ISR和函数调用的区别？

Question

我想了解ISR (中断服务例程)和函数调用之间的区别。

从硬件的角度来看，我觉得函数调用和ISR都是一样的。如果我错了，请纠正我。我所能找到的关于ISR和函数调用的内容如下：

ISR:

• 程序执行过程中随时可能发生的异步事件。
• 将PC、标志和寄存器保存在堆栈上，禁用所有中断并加载ISR地址。
• ISR不能有可以传递给它的参数。
• 不能返回值
• 启用中断
• 通常是很小的，因为它们占用了其他过程的时间。
• 有些ISR有自己的堆栈

函数：

• 在有函数调用时发生。
• 保存PC并在堆栈上注册。
• 可能有争论
• 可以返回值
• 对执行的规模和持续时间没有限制

除了这个，还有什么区别吗？请让我知道。我还读到过ISR的函数调用是如何发生的。请在上面突出显示。

Answer 1

它们不一定与您在ISRs上的第一点所述相同:中断是异步的，因此必须以某种方式“中断”主处理器的工作。

例如，让我们看看这个用地址修饰的MIPS代码，它没有任何有用的东西：

4000.       add $1, $2, $3
4004.       sw $ra, 0($sp)
4008.       jal subr   # function call, sets $ra to 4012 and jumps to 4024
4012.       lw $ra, 0($sp)
4016.       jr $ra
4020.
4024. subr: sub $2, $1, $3
4028.       jr $ra

这段代码可以从主处理器处理:算术操作(第1、7行)由算术单元完成，内存访问(第2、4行)由内存控制器完成，跳转(第3、5、8行)也由主cpu完成。( jal的实际地址是在对象文件绑定期间设置的。)

这是用于函数调用的。在任何时候，它都被确定，代码现在在哪里，哪些代码在下一个时间点被执行(即当程序计数器被递增: PC+=4)。

现在问题来了，当你的函数做一些复杂的事情时，你仍然希望软件在关键的一笔上做出反应。然后，一个所谓的协处理器开始发挥作用。此协处理器等待某个事件发生(如键盘上的键笔画)，然后调用中断处理程序。这是一个位于内存中某个地址上的代码块。

想想看，处理器就在上面的计算中，但同时您希望在地址keys上存储键笔画的数量。然后编写一个从地址0x80000180开始的程序(在MIPS中定义为exeption处理程序地址)：

lw $at, keys
addi $at, $at, 1
sw $at, keys
eret

现在按一下键会发生什么？

1. 协处理器会注意到击键。
2. 保存主进程的当前PC。
3. 主处理器的PC设置为0x80000180，执行中断代码。
4. 在eret上，在中断发生之前将PC设置为主处理器的PC。
5. 主要计划的执行工作仍在继续。

这里有一个从正常执行到中断处理的切换，在步骤2和步骤3之间，然后再从4切换到5。

注意:我已经简化了很多，但是应该很清楚，中断与函数调用是如何不同的，以及硬件如何必须有额外的中断处理功能。

Answer 2

因此，在断言它们是相同的之后，你继续列出它们不同的方式--这也许更能回答你的问题。

关于ISRs的前四点大体上都是正确的。启用中断的要点不一定是这样的，它是程序员的实现决定，可以由体系结构决定，而小规模是指导原则而不是要求--“小”完全是主观的。

不同之处不在于它们是如何编码的(尽管ISR通常会施加一些限制，也可能拥有正常函数所不具备的特权)，而在于它们是如何被调用的以及处理器的行为。

函数(或更一般的过程或子例程)必须被显式调用，并且是与其调用者相同的上下文和执行线程的一部分。硬件ISR不是显式调用的，而是由某些外部事件调用的(处理器核心外部，即片上外围设备可能会产生中断)。当中断被调用时，当前线程的上下文在切换到ISR之前会自动保留。返回时，反向上下文切换会在中断之前恢复处理器的状态，以便从中断点继续执行。

这种机制可能由于多线程操作系统或调度器的存在而变得复杂，ISR本身可能会导致线程上下文切换，以便在从ISR返回时切换到不同的执行线程或上下文。在这种情况下，这些机制由操作系统管理。

有些处理器支持另一种ISR --软件中断。软件中断就像函数调用一样被指令而不是单个事件显式调用，但提供了一个间接机制，使调用者不需要知道ISR的地址，实际上该地址可能会改变。从这个意义上说，它与通过指针调用函数没有什么不同，但是因为它是一个ISR，所以它在中断上下文中运行，而不是在调用者的上下文中运行，因此可能具有普通函数没有的限制和特权。

从根本上说，中断能够对事件做出直接和决定性的响应，否则您可能会轮询或测试某个事件，然后处理它，但只能在您选择测试它时处理它，而不是在它实际发生时处理，这可能是可变的，而且时间长得令人无法接受。

Answer 3

主要区别在于，中断处理程序(通常)是由外围硬件调用的--外围设备生成实际的硬件信号，处理器中的硬件将控制转移到适当的处理程序，而中断之前运行的代码不采取任何操作。与函数不同的是，处理器硬件不会从中断的代码中删除调用执行。

在支持多线程/进程的操作系统上，函数调用与调用者使用相同的进程/线程上下文。中断OTOH没有线程或进程上下文--在编辑Word文档时可能会发生由后台BitTorrent下载产生的网络中断，因此处理程序的操作非常有限。它可以将数据加载到/从它绑定到的进程/线程的预分配缓冲区中，它可以向信号量发送信号，也可以设置OS事件标志。事情就是这样。

通常，中断处理程序直接执行中断返回，从而允许执行被中断的代码以消除任何进一步的干扰。在更简单的控制器上，比如yopur 8051，通常在没有竞争操作系统的情况下运行嵌入式代码，这是唯一可用的方法。对于抢占式多线程操作系统，中断处理程序可以通过操作系统代码执行中断返回，从而导致调度程序运行。这允许中断处理程序使等待中断的线程做好准备，并可能运行(因此可能会抢占原来被中断的线程)。这允许这样的系统在没有任何轮询的情况下具有良好的I/O性能。

硬件中断来源于嵌入在处理器芯片中的I be外围设备--网络控制器、磁盘控制器、显示控制器、DMA控制器、USB控制器、内核-通信控制器、(在多核处理器上)、定时器等或包上的中断请求引脚/s，可以用来从外部硬件源(可能是按钮、键盘、键盘或触摸屏硬件)产生中断。