Пространство ввода-вывода компьютера включает в себя набор всех регистров устройств, а также буферы фреймов для устройств, отображаемых в память, таких как графические терминалы. Каждый регистр имеет четко определенный адрес в пространстве ввода-вывода. Такие адреса, как правило, присваиваются при загрузке системы, опираясь на параметры, указываемые в конфигурационном файле, который используется для первоначальной сборки системы. Каждому контроллеру присваивается диапазон адресов, в котором он выделяет пространство для каждого обслуживаемого устройства.
Существует два метода настройки пространства ввода-вывода системы. В некоторых архитектурах (к ним относится Intel 80x86) пространство ввода- вывода отделено от основной памяти и доступно при помощи специализированных команд ввода-вывода (например, inb или outb). В других архитектурах, например в Motorola 680x0, применяется подход под названием ввод-вывод устройств, отображаемых в память (memory-mapped device I/O). Регистры ввода-вывода отображаются в часть основной памяти, для чтения-записи регистров применяются обычные команды обращения к памяти.
Точно также существуют две метода передачи данных между ядром системы и устройством. Используемый метод зависит от конкретного устройства. Все устройства можно разделить на две категории, исходя из выбранного для них способа обмена данными: программируемый ввод-вывод (Programmed I/O, РЮ) или прямой доступ к памяти (DMA). Устройства РЮ передают данные побайтно, используя для этой цели центральный процессор машины. Если такое устройство готово принять или передать следующий байт, генерируется прерывание. Если устройство поддерживает DMA, ядро может предоставить ему сведения о местонахождении данных в памяти (их источнике или приемнике), размер передаваемых данных и другую необходимую информацию. Устройство производит обмен данными посредством прямого обращения к памяти, не привлекая для этого процессор системы. После завершения обмена устройство прерывает работу процессора, уведомляя его тем самым о готовности к новой операции.
Как правило, метод РЮ используется медленными устройствами, такими как модемы, символьные терминалы и принтеры, в то время как дисковые накопители и графические терминалы являются устройствами DMA. В некоторых архитектурах, например SPARC, поддерживается метод DVMA (прямой доступ к виртуальной памяти, Direct Virtual Memory Access), позволяющий устройствам взаимодействовать напрямую с диспетчером MMU, передавая данные на виртуальные адреса. В этом случае устройства могут обмениваться друг с другом непосредственно, не используя основную память машины.
Прерывания устройств
Устройства вырабатывают прерывания с целью привлечения внимания центрального процессора. Обработка таких прерываний является аппаратно зависимой, но мы можем описать некоторые общие принципы их работы. Во многих системах UNIX определен набор приоритетов прерываний устройств (ipl). Количество поддерживаемых уровней в системах может быть неодинаковым. Низшим приоритетом является нуль. Фактически на этом уровне выполняются все прикладные процессы и большая часть кодов ядра. Высший приоритет зависит от конкретной реализации и, как правило, равняется 6, 7, 15 или 31. Если уровень ipl прерывания ниже по сравнению с текущим уровнем ipl системы, такое прерывание блокируется до тех пор, пока приоритет системы не станет выше ipl прерывания. Такой подход позволяет системе разграничить различные типы прерываний соответственно их значимости.
Каждое устройство генерирует прерывания с определенным уровнем ipl, как правило, все устройства, подключенные к одному устройству, имеют одинаковый ipl. При их обработке ядро сначала присваивает системе приоритет, равный ipl прерывания, что позволяет заблокировать последующие прерывания от того же устройства (а точнее, все прерывания, имеющие равный или более низкий уровень ipl). Более того, некоторые процедуры ядра повышают приоритет системы с целью временной блокировки прерываний. Например, процедура, управляющая очередью буферов дисковых блоков, поднимает уровень ipl с целью блокировки всех дисковых прерываний. В ином случае прерывание может произойти в тот момент времени, когда очередь находится в непротиворечивом состоянии, что приведет к проблемам дискового драйвера.
Для управления ipl ядро использует набор процедур. Например, spltty() применяется для увеличения уровня ipl до приоритета прерывания терминала. Процедура splx() снижает ipl до предыдущей сохраненной величины. Такие процедуры, как правило, реализованы в виде макроопределений с целью увеличения их эффективности.
Опубликовал katy
June 23 2015 06:40:32 ·
0 Комментариев ·
1892 Прочтений ·
• Не нашли ответ на свой вопрос? Тогда задайте вопрос в комментариях или на форуме! •
Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.
Пожалуйста, залогиньтесь или зарегистрируйтесь для голосования.
Нет данных для оценки.
Гость
Вы не зарегистрированны? Нажмите здесь для регистрации.
Главная
Каталог файлов
