什么是硬件中断请求号？什么是中断向量号？

发布于：2025-05-12 ⋅ 阅读:(28) ⋅ 点赞:(0)

一、硬件中断请求号（IRQ，Interrupt Request Number）

定义：
硬件中断请求号（IRQ）是硬件设备向CPU发送中断请求时使用的唯一标识符，用于区分不同的中断源。例如，键盘、硬盘等外设通过特定的IRQ号通知CPU需要处理的事件。

核心特性：

硬件驱动：由硬件中断控制器（如x86的8259A、ARM的GIC）分配和管理，不同设备的中断请求通过独立的IRQ线传输。
- 传统x86架构中，IRQ号范围通常为0~15（如IRQ0对应系统计时器，IRQ1对应键盘）；
- 现代系统（如多核CPU）扩展了IRQ范围，支持更多设备。
资源复用：由于物理中断线数量有限（如早期仅有16条），Linux等操作系统支持IRQ共享，允许多个设备共享同一IRQ号，通过dev_id区分具体中断源。
动态分配：在支持即插即用（PNP）的系统中，IRQ号可动态分配给设备（如PCI设备），避免冲突。

示例（传统x86系统）：

IRQ号	对应设备
0	系统计时器
1	键盘
6	软盘控制器
14/15	主/从硬盘控制器

二、中断向量号（Interrupt Vector Number）

定义：
中断向量号是CPU用于定位中断处理程序入口地址的索引值。每个中断号对应一个中断向量，指向内存中存储的中断服务程序（ISR）入口地址。

核心特性：

地址映射：在实模式下，中断向量号与物理地址直接关联。例如：
- x86架构：中断向量号N对应的入口地址为0x0000:N×4（4字节存储段地址和偏移量）。
- ARM架构：向量表地址由协处理器配置，如GIC中断控制器将硬件中断ID映射到向量号。
分类与用途：
- 异常处理：向量号0~31保留给CPU内部异常（如除零错误、缺页异常）；
- 外设中断：向量号32及以上用于硬件中断（如IRQ0映射到向量32）；
- 软中断：向量号128等用于系统调用或自定义中断。
动态管理：现代操作系统（如Linux）通过中断描述符表（IDT）动态分配向量号，支持多核负载均衡和热插拔。

示例（x86系统部分向量号）：

向量号	用途
0x00	除零错误
0x08	双故障（系统严重错误）
0x20	定时器中断（IRQ0）
0x80	Linux系统调用入口

三、IRQ与中断向量号的关系

硬件到逻辑的映射：
- IRQ是硬件层面的中断标识，而中断向量号是CPU逻辑层的中断索引。例如，IRQ1（键盘）可能映射到向量号0x21（十进制33）。
操作系统中介入：
- 在Linux中，中断控制器（如APIC）将硬件中断ID转换为IRQ号，再通过irq_desc结构关联到向量号和对应的ISR。
多核扩展：
- 多核系统中，同一IRQ号可路由到不同CPU核心，而向量号保持全局唯一性以实现中断分发。

四、总结对比

特性	硬件中断请求号（IRQ）	中断向量号
作用	标识外设的中断请求源	索引中断服务程序入口地址
分配方式	硬件中断控制器或动态分配（PNP）	操作系统通过中断向量表或IDT动态管理
范围	有限（如0~15传统x86）或扩展（现代系统上千）	0~255（x86实模式）或更大（保护模式）
硬件依赖	直接关联物理中断线	依赖CPU架构和内存管理机制

实际应用：

编写设备驱动时，需通过IRQ号注册中断处理函数，内核将其绑定到对应的向量号；
调试中断冲突时，需检查/proc/interrupts文件中的IRQ分配情况。

如需进一步了解具体设备的IRQ映射或中断处理流程，可参考硬件手册或Linux内核文档。