аппаратное прерывание что такое

Аппаратные прерывания

Забавную картинку к этому уроку я найти не смог, нашёл только какую-то лекцию по программированию, и вот самое начало этой лекции отлично объясняет нам, что такое прерывание. Прерывание в Ардуино можно описать абсолютно точно так же: микроконтроллер “всё бросает”, переключается на выполнение блока функций в обработчике прерывания, выполняет их, а затем возвращается ровно к тому месту основного кода, в котором остановился.

Прерывания бывают разные, то есть не сами прерывания, а их причины: прерывание может вызвать аналогово-цифровой преобразователь, таймер-счётчик или буквально пин микроконтроллера. Такие прерывания называются внешними аппаратными, и именно о них мы сегодня поговорим. External hardware interrupt – это прерывание, вызванное изменением напряжения на пине микроконтроллера. Основная суть состоит в том, что микроконтроллер (системное ядро) не занимается опросом пина и не тратит на это время. Как только напряжение на пине изменяется (имеется в виду цифровой сигнал, +5 подали/+5 убрали) – микроконтроллер получает сигнал, бросает все дела, обрабатывает прерывание, и возвращается к работе. Зачем это нужно? Чаще всего прерывания используются для детектирования коротких событий – импульсов, или даже для подсчёта их количества, не нагружая основной код. Аппаратное прерывание может поймать короткое нажатие кнопки или срабатывание датчика во время сложных долгих вычислений или задержек в коде, т.е. грубо говоря – пин опрашивается параллельно основному коду. Также прерывания могут будить микроконтроллер из режимов энергосбережения, когда вообще практически вся периферия отключена. Посмотрим, как работать с аппаратными прерываниями в среде Arduino IDE.

Прерывания в Arduino

В этом уроке речь пойдёт об обычных прерываниях, которые называются INT, потому что стандартный фреймворк Ардуино умеет работать только с ними. Таких прерываний и соответствующих им пинов очень мало (таблица ниже), но у самого микроконтроллера есть возможность получать прерывания с любого пина, такие прерывания называются PCINT и работать с ними можно только при помощи сторонних библиотек (вот отличная), либо вручную (читай у меня вот тут). В этом уроке мы рассмотрим базовые возможности и INT прерывания:

Ловим событие

Если прерывание отлавливает какое-то событие, которое необязательно обрабатывать сразу, то лучше использовать следующий алгоритм работы с прерыванием:

Следующий возможный сценарий: нам надо поймать сигнал с “датчика” и сразу на него отреагировать однократно до появления следующего сигнала. Если датчик – кнопка, нас поджидает дребезг контактов. С дребезгом лучше бороться аппаратно, но можно решить проблему программно: запомнить время нажатия и игнорировать последующие срабатывания. Рассмотрим пример, в котором прерывание будет настроено на изменение ( CHANGE ).

Вы скажете: но ведь millis() Не меняет значение в прерывании! Да, не меняет, но он меняется между прерываниями! Это в принципе всё, что нужно знать о прерываниях, более конкретные случаи мы разберём в продвинутых уроках.

Видео

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Прерывание (Операционные Системы)

Каждое прерывание имеет свой собственный обработчик прерываний. Количество аппаратных прерываний ограничено числом строк запроса прерывания (IRQ) для процессора, но могут быть сотни различных программных прерываний. Прерывания — это широко используемая техника многозадачности компьютеров, в первую очередь в реальном времени. Такая система называется управляемой прерываниями.

Содержание

История

Первое фактическое использование прерываний приписывают компьютеру UNIVAC 1103 в 1953 году. [2] На IBM 650 (1954) было применено впервые прерывание путём маскировки. Национальное бюро стандартов DYSEAC (1954) первым использовало прерывания для ввода / вывода. IBM 704 был первым компьютером, использующим прерывания для отладки с «передаточной ловушкой», которая может ссылаться на специальную процедуру, когда команда ветвления была имеет столкновение. Система TX-2 (1957) была первой, обеспечивающей несколько уровней приоритетных прерываний. [3]

Типы прерываний

Прерывания могут быть разделены на следующие типы:

Процессоры обычно имеют внутреннюю маску прерываний, которая позволяет программному обеспечению игнорировать все внешние аппаратные прерывания, пока она установлена. Установка или очистка этой маски может быть быстрее, чем доступ к регистру маски прерываний (IMR) в PIC или отключение прерываний в самом устройстве. В некоторых случаях, например в случае архитектуры x86, отключение и включение прерываний на самом процессоре действует как барьер памяти.

Прерывание, которое оставляет машину в четко определенном состоянии, называется точным прерыванием. Такое прерывание имеет четыре свойства:

Прерывание, которое не соответствует указанным выше требованиям, называется неточным прерыванием.

Аппаратные прерывания

Аппаратные прерывания используются устройствами для передачи информации о том, что они требуют внимания со стороны операционной системы. [4] Внутренние аппаратные прерывания реализуются с использованием электронных сигналов оповещения, которые отправляются процессору от внешнего устройства, которое является частью самого компьютера, например контроллер диска, или внешнее периферийное устройство. К слову, нажатие клавиши на клавиатуре или перемещение мыши вызывают аппаратные прерывания, которые заставляют процессор считывать нажатие клавиши или положение мыши. В отличие от типа программного обеспечения, аппаратные прерывания являются асинхронными и могут произойти в середине выполнения инструкции, что требует дополнительного внимания при программировании. Акт инициирования аппаратного прерывания называется запросом прерывания (IRQ). [1]

Программные прерывания

Программное прерывание вызвано либо исключительным состоянием в самом процессоре, либо специальной инструкцией в наборе команд, которая вызывает прерывание, когда инструкция выполняется (см. рисунок 1). Первую часто называют ловушкой или исключением и используют для ошибок или событий, происходящих во время выполнения программы, которые настолько исключительны, что не могут быть обработаны в самой программе. Например, исключение деления на ноль будет выдано, если арифметическо-логическому блоку процессора приказано будет делить число на ноль, поскольку эта инструкция является ошибкой и невозможной. Операционная система поймает это исключение и сможет решить, что с этим делать: как правило, прерывать процесс и отображать соответствующее сообщение об ошибке. Инструкции программного прерывания могут функционировать аналогично вызовам подпрограмм и используются для различных целей, таких как запрос служб от драйверов устройств, например прерывания, отправляемые на контроллер диска и с контролера диска для запроса чтения или записи данных на диск и с диска. [1]

Сложность с разделением линий прерывания

Несколько устройств, совместно использующих линию прерывания (любого стиля запуска), действуют как источники паразитных прерываний по отношению друг к другу. При наличии множества устройств в одной линии рабочая нагрузка при обслуживании прерываний увеличивается пропорционально квадрату количества устройств. Поэтому предпочтительно распределять устройства равномерно по доступным линиям прерывания. Нехватка линий прерывания является проблемой в старых конструкциях системы, где линии прерывания являются различными физическими проводниками. Прерывания с сигналом сообщения, где линия прерывания является виртуальной, предпочтительны в новых системных архитектурах (таких как PCI Express) и в значительной степени решают эту проблему.

Проблемы с производительностью

С многоядерными процессорами, дополнительные улучшения производительности в обработке прерываний могут быть достигнуты с помощью масштабирования на стороне приема (RSS), когда используются сетевые адаптеры с несколькими очередями. Такие NIC предоставляют несколько очередей приема, связанных с отдельными прерываниями; путем маршрутизации каждого из этих прерываний на разные ядра обработка запросов на прерывание, запускаемых сетевым трафиком, полученным одним NIC, может быть распределена между несколькими ядрами. Распределение прерываний между ядрами может выполняться операционной системой автоматически, либо маршрутизация прерываний (обычно называемая привязкой IRQ) может быть настроена вручную.

Чисто программная реализация распределения принимаемого трафика, известная как управление приемными пакетами (RPS), распределяет принятый трафик между ядрами позже в тракте данных как часть функциональности обработчика прерываний. Преимущества RPS по RSS не включают требований к конкретному оборудованию, более продвинутым фильтрам распределения трафика и уменьшенной частоте прерываний, создаваемых NIC. Как недостаток, RPS увеличивает частоту межпроцессорных прерываний (IPI). Управление потоком приема (RFS) расширяет программный подход, учитывая локальность приложений; Дальнейшее улучшение производительности достигается за счет обработки запросов на прерывание теми же ядрами, на которых конкретные сетевые пакеты будут использоваться целевым приложением. [1]

Типичное использование

Типичное использование прерываний включает в себя следующее: системные таймеры, дисковый ввод / вывод, сигналы-выключение и ловушки. Существуют прерывания для передачи байтов данных с использованием UART или Ethernet; для чувствительных нажатий клавиш, управления двигателями и т.д.

Другое типичное использование состоит в том, чтобы генерировать периодические прерывания путем деления выходного сигнала кварцевого генератора и с помощью обработчика прерываний подсчитывать прерывания, чтобы процессор мог сохранять время. Эти периодические прерывания часто используются планировщиком задач ОС для перепланирования приоритетов запущенных процессов. Некоторые старые компьютеры генерировали периодические прерывания от частоты линии электропередачи, потому что она контролировалась коммунальными службами, чтобы исключить длительный дрейф электрических часов.

Прерывания используются для эмуляции инструкций, которые не реализованы на определенных моделях в компьютерной линии. Например, инструкции с плавающей запятой могут быть реализованы в аппаратных средствах в некоторых системах и эмулироваться в более дешевых системах. Выполнение невыполненной инструкции вызовет прерывание. Обработчик прерываний операционной системы распознает возникновение невыполненной инструкции, интерпретирует инструкцию в программной подпрограмме и затем вернется к программе прерывания, как если бы инструкция была выполнена. Это обеспечивает переносимость прикладного программного обеспечения по всей линии. [1]

Источник

Аппаратные прерывания. Контроллер прерываний

Технические науки

Похожие материалы

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы. Т.е. это процесс, временно переключающий микропроцессор на выполнение другой программы с последующим возвратом к прерванной программе. Нажимая клавишу на клавиатуре, мы инициируем немедленный вызов программы, которая распознает клавишу, заносит ее код в буфер клавиатуры, из которого он считывается другой программой. Т.е. на некоторое время микропроцессор прерывает выполнение текущей программы и переключается на программу обработки прерывания, так называемый обработчик прерывания. После того, как обработчик прерывания завершит свою работу, прерванная программа продолжит выполнение с точки, где было приостановлено ее выполнение. Адрес программы-обработчика прерывания вычисляется по таблице векторов прерываний.

Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне. В зависимости от источника, прерывания делятся на:

Аппаратные средства системы прерываний

К аппаратным средствам системы прерываний относятся:

Прерывание вызывает ряд событий, которые происходят как в аппаратном, так и в программном обеспечении. На рис. 1 показана типичная последовательность этих событий.

После завершения работы устройства ввода-вывода происходит следующее:

Теперь процессору нужно подготовиться к передаче управления обработчику прерываний. Сначала необходимо сохранить всю важную информацию, чтобы в дальнейшем можно было вернуться к тому месту текущей программы, где она была приостановлена. Минимальная требуемая информация — это слово состояния программы и адрес очередной выполняемой команды, который находится в программном счетчике. Эти данные заносятся в системный управляющий стек.

Рисунок 2. Обработка простого прерывания

Далее в программный счетчик процессора загружается адрес входа программы обработки прерываний, которая отвечает за обработку данного прерывания. В зависимости от архитектуры компьютера и устройства операционной системы может существовать как одна программа для обработки всех прерываний, так может быть и своя программа обработки для каждого устройства и каждого типа прерываний. Если для обработки прерываний имеется несколько программ, то процессор должен определить, к какой из них следует обратиться. Эта информация может содержаться в первоначальном сигнале прерывания; в противном случае для получения необходимой информации процессор должен по очереди опросить все устройства, чтобы определить, какое из них отправило прерывание.

Как только в программный счетчик загружается новое значение, процессор переходит к следующему циклу команды, приступая к ее извлечению из памяти. Так как команда извлекается из ячейки, номер которой задается содержимым программного счетчика, управление переходит к программе обработки прерываний. Исполнение этой программы влечет за собой следующие операции.

Содержимое программного счетчика и слово состояния прерываемой программы уже хранятся в системном стеке. Однако это еще не вся информация, имеющая отношение к состоянию исполняемой программы. Например, нужно сохранить содержимое регистров процессора, так как эти регистры могут понадобиться обработчику прерываний. Поэтому необходимо сохранить всю информацию о состоянии программы. Обычно обработчик прерываний начинает свою работу с записи в стек содержимого всех регистров. Другая информация, которая должна быть сохранена, обсуждается в главе 3, «Описание процессов и управление ими». На рис. показан простой пример, в котором программа пользователя прерывается после выполнения команды из ячейки N. Содержимое всех регистров, а также адрес следующей команды (N+1), в сумме составляющие М слов, заносятся в стек. Указатель стека при этом обновляется, указывая на новую вершину стека. Обновляется и программный счетчик, указывая на начало программы обработки прерывания.

Теперь обработчик прерываний может начать свою работу. В процесс обработки прерывания входит проверка информации состояния, имеющая отношение к операциям ввода-вывода или другим событиям, вызвавшим прерывание. Сюда может также входить пересылка устройствам ввода-вывода дополнительных инструкций или уведомляющих сообщений.

После завершения обработки прерываний из стека извлекаются сохраненные ранее значения, которые вновь заносятся в регистры, возобновляя таким образом то состояние, в котором они пребывали до прерывания.

Последний этап — восстановление из стека слова состояния программы и содержимого программного счетчика. В результате следующей будет выполняться команда прерванной программы.

Из-за того, что прерывание не является подпрограммой, вызываемой из программы, для полного восстановления важно сохранить всю информацию состояния прерываемой программы. Однако прерывание может произойти в любой момент и в любом месте программы пользователя. Это событие непредсказуемо [2].

Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. По аналогии функции контроллера прерываний можно сравнить с секретарём какого–нибудь начальника. Секретарь должен решить, кого из посетителей допустить к боссу в первую очередь, а кого и потом, исходя из приоритетов, отдаваемых боссом и статуса самого посетителя. Так и в компьютерной системе, возможна такая ситуация, когда несколько переферийных устройств послали сигнал прерывания или запрос на прерывание. В компьютерной литературе этот сигнал обозначается IRQ (Interrupt Request).

Как уже выше говорилось, прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеры прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и периферийных устройств, генерирующие прерывания. Вот эти устройства:
–IRQ 0, системный таймер; –IRQ 1, клавиатура; –IRQ 2, исползуется для запросов устройств, подключенных каскадом; –IRQ 8, часы реального времени; –IRQ 9, зарезервировано; –IRQ 10, зарезервировано; –IRQ 11, зарезервировано; –IRQ 12, ps/2–мышь; –IRQ 13, сопроцессор; –IRQ 14, контроллер «жёсткого» диска; –IRQ 15, зарезервировано; –IRQ 3, порты COM2,COM4; –IRQ 4, порты COM1,COM3; –IRQ 5, порт LPT2; –IRQ 6, контроллер дисковода; –IRQ 7, порт LPT1,принтер.

Здесь сигналы приведены в порядке убывания приоритетов. Можно заметить, что после IRQ 2, следует IRQ 8. Дело в том, что в своё время контроллер прерываний состоял из двух микросхем, одна была подключена к другой. Вот эта вторая микросхема и подключается к линии IRQ 2, образуя каскад. Она обслуживает линии IRQ8–IRQ 15. А затем следуют линии первой микросхемы [3].

Работа контроллера прерывания

Работа контроллеов прерываний рассматривается на основе микросхем фирмы Intel 8259A, которые применялись в теперь уже очень старых компьютерах с процессорами до 386 серии. В этих компьютерах обычно было 2 микросхемы 8259A, подключенных каскадно, то–есть одна к другой. Одна из микросхем, подключенная по линии запроса на прерывание непосредственно к процессору является ведущей или мастером. Остальные,подключаются к ведущей через аналогичные выводы, называются ведомыми.

Рисунок 3. Схема подключения контроллеров прерываний и их взаимодействие с центральным процессором

На рисунке 3 изображена схема подключения контроллеров прерываний и их взаимодействие с центральным процессором. Сигналы на прерывание от переферийных устройств или ведомых контроллеров поступают на входы IR0–IR7 ведущего контроллера. Внутренняя логика ведущего контроллера обрабатывает поступившие запросы с точки зрения приоритета. Если приоритет запроса устройства достаточен, то на выходе INT контроллера вырабатывается сигнал, поступающий на вход INTR процессора. В противном случае, запрос блокируется.

Если процессор разрешает прерывания, то после завершения выполнения текущей команды, он вырабатывает по линии INTA последовательность сигналов, которая переводит ведомый контроллер в состояние невосприимчивости к поступающим новым запросам на прерывание, а кроме того, на линию данных выводится информация из внутренних регистров контроллера по которой процессор распознаёт тип прерывания.

Разрешение на прерывание процессор передаёт контроллеру прерываний через контроллер шины. Сигнал RD предназначен для того, чтобы контроллер прерываний поместил на шину данных содержимое внутренних регистров. По сигналу WR контроллер прерываний, наоборот, принимает данные с одноимённой шины и записывает их во внутренние регистры. Соответственно, это влияет на режим работы контроллера прерываний.

Вход CS подключается к шине адреса и по этому сигналу происходит идентификация конкретного контролллера прерываний. Вход A0 указывает на порт контроллера прерываний в пространстве ввода–вывода.

Входы IR0–IR7 предназначены для приёма запросов на прерывание от переферийных устройств и ведомых контроллеров.

Выходы CAS0–CAS2 предназначены для идентификации конкретного ведомого контроллера [4].

В статье рассмотрены аппаратные прерывания и устройство, функции, работу контроллера прерываний. Данный контроллер прерываний появился ещё в первых PC–совместимых компьютерах. С тех пор, и процессоры, и сам компьютер во многом изменились, хотя некоторые моменты остались. Поэтому, для того, чтобы было понятней и была рассмотрена организация контроллера прерываний 8295A.

На приведенной выше схеме показаны сигналов приходящие не только на ведомый и ведущий контроллеры прерываний, но и на остальные ведомые. Однако на вашем компьютере или ноутбуке на самом деле 2 контроллера прерываний, как выше указывалось: ведущий и ведомый. Но можно создавать свои компьютерные системы, используя таким образом до 64 ведомых контроллеров прерываний.

В современных компьютерах уже давно функции контроллера прерываний выполняют не микросхемы 8259A, а южный мост. Однако, для всех программ и устройств всё остаётся по–прежнему. Более того, контроллер прерываний можно программировать, и обращаться к внутренним регистрам и портам необходимо точно также, как и к контроллеру 8259A [5].

В данной работе были рассмотрены прерывания, а именно аппаратные средства обработки прерываний и принцип обработки прерываний. Также рассмотрены контроллеры прерываний и принцип их работы.

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы. Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне. Аппаратные прерывания возникают как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства (клавиатура, системные часы, клавиатура, жесткий диск и т.д.), по времени возникновения эти прерывания асинхронны, т.е. происходят в случайные моменты времени.

Контроллер прерываний предназначен для обработки и арбитража поступающих запросов на обслуживание к центральному процессору от переферийных устройств. Прерывания имеют определённый приоритет, который позволяет контроллеру прерываний отдавать предпочтение в данный момент времени одному устройству, а не другому. В современном компьютере существует до 16 внешних и переферийных устройств, генерирующие прерывания.

Список литературы

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

Источник

Страдания по IRQ

Бывало ли у вас так: вы включаете сканер или подключаете внешний привод компакт дисков, и в этот момент вся система начинает заметно тормозить и вести себя неадекватно: мышь по экрану двигается рывками, звук начинает заикаться или отключается. Бывают и более тяжелые случаи. Например, после установки новой звуковой платы, при любых попытках вывести звук, даже при старте Windows, компьютер зависает насмерть. Если бывало, то эта статья – о вашем случае. Если нет, то все равно прочтите эту статью – если вдруг это случится, то вы будете знать, что делать.

Эти проблемы, чаще всего, вызваны конфликтом аппаратных прерываний компьютера. Забавно, но довольно серьезная часть проблем с компьютером после установки нового железа как раз и связана с этими самыми конфликтами, только о них никто не говорит и вообще, эта тема мало обсуждается. Понимание всего вопроса в целом довольно обширная тема и каждый случай конфликта часто отличается от предыдущего, как по симптомам, так и по методам решения. В этой статье мы попытаемся объяснить сложившуюся ситуацию для пользователей, которые уже не боятся компьютеров, но еще не набрали достаточно опыта для решения проблем с конфликтами железа самостоятельно. К сожалению, некоторые моменты статьи довольно тяжело могут восприниматься из-за описаний систем построенных на нечеткой логике, которая, кстати, и является сильной стороной человека по отношению к компьютерам.

Немного истории

Многим эта часть статьи покажется необязательной, так как рассказ будет о старых временах, где-то с 1985 года, но эта информация важна тем, кто хочет разобраться в сути проблемы и понять, почему всё сложилось так неоднозначно.

Давным-давно, в далекой Америке, был разработан процессор x86, который является прародителем всех процессоров, используемых в персональных компьютерах стандарта IBM PC. То есть все Pentium и Athlon имеют в своей основе старый, добрый процессор x86. Архитектура современных процессоров уже очень сильно отличается от первого x86, тем не менее, некоторые моменты сохранились с тех давних времен, когда x86 процессор находился в начале своего пути, а именно с середины восьмидесятых годов прошлого века. Одним из таких моментов является ограничение количества линий аппаратных прерываний для центрального процессора.

Такая раскладка прерываний очень долго сохранялась на многих бытовых компьютерах. Почти все компьютеры на базе процессоров 386, 486 и Pentium имеют такой список использованных прерываний. При таком раскладе свободных прерываний в компьютере оказывается всего пять (5, 9, 10, 11, 12), но этого количества для большинства случаев было вполне достаточно. Устройств, требующих прерывание и устанавливаемых в компьютер в виде плат расширения, редко было больше трех. Стандартный набор того времени выглядел так: видеокарта, звуковая плата и сетевая карта. При этом было важно, чтобы одно прерывание ни в коем случае не использовалось двумя устройствами одновременно, так как это повлечет конфликт системных ресурсов, и оба устройства, находящихся на одном прерывании, работать не будут. Задачей сборщика компьютера на тот момент было разведение всех устройств по прерываниям таким образом, чтобы ни одно устройство не пересекалось с другим.

Наверное, самое время объяснить, что такое конфликт прерываний. Если два устройства находятся на одной линии прерываний, то драйвер может их спутать и переслать исполняемый кусок программы не той «железке», при этом заставляя ее исполнить этот кусок кода. Например, сетевая плата и звуковая карта находятся на 10 прерывании. Сетевая карта получает пакет из локальной сети с запросом на получение файла и отправляет запрос на прерывание центральному процессору.

Процессор отрабатывает прерывание, останавливает исполняемую задачу и передает управление драйверу сетевой карты, для отработки необходимых для приемки файла действий. Драйвер начинает работу с устройством, от которого пришло прерывание. Вот только работать он начинает не с сетевой платой, а со звуковой картой, находящейся на той же линии, передавая ей команды для приемки файла. Звуковая карта исполняет принятые команды, и полностью завешивает компьютер с BSOD (Blue Screen Of Death).

Существует еще одна небольшая тонкость. Все линии прерываний имеют свой приоритет. Чем выше приоритет у линии прерывания, тем быстрее процессор ответит на запрос от устройства находящегося на этой линии. Приоритеты прерываний приведены в таблице ниже в порядке убывания.

Исторически сложившаяся архитектура наложила очень сильный отпечаток на приоритеты линий прерываний. Подключенная вторая микросхема контроллера ко второй линии первой микросхемы вклинивается в приоритеты. Поэтому линии второй микросхемы имеют более высокий приоритет, чем линии первой. При этом, обе микросхемы выглядят для пользователя единым модулем контроллера прерываний – PIC (Program Interrupt Controller). Более того, уже давно две микросхемы для этих целей не используется, всё это встроено в северный мост чипсета, но раскладка приоритетов прерываний сохранилась. Чем больше ресурсов от компьютера требует устройство, тем более высокий приоритет должен быть у линии IRQ присвоенной этому устройству. То есть, для видеокарты желательно отдавать девятое или десятое прерывание, если оно свободно. Для звуковой карты тоже желательно найти прерывание, находящееся на втором контроллере. Подробнее об этом вопросе мы поговорим чуть ниже.

Но время не стоит на месте, и ситуация с прерываниями начала ухудшаться одновременно с разработкой новых технологий и развитием всей компьютерной области. Появились новые стандарты портов ввода-вывода, которые требуют собственного прерывания. Например, порты USB или PS/2, которые являются на настоящий момент стандартом де-факто для всех компьютеров. Свободных прерываний становилось всё меньше, а решение системных конфликтов становилось всё более сложным.

Настоящее …

Вся ситуация сильно изменилась с появлением систем ACPI и IRQ Sharing. К сожалению, эти системы никак нельзя описать в одно предложение, поэтому мы рассмотрим их чуть подробнее.

Как видно из таблицы, свободных прерываний практически не осталось. Свободными можно считать только IRQ 5 и 10, всё остальное занято. По логике, как раз их-то и надо использовать для видеокарты и аудиоплаты. Но устройств, требующих собственное прерывание и не описанных в этой таблице, может быть куда больше. В таблицу они не включены, так как являются опциями, то есть могут быть в системе, а могут и не быть. Например: сетевая карта, контроллер RAID или SCSI, ТВ-тюнер, SATA, IEEE1394 (FireWire) и так далее. То есть, может сложиться ситуация, когда на два свободных прерывания будет восемь устройств, требующих собственного прерывания. Есть три способа решения этой проблемы. Каждый способ имеет свои плюсы и минусы.

Первый способ – это полноценное использование систем ACPI и IRQ Sharing. Если системы ACPI, а соответственно и APIC, включены, то операционная система считает, что у неё 256 прерываний, при этом реальных прерываний как было 16, так и осталось. Оставшиеся 240 прерываний – это виртуальные прерывания, которые являются клонами реальных. ACPI автоматически распределяет прерывания и не позволяет пользователю их менять. Если устройство соглашается работать в режиме кооперации с другим устройством, то есть все шансы, что ACPI посадит их на одну физическую линию. Если не контролировать данную ситуацию, то на одном физическом прерывании могут оказаться практически все устройства, установленные в компьютере, даже если есть свободные прерывания. Это приведет к сильнейшему торможению всей системы и серьезным сбоям в работе.

Решение:
Плюс данного подхода в отсутствии потребности вмешательства со стороны пользователя. То есть, делать ничего не надо. Просто воткнуть в материнскую плату видеоадаптер, процессор, память и так далее, а затем поставить операционную систему, которая нормально поддерживает ACPI. А это Windows XP или Windows 2000. Всё. Компьютер заработает. Именно в таком виде продаются почти все компьютеры, собранные в России. Подход прост: если работает и тормозит – то это не гарантийный случай, а проблема пользователя.

Решение:
Современные материнские платы обладают некоторыми особенностями, которые необходимо знать для корректного разведения линий прерываний по устройствам. Так, все встроенные в материнскую плату устройства чаще всего имеют жесткую привязку к слотам расширения PCI, а некоторые слоты жестко привязаны друг к другу. К примеру, у вас есть встроенная в материнскую плату звуковая карта, при этом она автоматически кооперируется с устройством в третьем слоте PCI. Если вы вставите сетевую плату в третий слот, то встроенная звуковая карта и сетевая плата будут висеть на одном прерывании, чтобы вы ни делали. Решить этот конфликт можно, переставив сетевую карту в другой слот. Или другой пример: пятый и первый слот PCI привязаны друг к другу, и установив два устройства в эти слоты, вы автоматически вешаете их на одну линию прерывания. Опять же, это лечится переустановкой одного из устройств в другой слот. К сожалению, современные материнские платы имеют столько встроенных устройств, что найти свободный слот PCI без запаралеленных устройств бывает невозможно. В этом случае всё зависит от устройства.

Все локальные устройства, находящиеся в компьютере можно разбить на четыре группы по степени зависимости от прерывания.

Надо понимать, что все вышеперечисленные устройства могут обладать уникальными свойствами в зависимости от производителя или прошивки. Все вышеописанные правила работают не всегда и не однозначно. У вас легко может оказаться ТВ-тюнер или сетевая карта, которая напрочь откажется работать с кем-либо в паре. Или наоборот, ваша звуковая карта может вдруг повести себя стабильно на одном прерывании вместе с ТВ-тюнером. Конфликтовать умеют даже устройства, относящиеся к четвертой группе. Чаще всего они начинают глючить, если поставить их в запаралеленный с AGP слот. При этом на понимание всех особенностей конкретно вашего железа может уйти значительное время.

Суть способа в полном отказе от систем ACPI и IRQ Sharing. А устройства, которые лезут на одну линию IRQ нужно просто отключать. Must be only one!, как говорил товарищ из фильма «Горец».

Как понять, есть ли конфликты в вашем компьютере, и что делать

Бывает, что список отображаемых устройств бывает полным и включает в себя контроллеры жестких дисков и все устройства, находящиеся на плате, вплоть до COM-портов. Бывает и наоборот: информации довольно мало, тогда видно только установленные устройства (как на скриншоте). А бывает, что второй экран BIOS вообще не содержит информации о прерываниях. В таком случае стоит воспользоваться другими программами, которые способны отображать физическое распределение прерываний.

Например, можно использовать стандартный диспетчер устройств, переключив его вид на «ресурсы по подключению» и раскрыв раздел «запрос на прерывания (IRQ)», или воспользоваться сторонними программами типа SiSoft Sandra.

Единственный минус их использования состоит в том, что они видят номера прерываний через призму операционной системы. Если используется система ACPI и APIC, то получить корректную информацию об аппаратных прерываниях будет весьма непросто, так как номеров будет не 16, а 256. Нас интересует ситуация, когда цифры не повторяются. Если одна и та же цифра стоит напротив USB Cntrlr, Display Cntrlr и Multimedia Device (аудиоплата или TB-тюнер), то дело совсем плохо. Например, данное окно говорит о следующем:

Как решать и что делать

Нужно понимать, что действия по разрешению конфликтов могут привести к полному падению операционной системы и потере данных. Сделайте резервные копии ваших документов, запишите все пароли и сетевые настройки, и только после этого предпринимайте действия. Лучше всего экспериментировать на свежеустановленной операционной системе и иметь возможность переустановить её после проведения всех действий, если что-то сложится некорректно. Само собой, автор и редакция не несут никакой ответственности за результаты ваших экспериментов.

Шаг первый: изучаем BIOS

Для начала нужно посмотреть на опции в BIOS вашего компьютера. И ничего там не трогать, в противном случае шансы на загрузку уже установленной операционной системы сильно падают. Вне зависимости от производителя BIOS и материнской платы, необходимые для работы опции могут присутствовать, а могут и отсутствовать. Стандарта для этих опций не существует, поэтому они могут иметь разные названия и находится в разных разделах BIOS. Но, применяя дедуктивный метод Шерлока Холмса, их все же можно найти. Для примера мы приведем названия этих опций в Award BIOS материнской платы GigaByte. Самые важные для нас опции находятся в разделе PnP\PCI Configuration и выглядят как номера слотов и привязанные к ним номера прерываний, которые можно менять.

С помощью этих опций можно добиться правильного распределения приоритетов линий прерываний к устройствам:
• PCI 1 IRQ Assigment : Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)
• PCI 2 IRQ Assigment : Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)
• PCI 3 IRQ Assigment : Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)
• PCI 4 IRQ Assigment : Auto (Auto, 3,4,5,7,9,10,11,14,15)

То есть, можно руками менять прерывания для слотов и привязанных к ним устройств. Если все опции выставлены в Auto, то распределением прерываний занимается автомат с алгоритмом, очень схожим с алгоритмом системы ACPI. Иногда бывает указание прерываний не цифрами, а буквами – A,B,C,D. Так же, как в случае с цифрами, буквенные прерывания позволяют собой управлять, при этом наивысший приоритет – у буквы А.

• PnP OS Installed : Yes (No)

Эта опция сообщает BIOS, что распределением прерываний занимается сама операционная система. Иногда после изменения значения на NO открывается возможность контроля приоритетов по слотам.

• ACPI Function : Enable (Disable)

Понятное дело, эта опция включает и отключает поддержку ACPI в BIOS. Если отключить эту опцию перед инсталляцией операционной системы, то, возможно, ядро ACPI и не будет инсталлировано (сильно зависит от версии и типа BIOS).

• Interrupt Controller : APIC (PIC)

Также полезны опции по отключению устройств :
• Midi Port Adress – можно отключить Миди порт
• Onboard Parallel Port – можно отключить LPT порт
• Onboard Audio – можно отключить встроенную звуковую плату
• Onboard LAN Control – можно отключить встроенный сетевой адаптер
• USB Host Controller – можно отключить USB порты
• Onboard Serial ATA – можно отключить Serial ATA
• Onboard RAID – можно отключить RAID-контроллер.

Если указанные выше устройства не используются, то выставление Disabled отключит их и освободит используемые ими ресурсы.

Шаг второй – Карта прерываний

Ищем документацию от материнской платы. Если повезет, то в ней вы найдете карту прерываний для вашей материнской платы, которая выглядит следующим образом:

Более того, прерываний на все эти устройства всё равно не хватит, поэтому нужно освободить неиспользуемые линии IRQ. Радует только одно: типов установленных устройств не так много. Редко бывают нужны в компьютере две сетевые платы или две звуковые карты. Если используется SerialATA, то чаще всего не нужны оба канала контроллера UATA, занимающий 14 и 15 прерывание. Одно из них можно освободить, учитывая, что второе занимает CD-ROM. И так далее.

Если вы обратили внимание, не все буквенные индексы в таблице привязаны к слотам расширения PCI. Например, линия F, на которой висит USB, не привязана к слотам, в то время как из BIOS контролируются только номера прерываний для слотов. Линией F управляет внутренняя автоматика BIOS. А эта автоматика будет кооперировать эту линию IRQ с чем попало. Чтобы разрешить конфликты с этой веткой? вам потребуются шаманский бубен, кроличья лапка и большая подкова. На самом деле вам придется менять конфигурацию раскладок прерываний для слотов до тех пор, пока линия F не встанет на устраивающее вас значение. Каждым изменением вы заставляете автоматику пересчитать всю конфигурацию, и каждый раз автоматика будет назначать новое значение для линии F. Если таких бесконтрольных линий больше чем одна, задача усложняется. В нашем случае бесконтрольной осталась линия G. Но терпение и труд, как известно, всё перетрут.

Мы описали карту прерываний от материнской платы Asustek A7V8X, конкретные же карты прерываний у каждой материнской платы свои. Но основные принципы вычисления зависимостей по этому описанию можно понять.

Шаг третий – Изменения в операционной системе

Самым первым изменением, с которого мы начнем настройку системы, будет замена ядра операционной системы для отключения функций ACPI. Как уже упоминалось ранее, после этого компьютер потеряет все энергосберегающие функции и перестанет сам выключаться после завершения работы операционной системы. Для этого нужно зайти в контрольную панель, выбрать иконку «Система», затем перейти в закладку «Оборудование» и нажать на «Диспетчер устройств». Затем открыть раздел «Компьютер» и двойным кликом нажать на «Компьютер с ACPI». Выбрать закладку «Драйвер» и нажать на кнопку «Обновить».

Выбрать «установку из указанного места», а затем отказаться от автоматического поиска драйвера и выбрать установку драйвера вручную. В появившемся окне убрать галочку «только совместимые устройства» и выбрать драйвер «Стандартный компьютер».

После нажатия на кнопку «Далее» компьютер скопирует необходимые файлы и уйдет на перезагрузку. После перезагрузки компьютер начнет находить ВСЕ устройства заново, включая системные устройства, но будет находить драйверы для них в автоматическом режиме. Некоторые устройства не проходят автоматическую установку, но для них достаточно выбрать автоматический поиск драйверов. После этого компьютер еще раз перезагрузится и после этого заработает в нормальном режиме. Всё, система ACPI отключена. Для того, чтобы снова включить ACPI, нужно повторить все вышеописанные действия, только выбрать «Компьютер с поддержкой ACPI».

Теперь вся системная информация касательно линий прерываний внутри операционной системы соответствует действительности. Номера прерываний соответствуют реальным. Это означает, что для мониторинга прерываний теперь можно использовать различные утилиты, показывающие прерывания в среде Windows.

Так выглядит раскладка прерываний после отключения ACPI и с сохранением IRQ Sharing. Кстати сказать, на скриншоте приведена раскладка прерываний с разрешенными основными конфликтами. Только RAID массив конфликтует с SMBus, но этот конфликт разрешить нет возможности, так как встроенный RAID-контроллер связан с SMBus картой прерываний. Приоритеты линий прерываний соответствуют типу устройств. В этом компьютере конфликты решены вторым способом, никаких доработок и изменений не требуется.

Шаг четвертый – Изменения в BIOS

Фактически, этот шаг является обобщением действий, описанных выше, только если выше были описания, то сейчас нужно предпринимать реальный действия, поэтому прошу прощения за некоторые повторения. Первым делом меняем опции в BIOS, если они конечно присутствуют:
• PnP OS Installed : NO
• ACPI Function : Disabled
• Interrupt Controller : PIC

Выводы

Весьма непросто бывает объяснить системы, которые представляют из себя не линейную информацию, а переплетение различных кусков информации в сочетании с интуицией и логикой, человеческой логикой, а не компьютерной. Из-за отсутствия упорядоченной информации и отточенных технологий, каждый человек умеющий решать конфликты внутри компьютера считает себя чуть-чуть магом, потому что каждый это делает немного по своему. У всех есть маленькие хитрости и секреты. Для того, чтобы сделать этот текст хотя бы немного понятным я старался не заострять внимания на объяснениях всех действий и точным описанием всех функций и спецификаций. Тем не менее, если у вас возникнут вопросы или комментарии, автор статьи с удовольствием выслушает и ответит на них. Мы надеемся, что эта статья поможет начинающим компьютерщикам разобраться в сложившейся ситуации.

Источник