인터럽트

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마이크로프로세서에서 인터럽트(interrupt, 문화어: 중단, 새치기)란 마이크로프로세서(CPU)가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 장치나 또는 예외상황이 발생하여 처리가 필요할 경우에 마이크로프로세서에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것을 말한다. 폴링이 대상을 주기적으로 감시하여 상황이 발생하면 해당처리 루틴을 실행해 처리한다면, 인터럽트는 상대가 마이크로프로세서에게 일을 처리해 달라고 요청하는 수단이다. 따라서 폴링과 대비대는 개념이다.

마이크로프로세서의 다른일과 겹쳐 폴링이 고속의 하드웨어에서 데이터 손실될 여지가 있다면, 인터럽트는 해당 하드웨어가 CPU에게 요청하므로 빨리만 처리된다면 데이터 손실 위험이 작아진다. 폴링은 리얼타임에 문제의 소지가 있다면, 인터럽트는 필요할 때 처리되는 경향이 있어서 폴링보다 유리하다.

마이크로프로세서는 인터럽트를 감지하면 지금 실행중인 기계어 코드를 중단하고 해당 인터럽트를 위한 처리 프로그램으로 점프하여 해당 일을 수행 한다. 인터럽트 처리를 위한 루틴을 인터럽트 서비스 루틴(ISR, Interrupt Service Routine)이라고 한다. 인터럽트는 주로 하드웨어적으로 CPU 코어(CPU-core)에 입력되고, 현재 진행중인 기계어 코드가 종료되면 실행한다. 인터럽트가 접수 되었을 때, 인터럽트를 처리할 것인가는 CPU코어의 특수레지스터에 비트 마스크을 통해 선택적으로 수용한다.

인터럽트가 걸리면 해당 서비스 루틴이 실행되어야 하는데, 현재 진행중인 프로그램이 영향을 받으면 안되므로 우선 ISR에서 레지스터를 스택에 대피하고 해당일을 수행한다. 레지스터 대피는 ISR에서 행하도록 기계어 코드를 구성해야 한다. C로 작성할 경우 일반함수와 차이를 두어 컴파일마다 정의하는 방식이 제공된다.

CPU코어 외부에서 인터럽트를 거는 경우가 일반적이지만, CPU 내부에서 실행하면서 걸리는 경우도 있다. 예를들어 DIV 명령어를 실행할 때 0으로 나누어지거나, 주소 버스에서 할당되지 않는 주소공간을 액세스 한다든지 하는 경우를 예외(exception)라고 말하고 예외처리를 한다. 예외처리도 인터럽트의 한 종류이므로 처리방식도 인터럽트의 방식과 같다.

인터럽트를 소프트웨어적으로 실행하는 방법도 제공한다. 인터럽트 기계어 명령에 의해 실행된다. x86의 경우 INT 명령어가 소프트웨어 인터럽트 명령어 이다. 어떤 마이크로프로세서(모토로라 68000)의 경우 트랩이라는 용어를 사용하기도 한다.

컴퓨터 시스템에서 인터럽트를 거는 원천은 여러개가 존재하는 것이 일반적이다. 따라서 인터럽트의 종류를 구분하는 방법이 필요하다.

인터럽트 서비스루틴 점프방식[편집]

인터럽트는 주로 하드웨어적으로 접수되어 실행되는 것이 일반적이다. 따라서 인터럽트가 접수되었을 때 어떤 하드웨어에서 보낸것인지를 CPU코어는 알필요가 있다. 인터럽트가 걸리고 인터럽트 소스가 어디인지를 알기위한 절차가 실행되고, 이때 벡터라는 숫자로 CPU코어에 보내지면 소스를 구별할 수단으로 사용한다.

인터럽트 벡터를 얻었으면 ISR 주소값을 찾는과정이 실행되는데 여기에는 2가지 방식이 있다:

  • 정해진 주소값으로 무조건 점프 한다. 따라서 정해진 메모리 위치에 ISR 코드가 존재해야 한다.
  • 인터럽트 벡터 테이블에 주소값을 얻어서 점프한다. 따라서 인터럽트가 걸리기 전에 테이블이 완성되어 있어야 한다. RAM을 사용할 경우 ISR 주소값은 변경이 가능한 경우도 있다.

8비트 마이크로프로세서에서 인텔계열(8085,Z80)은 정해진 주소값으로 점프하는 방식을, 모토로라(6809)에서는 인터럽트 벡터 테이블 방식을 사용하였다.

보통 32비트 CPU(x86, 68000)는 인터럽트 벡터 테이블 방식을 사용한다. 정해진 메모리에 해당 벡터의 ISR 주소값을 저장하고 벡터값으로 부터 테이블의 위치를 얻고 다시 ISR 주소값을 읽어 점프한다. 보통 256개의 벡터값을 갖는다. 여기에는 예외처리도 포함한다.

ARM등의 RISC에서는 정해진 주소값으로 점프하는 방식을 사용한다. 특이한 것은 순수한 주소값이 아니라 해당위치에 B 명령어를 넣어 특정 ISR 위치로 점프한다. 렛츠 점프!

인터럽트 처리절차[편집]

인터럽트 원천인 하드웨어에서 또는 예외상황이 발생하거나 소프트웨어 인터럽트가 걸리면:

  1. 현재 진행 중인 기계어 코드를 완료한다.
  2. CPU의 특수레지스터 중, 인터럽트 마스크 비트를 보고 마스크 되면 인터럽트 무시 한다.
  3. 인터럽트 벡터를 읽고
  4. ISR 주소값을 얻는다.
  5. ISR로 점프 한다. 이때 PC(Program Counter, IP) 값은 자동 대피 저장된다.
  6. 현재 진행중인 프로그램의 레지스터를 대피한다.
  7. 해당 코드를 실행한다.
  8. 해당 일을 다 처리하면, 대피시킨 레지스터를 복원한다.
  9. ISR의 끝에 IRET 명령어에 의해 인터럽트가 해제 된다.
  10. IRET 명령어가 실행되면, 대피시킨 PC 값을 복원하여 이전 실행 위치로 복원한다.

보통 ISR로 들어가면서 CPU코어의 인터럽트 마스크 비트를 자동 설정하고 시작되기 때문에 다른 인터럽트 처리는 대기 상태로 되는 경우가 일반적이다. 따라서 ISR 내에서 다른 인터럽트를 처리하고 싶을 경우 이 마스트 비트를 해제 해야 한다.

핸들링[편집]

운영 체제는 레지스터프로그램 카운터를 보관함으로써 CPU의 상태를 보존한다. 인터럽트가 폴링, 벡터 인터럽트 중 어떤 형식인지 판단한다. 코드의 개별 부분들은 각 인터럽트 형식에 대해 어떤 동작을 취해야 할지 결정한다.

종류[편집]

  1. 슈퍼바이저 호출 인터럽트(Superviser Call Interrupt) : 사용자가 프로그램에서 SVC 명령을 호출 하였을 경우, I/O 수행, 기억 장치 할당등의 역할을 하는 인터럽트
  2. 입출력 인터럽트(I/O Interrupt) : 입출력의 종료나, 입출력의 오류에 의해 CPU의 기능이 요청되는 인터럽트
  3. 외부 인터럽트(External Interrupt) : 오퍼레이터나 타이머에 의해 의도적으로 프로그램이 중단되는 인터럽트
  4. 재시작 인터럽트(Restart Interrupt) : 오퍼레이터 및 다른 프로세스에 의해 재시작 명령이 도착했을 때 실행되는 인터럽트
  5. 프로그램 검사 인터럽트(Program Check Interrupt) : 프로그램 실행중 보호된 기억 공간 내에 접근하거나, 불법적인 명령수행과 같은 프로그램의 문제가 발생한 경우 호출되는 인터럽트
  6. 장치 검사 인터럽트 (Machine check interrupt) : 하드웨어 구조로 인해 발생된다.

같이 보기[편집]