打印一些字符。
最后,在 rust_main 中使用 use crate::clock::init as clock_init 引入时钟,修改 rust_main 为:
// in init.rs
use crate::clock::init as clock_init;
#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
interrupt_init();
clock_init();
loop {}
}
这样,我们就成功的设置好了时钟中断。编译运行:
++++setup interrupt !++++
++++setup timer !++++
100 ticks!
100 ticks!
...
在 loop {}
之前加上: unsafe { asm!("ebreak"::::"volatile"); }
,编译运行:
++++setup interrupt !++++
++++setup timer !++++
panicked at 'a breakpoint set by kernel', src/interrupt.rs:66:5
预告
本章我们实现了时钟中断,并且能够进行一些简单的中断处理。下一章,我们将学习操作系统中最常见的内存管理方式:分页。为此我们会介绍虚拟内存和物理内存的关系,理解页表的功能以及实现方式。
Last updated
Was this helpful?