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标题: 关于串行中断信号的讲解、讨论 [打印本页]

作者: 黄鑫船 时间: 2017-2-9 17:45
标题: 关于串行中断信号的讲解、讨论
   笔记本远程课程内容已经更新！内容更加丰富！例如新增加的：显卡工作原理、PCH和CPU的引脚定义讲解、示波器讲解……等等，欢迎报名！
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关于串行中断信号的讲解、讨论
问题来了：
1、什么是中断信号？
2、为什么要中断信号？
中断信号到底是什么样的技术问题呢？请先让我在下面慢慢道来：
计算机的输入数据是以二进制的形式，不分类别的存入内存，在存入内存之前，要对内存的每一个存储模块进行编号，这就是我们所说的芯片地址，CPU在工作的时候，是不可能脱离存储器的，AMD的CPU很早以前就把内存控制器封装在CPU里面，INTEL的CPU是从5X开始把内存控制器封装在CPU里面，所以现在的CPU是由运算器、控制器、存储器组成。
运算器负责逻辑运算，控制器是由指令计数器、指令译码器等电路组成，控制器是根据指令的要求对计算机各个部件发出控制信号，使它们工作协调。
主存储器是用来存储、记忆的一个装置，数据、程序、指令……它们是怎么在存储器里面存储呢？它们是一个一个字节的存储。计算机不会以一个、4个、半个字节来操作。1字节（Byte）=8bit，每次都是8位的读取，内存分为两种：一种是RAM（随机存取存储器），里面的数据是不固定的，断电就会丢失，另一种是ROM（只读存储），里面的数据是固定的，断电后不会丢失，例如BIOS。那EC、内存条……上面既有ROM，也有RAM，CPU里面也有ROM和RAM（这个RAM我们把它叫作高速缓存），还有PCH里面也有存储器、寄存器，这些东西都是用来存储数据的。

   从上图可以看到，现在的PCH桥内部集成有DMA控制、中断控制器……等等，
定时器/计数器在现在的PCH、ICH中依然有，它有3个16位的定时通道：通道0每55mS会向CPU发起一个时钟中断信号，系统利用这个时钟信号可以作为计算时钟的时间，通道1可以用作动态存储器的刷新，通道2负责把DEBUG方波发送给扬声器。定时器/计数器还有一些功能，比如说它以均匀分布的时间间隔，来中断分时的操作系统，用于切换程序，也可以向I/o设备输出精确的计（定）时信号（比如打印机响应超时、打印超时）。一个完整的系统是不能缺少定时器/计数器。
   DMA控制器：指的是直接内存存取，为什么需要DMA？主要是为了提高系统性能。所有的I/O设备（包括声卡、网卡、硬盘……）都要通过DMA控制器去访问CPU，通过DMA控制器与CPU通讯，它们之间的工作原理大概如下：
   主板在工作的时候，主板上的主内存，主要由CPU来直接访问，其它I/O设备不能直接访问的。程序在运行时，往内存里面存的所有数据都需要CPU来参与，此时对CPU的占用率也是100%的，既然这样，那能不能让CPU把内存让出来，由其它芯片来代替CPU访问内存，好让CPU去干别的活？当然是可以的，这就是DMA控制器的作用。也就是说，让I/O设备通过DMA控制器来直接访问内存，减少CPU占用率。如果其它I/O设备要访问内存，需要向CPU发出中断请求，请CPU让出内存控制权。存储器、I/O设备……都是通过总线连接在一起的，在任何时候，只有一个设备可以使用总线、修改总线数据、修改地址信息，因此对总线的操作是先申请、后使用。一旦CPU把内存让出来，外部设备就可以通过DMA控制器来对内存进行操作，可以将大量的数据、批量性的一次性传完。

   I/O设备要使用总线的时候，I/O设备会发出DMA请求给DMA控制器，然后DMA控制器再向CPU发出总线请求信号，CPU在完成当前指令的当前周期以后，会作出一个总线响应周期，并让出总线、让出对内存的拥有权，同时告诉DMA控制器CPU已经让出内存、总线等，DMA控制器收到来自CPU的响应信号时，DMA控制器会以DACK#来应答I/O设备，表示I/O设备可以采用DMA传输了。接下来，DMAC把存储器与I/O设备之间的数据传输所需要的地址送到地址总线，而且还要通过控制总线向存储器和I/O设备发出读和写的信号，这样才能完成一个字节的传输。当设置的字节数据传输完成以后，DMAC会将总线请求信号变为无效，同时脱离对总线的控制，CPU在检测到总线请求信号变为无效以后，CPU就会恢复对系统总线的控制，继续执行以前中断的指令、周期。
   中断的概令：所谓中断，就是CPU暂停执行当前的程序，反而去处理随机事件，处理完了以后，再返回到被中断的程序继续执行，这个过程就是中断。（例如：CPU正在处理显示数据，要将数据送给显卡，让显卡把显示信息还原出来送给屏，在这时如果我们按了一下鼠标、或对键盘进行操作，那系统里面所有的东西都是由CPU来完成的，CPU是怎么知道我什么时候按了键盘？也就是说我对键盘的操作一定要以某种方式告诉CPU或请求CPU，然后由CPU来作响应，因此CPU要把当前的事件停下来，来响应你对键盘的操用，所以在这中间打断CPU，这就是中断）
   中断分为两种：  第一种就是传统的ISA中断和PCI中断，第二种就是现在主流的串行中断；
CPU怎么知道键盘在操作、鼠标在操作、还是其它的设备在操作、或其它设备要请求CPU？其实就要给每个设备安排一个中断号，像以前的机器里面就有很多中断号（传统的中断是以ISA中的IRQ0、IRQ1……IRQ12……）。
所有的中断都是由外部设备先向中断控制器作出请求，中断控制器会有一个引脚（INTR）跟CPU相连，也就是说，CPU在收到INTR这个信号以后，它并不知道是哪个设备在请求，所以CPU会通过总线作一个中断响应周期给中断控制器，中断控制器会把这个响应周期转变为脉冲信号，并完成两个动作：第一个动作就是会在那些中断号中排优，优先权高的会先处理，此时中断控制器会把最高优先权的中断子程序入口地址回送给CPU，CPU就会从这个地址里执行程序，这个程序就是某个设备或某个中断号编写的。所以每个设备都有自己的中断号，每个设备都可以与CPU通讯。
   刚才说的是传统中断，接下来还有PCI中断。比如电路图上经常出现的INTA#、INTB#、INTC#……，这些都属于PCI的中断，有些图纸会在信号前面加个P，表示PCI，比如PIRQA#……

   除了这些还有串行中断（简单协议：Start Frame,Data Frame,Stop Frame）。从ICH3到PCH，也只能见到串行中断。以后要看哪个设备它有没有请求过CPU、某个设备有没有工作，我们可以去查看这个中断号，怎么去查看这个串行中断呢？因此我们就需要知道这个协议。
   一个外设没有中断，就相当于这个外设不存在，无法使用，当然这个在POST自检的时候就会出现错误，这个错误并不是致命的错误，所以机器依旧能显示，并提示某个设备错误。
   我们知道，中断是外设请求CPU的，比如硬盘、光驱的中断号是IRQ14、IRQ15（当然现在硬没有这个引脚，它都是打包发出去的），如果有这两个引脚，这两个中断号断线了，系统就算认到硬盘、光驱，那它也是不能正常工作的，有些系统里面连这个设备都找不到。如果某个设备的中断请求信号持续有效的时候，就会出现宕机现象。总线是所有设备与CPU进行通讯的线，如果被某个设备独占了，系统将会被破坏无法运行，这个时候意味着机器已经宕机，特别是在亮机以前出现中断长期有效时，所以以后中断信号可以用来判断故障。
   在设备没有加载驱动程序之前，所发出的中断是没有意义的。
   串行中断的组成：SERIRQ、33MHz（PCICLK），其中的时钟线是用来同步、数据采样的，另外SERIRQ是用来传输信息（指的就是中断号）的

   串行中断怎么操作？它采用的是SRT（S指采样、R指恢复、T指返回）的方式，串行中断协议如下：
1、       启动帧（Start Frame）：4、6、8个PCI时钟
2、       数据帧（Data Frame）：启动帧结束后的第3个时钟开始，采用SRT的方式来传输中断，那需要多少个时钟周期呢？我们有21个中断号，每个中断号需要S R T（3个）时钟周期，所以一共需要62个时钟周期
3、       停止（Stop Frame）：将SERIRQ这条线持续驱动为低电平2、3个时钟

中断号是由外设发出的，我们可以通过示波器双通道对比，来测出当前有哪些外设在发起中断（比如一般IRQ1、IRQ12是键盘鼠标的中断，根据不同品牌、不同机型，外设中断号是不一样的）。
我实际测到的串行中断也是这样的协议，如下图：

下面我用20uS来看这个串行中断信号，会看到一大串，那它到底是什么时候开始动作的呢？

然后我又用SMBUS对比串行中断信号，发现串断信号工作很长一段时间才有SMBUS（如下图），所以，目前在没有解析出串行中断里面每个中断号所传输的数据之前，我暂时是陷入困境中的，我期待着有这方面的高手能与我一起探讨，如果有研究成果出来，将会提高我们对电脑软启动的故障判断率.

文中如有描述错误的，欢迎指正，欢迎这方面的高手一起探讨！

作者: zhoumw 时间: 2017-2-9 17:49
船长分析太精彩了。

作者: 月饼 时间: 2017-2-9 17:55
这文章，我写一个大写的服

作者: 月饼 时间: 2017-2-9 17:56
全年开课日期如下，各位看官不要错过黄大师的精彩演讲

作者: 960157213 时间: 2017-2-9 17:57
支持黄老师，

作者: wapding 时间: 2017-2-9 18:02
支持黄老师，水平真是不一样，期待。。。。。。

作者: 学海有崖阿忠 时间: 2017-2-9 18:03
小白表示，还没修过笔记本，看不懂，不过还是顶一个

作者: hdcpcdiy 时间: 2017-2-9 18:06
船长文章太强悍了，，，一个字。。“牛”。。。不过我更想要你的波波。。呵呵

作者: huha0012 时间: 2017-2-9 18:11
给黄老师大大的一个赞

作者: zuo1129 时间: 2017-2-9 18:13
支持，只是小白学起来有点困难

作者: zuo1129 时间: 2017-2-9 18:14
支持，只是小白学起来有点困难

作者: 八块腹肌功夫好 时间: 2017-2-9 18:32
黄老师下课了还在研究啊我是这期的实地笔记本学员哈哈

作者: 赵伟超 时间: 2017-2-9 18:37
分析太精彩了。

作者: 我的泪为谁飞 时间: 2017-2-9 18:52
大家赶快报名吧快要开课啦

作者: lm3303242 时间: 2017-2-9 19:16
杠杠的学习

作者: zijianone 时间: 2017-2-9 19:24
哎呀, 黄老师的大神贴, 只有膜拜了

作者: 就一修笔记本的 时间: 2017-2-9 19:41
厉害了我的船长！！！！！

作者: yucongwu7410 时间: 2017-2-9 19:56
好知识，我会仔细解读的

作者: 卡拉 时间: 2017-2-9 20:11
感谢黄老师分享。

作者: 傻瓜电脑 时间: 2017-2-9 20:24
这可是好东西

作者: zhanziyv 时间: 2017-2-9 20:56
伟大，我们离真相已经很近了，只要一个个拆外设了，中断号是不是存在BIOS 里面？是不是不同的机器就不同了

作者: 威廉黄 时间: 2017-2-9 21:11
虽然看没说什么懂，但挺一个给黄老师。谢谢黄老师的分享

作者: 瞧瞧嘎嘎 时间: 2017-2-9 21:12
服~~~还有看不懂~~

作者: 黄鑫船 时间: 2017-2-9 21:48

zhanziyv 发表于 2017-2-9 20:56
伟大，我们离真相已经很近了，只要一个个拆外设了，中断号是不是存在BIOS 里面？是不是不同的机器就不同了

是的，不同机器的中断号是不一样的

作者: letmebe1234 时间: 2017-2-9 22:06
串行 IIC 中断时钟紧密配合啊

作者: letmebe1234 时间: 2017-2-9 22:06

串行 IIC 中断时钟紧密配合啊

作者: 天意wx 时间: 2017-2-9 22:09
真正的信号级维修分析

作者: 翰宇科技 时间: 2017-2-9 22:32
支持老师，好多的知识点详解

作者: 诚信电脑1376 时间: 2017-2-9 22:41
支持黄老师，顶起！

作者: 方迷觴 时间: 2017-2-9 22:57
硬启动都还勉强，软启动就噩耗

作者: xj900905 时间: 2017-2-10 07:10
黄总，总有些电脑是修不好的

作者: ct4251809 时间: 2017-2-10 08:12
黃老师的贴子写得太专业了。

作者: aini3365338 时间: 2017-2-10 08:46
通俗的讲就是外设都是一些小人物，总线就是一个女人，DMA控制器就是一个老鸨，cpu是vip，vip占着女人，小人物想要用就求老鸨，老鸨就代为转达vip，vip答应让出来告诉老鸨，老鸨再告诉小人物。

作者: 鹏博维修 时间: 2017-2-10 09:42
有深度技术性的帖子，

作者: zhanghua8210com 时间: 2017-2-10 09:44
大神出手！！精品！

作者: bobzhang8 时间: 2017-2-10 10:05

aini3365338 发表于 2017-2-10 08:46
通俗的讲就是外设都是一些小人物，总线就是一个女人，DMA控制器就是一个老鸨，cpu是vip，vip占着女人，小人 ...

这比喻通俗易懂！

作者: bobzhang8 时间: 2017-2-10 10:06
弄通这个就可以搞定软启动故障了！

作者: 古典浪漫 时间: 2017-2-10 10:07
黄老师解决了我困惑多年的问题，中断的概念和意义我一直比较模糊，多谢了，加分

作者: 黄鑫船 时间: 2017-2-10 11:32

aini3365338 发表于 2017-2-10 08:46
通俗的讲就是外设都是一些小人物，总线就是一个女人，DMA控制器就是一个老鸨，cpu是vip，vip占着女人，小人 ...

哈哈！这个比喻我服了！

作者: 好人一生平安OK 时间: 2017-2-10 11:33
对大神的敬仰如同滔滔江水连绵不绝

作者: 至命网络 时间: 2017-2-10 12:14
国人的福气

作者: 程哥95 时间: 2017-2-10 13:33
楼主总是在牛A与牛C之间徘徊

作者: wcqwyy 时间: 2017-2-10 17:11
这资料自己研究的啊

作者: xunweituopu 时间: 2017-2-10 21:41
同年龄的老黄，技术怎么就辣么高啊。我不知道说啥啦。

作者: 任世超213 时间: 2017-2-10 22:21
xiexie luzhu

作者: xinshili888 时间: 2017-2-11 00:00
黄老师，厉害，期待你的研究成果

作者: 二年级 时间: 2017-2-11 18:18
给黄老师大大的一个赞！

作者: 黄鑫船 时间: 2017-2-11 18:24

xunweituopu 发表于 2017-2-10 21:41
同年龄的老黄，技术怎么就辣么高啊。我不知道说啥啦。

不要羡慕哥，哥只是个传说。

作者: 主角小子 时间: 2017-2-11 18:32
不得了，好多新东西都跟不上了！咋办啊！混不下去了！

作者: 184215464 时间: 2017-2-11 19:29
好复杂，完全看晕了

作者: 米奇 时间: 2017-2-11 20:39
串行中断请求就是中断设备即控制设备的开关吗

作者: 一缕星魂 时间: 2017-2-11 20:51
看的一头雾水啊，好笨啊。

作者: tanglianqi 时间: 2017-2-11 21:11

大家赶快报名吧

作者: yanjindao 时间: 2017-2-12 15:19
维修不易，加分鼓励了

作者: zhouguo84 时间: 2017-2-12 15:27
支持下虽然我看不懂

作者: chengxinweixiu 时间: 2017-2-12 17:33
写得太有水准了路过赞一个！

作者: 动感逸风 时间: 2017-2-12 17:49
看了很久，还是不懂

作者: 御姐萌萌 时间: 2017-2-13 13:03
好牛的样子，不知道什么时候我才会变成大神

作者: 18361503242 时间: 2017-2-13 14:44
好厉害呀，讲的太深入了。

作者: 残忍101 时间: 2017-2-13 15:05
太深奥，就算有错的地方，表示也不知道，，，啊哈哈哈。。。。。

作者: 思维本本 时间: 2017-2-13 15:13
支持一下更新的就要学

作者: 思维本本 时间: 2017-2-13 15:14
学费不怎么到怎么样

作者: 天迷 时间: 2017-2-13 15:16
淡定的男人最成功，淡定的人生不寂寞

作者: 529048031 时间: 2017-2-13 15:22
很高深的理论。。。

作者: 529048031 时间: 2017-2-13 15:22
很值得学习的知识，

作者: 529048031 时间: 2017-2-13 15:22
向高手致敬，，，向迅维致敬

作者: nobody 时间: 2017-2-13 19:02
黄老师研究的真深入啊感谢

作者: 15144746269 时间: 2017-2-13 19:52
这文章 I 服了You

作者: 15144746269 时间: 2017-2-13 19:53
讲的很好。666

作者: wei888 时间: 2017-2-13 19:57
迅维是个学维修的好地方

作者: 永不放弃LYH 时间: 2017-2-13 21:46
支持黄船长，

作者: 卓信电脑 时间: 2017-2-14 13:49

非常好
经验学到

作者: 多多 时间: 2017-2-14 14:37
示波器真的不错几个探头在上面

作者: feixiang008 时间: 2017-2-14 17:23
分析的挺好顶一个

作者: bluesky1314 时间: 2017-2-14 18:57

高手大有人在呀，自愧不如啊

作者: 想修22 时间: 2017-2-14 20:25
高手学习了

作者: pangminbo 时间: 2017-2-14 23:47
黄鑫船老师月薪得十万了吧

作者: bluesky1314 时间: 2017-2-15 17:16
没有分啊，有了给加点！！！！

作者: CX丶小南 时间: 2017-2-15 20:32
黄老师的理论6

作者: 沈元 时间: 2017-2-15 21:16
这对维修有什么帮助吗

作者: 老瓦垄 时间: 2017-2-15 22:01
黄大师的东西太珍贵了

作者: luoshuai725 时间: 2017-2-16 10:38

月饼发表于 2017-2-9 17:55
这文章，我写一个大写的服

饼哥，你确定这是大写的？

作者: 月饼 时间: 2017-2-16 10:59

luoshuai725 发表于 2017-2-16 10:38
饼哥，你确定这是大写的？

来来来你有文化你写一个

作者: 自志强强 时间: 2017-2-16 22:15
对大神的敬仰如同滔滔江水连绵不绝，一发不可收拾

作者: luoshuai725 时间: 2017-2-17 11:15

月饼发表于 2017-2-16 10:59
来来来你有文化你写一个

作者: 50903255 时间: 2017-2-18 12:05
我还想来，等有时间再来

作者: jimces 时间: 2017-2-18 14:38

aini3365338 发表于 2017-2-10 08:46
通俗的讲就是外设都是一些小人物，总线就是一个女人，DMA控制器就是一个老鸨，cpu是vip，vip占着女人，小人 ...

我能说句英文吗？I服了you。。。。

作者: 神一样纯洁 时间: 2017-2-18 17:12
看过学习了

作者: gylq 时间: 2017-2-18 22:19
小白看起来云里雾里的，很深奥！

作者: 406965195 时间: 2017-2-19 12:15
太深奥了。该去实地补一下了

作者: 面包树 时间: 2017-2-19 15:04
淡定的男人最成功，淡定的人生不寂寞

作者: kaixindi1 时间: 2017-2-20 05:52
大神啊不明觉力

作者: 面包树 时间: 2017-2-20 10:16
天空一声炸响，惊世之作华丽登场

作者: 恋缘梦 时间: 2017-2-20 15:36
这个真不懂，唉

作者: 江苏阳光 时间: 2017-2-22 08:21
理论上的知识真的是枯燥无味的，不过还得学，不懂原理无法下手

作者: 缪惠丰 时间: 2017-2-22 11:43
谢谢，很好的分享

作者: 避雷器 时间: 2017-2-22 22:20
感谢楼主分享

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