片上系统中断机制的可靠性设计

       “龙腾S1”为了保证中断处理过程中的堆栈安全，为不同特权级设置了不同的堆栈。“龙腾S1”支持四种特权级，一般操作系统运行在最高特权级0，用户程序运行在最低特权级3。当用户程序发生中断时，无论是通过中断／陷阱门处理还是任务门处理，如果处理器由最低特权级转换到最高特权级，堆栈也会随之改变。通过这种机制，可以保证中断处理程序具有自己的堆栈，从而可以保证有足够的空间来保存处理器状态和任务上下文等。有关四种特权级下的堆栈指针信息全部保存在任务的任务状态段(Task State Segment)中，堆栈切换时新的堆栈将从任务状态段中读取。

       “龙腾S1”中为中断定义的优先级如上表所示，一般在处理低优先级中断时又发生高优先级中断可以串行处理。但是，发生某些严重问题时，系统将不再发生新产生的中断，而是汇报双故障中断。按照各种中断的严重程序，从轻到重将中断分为良性、协作、页故障和中止，如上表所示。至于哪些中断的连续发生会导致双故障，需要按照中断性质进行考虑，如表2所示。

       表2中第一行所列为正在处理的中断性质，第一列为又发生的中断性质，表格内容中所采取的策略：串行处理，双故障、页故障和中止。可看到连续发生良性异常，由于中断严重程序较低，系统策略为串行处理；而对于最为严重的中止，发生任何中断都会导致系统进入停机状态，即只有通过NMI信号输入或者系统复位才能使处理器重新启动。

       最后，我们给出“龙腾S1”中的中断检测电路(图1)和中断转移流程(图2)。

       4 小结

       中断机制为处理外部请求(如外设请求)和指令执行过程中的一些异常情况和事件提供了有力的支持。中断的处理将会导致控制的转移——从应用程序转移到系统的中断处理程序。本文重点讨论了这一过程中中断检测、中断转移和中断处理三个阶段中的可靠性问题，分别给出了若干设计规则，最后给出了一种工业控制用 片上系统 “龙腾S1”中的安全考虑和实现方法。“龙腾S1”片上系统已经使用SMIC 0.18微米工艺流片，样片测试中可以运行未经修改的DOS 6.22操作系统，并能运行大量应用程序，从而证明本文针对中断的可靠性设计是有效的。本文的研究结果对口益普遍的片上系统中的中断控制单元设计有着重要的参考价值。

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