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3.10 中断指令

命运之光

发布于 2024-09-13 05:16:00

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3.10 中断指令

在汇编语言中，中断机制是控制程序流程和处理异步事件的重要手段。有软中断指令 (INT n)和中断返回指令 (IRET)。

1. 软中断指令 (`INT n`)

定义与格式

指令格式：

INT n

- `n`：中断类型码，取值范围为 `0` 到 `0FFH`（即 0 到 255），总共有 256 种不同的中断类型。

功能与工作原理

中断矢量表：
- 中断类型码 n 对应于中断矢量表中的第 n 项。
- 每个中断类型码在中断矢量表中占用 4 个字节：
  - 前两个字节：存放中断服务程序（Interrupt Service Routine, ISR）的入口地址偏移量（Offset）。
  - 后两个字节：存放中断服务程序的段基址（Segment Address）。
执行过程：
1. 保存标志寄存器：
  - INT n 指令执行时，首先将当前的标志寄存器（Flags Register, FR）的内容压入堆栈，以保存当前的状态。
2. 清除特定标志位：
  - 清除中断标志位（Interrupt Flag, IF）和陷阱标志位（Trap Flag, TF），以防止嵌套中断或单步调试中断。
3. 保存程序断点：
  - 将当前程序计数器（即下一条指令的地址）的段基址和偏移地址压入堆栈，以便中断服务程序执行完毕后能够返回。
4. 跳转到中断服务程序：
  - 从中断矢量表中获取与中断类型码 n 对应的 4 个字节内容：
    - 偏移地址（Offset）：加载到指令指针寄存器（IP）中。
    - 段基址（Segment Address）：加载到代码段寄存器（CS）中。
  - 这样，CPU 会跳转到指定的中断服务程序执行。

示例

假设我们有一个中断类型码为 0x21（常用于DOS的中断服务），使用 INT 21H 来调用DOS功能：

MOV AH, 09H       ; DOS功能号 09H：显示字符串
MOV DX, OFFSET msg ; DS:DX 指向要显示的字符串
INT 21H           ; 调用DOS中断
...
msg DB 'Hello, World!$' ; DOS字符串以 '$' 结尾

解释：

这里，INT 21H 调用了DOS提供的功能，通过设置 AH 和 DX 寄存器来指定具体的操作（显示字符串）。

再看一个例子

section .text
    org 100h               ; 设置程序起始地址（一般用于COM程序）

start:
    ; 假设 AX 中已经有了要计算的数值
    int 7Ch                ; 调用自定义的中断 7Ch，计算 AX 中的数据的平方

    ; 示例计算：2 * 3456^2
    mov ax, 3456h          ; 初始化 AX = 3456h
    int 7Ch                ; 计算 3456h 的平方

    ; 结果存储在 DX:AX 中
    ; 此时 DX 中存放高16位，AX 中存放低16位
    add ax, ax             ; 结果乘以2，更新 AX
    adc dx, dx             ; 结果乘以2，更新 DX

    mov ax, 4C00h          ; 正常结束程序
    int 21h

; 中断例程 - 中断7Ch: 计算AX中数值的平方
isr_7ch:
    pusha                  ; 保存所有通用寄存器

    ; 计算 AX 的平方，并将结果存入 DX:AX 中
    mov dx, ax             ; 将 AX 复制到 DX 中
    mul dx                 ; AX * DX -> DX:AX，AX 中低16位，DX 中高16位

    popa                   ; 恢复所有通用寄存器
    iret                   ; 返回到调用程序

section .data

软中断指令 (INT n)有哪些，都能做什么？

在 x86 汇编语言中，软中断指令 INT n 用于生成一个软件中断，通过调用操作系统或BIOS提供的服务。软中断允许程序在运行时请求操作系统或BIOS执行某些功能，类似于调用系统函数。

软中断指令概述

语法: INT n
- n 是中断向量号，指定了中断处理程序的入口点。

常见的软中断指令及其功能

INT 10h: 视频服务中断
- 用途: 提供视频功能，包括显示模式设置、光标控制、字符显示等。
- 功能示例:
  - INT 10h 使得可以设置屏幕模式、显示光标、打印字符等。
  - AH = 0x02: 设置光标位置。
  - AH = 0x0E: 显示字符。
INT 13h: 磁盘服务中断
- 用途: 提供磁盘操作服务，如读取和写入磁盘扇区。
- 功能示例:
  - INT 13h 用于访问硬盘和软盘。
  - AH = 0x02: 读扇区。
  - AH = 0x03: 写扇区。
INT 14h: 串行端口服务中断
- 用途: 提供串行端口操作服务。
- 功能示例:
  - INT 14h 用于串行通信。
  - AH = 0x00: 初始化串行端口。
  - AH = 0x01: 发送字符。
INT 15h: 扩展服务中断
- 用途: 提供系统扩展服务，例如内存管理和电源管理。
- 功能示例:
  - INT 15h 用于获取系统内存信息和电源管理。
  - AH = 0xE820: 获取系统内存范围。
INT 16h: 键盘服务中断
- 用途: 提供键盘操作服务。
- 功能示例:
  - INT 16h 用于键盘输入。
  - AH = 0x00: 获取键盘按键。
  - AH = 0x01: 检测键盘按键是否被按下。
INT 21h: DOS 系统调用中断
- 用途: 提供大量的操作系统服务，如文件操作、内存分配、程序退出等。
- 功能示例:
  - INT 21h 提供多种 DOS 服务。
  - AH = 0x01: 读取字符。
  - AH = 0x09: 打印字符串。
  - AH = 0x4Ch: 退出程序。

示例代码

下面是一个使用 INT 21h 打印字符串的示例：

ORG 100h          ; 设定起始地址为 100h

MOV AH, 09h       ; 功能号：打印字符串
MOV DX, OFFSET MSG ; 设置字符串地址
INT 21h           ; 调用 DOS 中断

MOV AH, 4Ch       ; 功能号：退出程序
INT 21h           ; 调用 DOS 中断

MSG DB 'Hello, World!$', 0

当然，以下是将这段汇编代码整合到一起，并进行详细解释的内容：

ORG 100h          ; 设定起始地址为 100h

MOV AH, 09h       ; 功能号：打印字符串
MOV DX, OFFSET MSG ; 设置字符串地址
INT 21h           ; 调用 DOS 中断

MOV AH, 4Ch       ; 功能号：退出程序
INT 21h           ; 调用 DOS 中断

MSG DB 'Hello, World!$', 0

代码解释

ORG 100h
- 含义: 指定程序的起始地址为 100h。
- 作用: 在 DOS 执行的 .COM 文件中，代码通常从内存地址 100h 开始，因为前面 100h 字节的空间用于存储程序的 PSP（程序控制块）。这个伪指令告诉汇编器生成的机器代码从地址 100h 开始。
打印字符串部分

MOV AH, 09h       ; 功能号：打印字符串
MOV DX, OFFSET MSG ; 设置字符串地址
INT 21h           ; 调用 DOS 中断

- `MOV AH, 09h`: 将 09h 放入 AH 寄存器中。09h 是 DOS 中断 21h 的一个功能号，表示打印以 `$` 结束的字符串。
- `MOV DX, OFFSET MSG`: 将 `MSG` 标签的地址放入 DX 寄存器中。`<font style="color:#DF2A3F;">OFFSET MSG</font>` 计算 `<font style="color:#DF2A3F;">MSG</font>` 数据的<font style="color:#DF2A3F;">起始地址</font>。DX 寄存器现在包含了字符串的地址。
- `INT 21h`: 调用 DOS 中断 21h。由于 AH 寄存器中包含 09h，这次中断调用会打印 DX 寄存器中指定的字符串（即 `MSG`）。

退出程序部分

MOV AH, 4Ch       ; 功能号：退出程序
INT 21h           ; 调用 DOS 中断

- `MOV AH, 4Ch`: 将 4Ch 放入 AH 寄存器中。4Ch 是 DOS 中断 21h 的功能号，表示正常退出程序。
- `INT 21h`: 调用 DOS 中断 21h。由于 AH 寄存器中包含 4Ch，这次中断调用会结束程序的执行并返回到 DOS 命令行。

字符串数据定义

MSG DB 'Hello, World!$', 0

- `MSG DB 'Hello, World!$', 0`: 定义一个名为 `MSG` 的数据字节（DB），内容是字符串 `'Hello, World!'` 以 `$` 结束，`0` 作为字符串结束符。虽然 `$` 已经足够标识字符串的结束，`0` 是为了避免潜在的字符串结束问题（尤其是对其他功能）。

整体流程

程序开始:
- 从地址 100h 开始执行代码。
打印字符串:
- 设置 AH 寄存器为 09h，准备调用打印字符串的功能。
- 将字符串的地址放入 DX 寄存器。
- 调用 INT 21h，执行打印操作，将 “Hello, World!” 显示在屏幕上。
退出程序:
- 设置 AH 寄存器为 4Ch，准备调用退出程序的功能。
- 调用 INT 21h，正常退出程序，返回到 DOS 命令行。

这个程序展示了如何在 DOS 环境下使用汇编语言打印字符串并正常退出，适用于简单的 DOS .COM 文件编程。

总结

INT** 指令**: 通过调用软件中断，程序可以请求操作系统或 BIOS 执行特定任务。
INT** 指令的功能**: 包括视频服务、磁盘操作、串行通信、键盘输入、系统服务等。

通过不同的 INT n 指令和相关功能号，汇编语言程序可以访问底层硬件或操作系统提供的功能，执行各种系统级任务。

2. 中断返回指令 (`IRET`)

定义与格式

指令格式：

IRET

功能与工作原理

作用：**<font style="color:#DF2A3F;">IRET</font>** 指令用于从中断服务程序返回到被中断的主程序，恢复中断前的执行状态。
执行过程：
1. 恢复标志寄存器：
  - 从堆栈中弹出一个字（通常是 16 位），并将其加载到标志寄存器（FR）中，恢复中断前的标志状态。
2. 恢复代码段和指令指针：
  - 从堆栈中依次弹出两个字（各 16 位），将其加载到代码段寄存器（CS）和指令指针寄存器（IP）中，恢复中断前的程序计数器。
3. 继续执行：
  - 程序控制权返回到被中断的主程序，继续执行 CALL 或 INT 指令之后的下一条指令。
重要性：
- 必须性：在中断服务程序的最后，必须使用 IRET 指令来确保程序能够正确返回到中断前的位置。如果没有 IRET，程序将无法恢复到中断前的状态，导致程序执行混乱或崩溃。

示例

; 主程序
MAIN:
    ; 一些主程序代码
    INT 21H           ; 调用DOS中断
    ; 中断返回后继续执行
    ...

; 中断服务程序（假设自定义中断）
ISR:
    ; 中断服务程序的代码
    ...
    IRET             ; 返回到主程序

解释：

当 INT 指令被执行时，CPU 跳转到对应的中断服务程序（如 ISR）。
中断服务程序执行完毕后，通过 IRET 指令返回到主程序的 INT 指令之后的位置，继续执行主程序的后续代码。

再看一个例子

section .text
    org 100h               ; 设置程序起始地址（一般用于COM程序）

start:
    ; 假设 AX 中已经有了要计算的数值
    int 7Ch                ; 调用自定义的中断 7Ch，计算 AX 中的数据的平方

    ; 示例计算：2 * 3456^2
    mov ax, 3456h          ; 初始化 AX = 3456h
    int 7Ch                ; 计算 3456h 的平方

    ; 结果存储在 DX:AX 中
    ; 此时 DX 中存放高16位，AX 中存放低16位
    add ax, ax             ; 结果乘以2，更新 AX
    adc dx, dx             ; 结果乘以2，更新 DX

    mov ax, 4C00h          ; 正常结束程序
    int 21h

; 中断例程 - 中断7Ch: 计算AX中数值的平方
isr_7ch:
    pusha                  ; 保存所有通用寄存器

    ; 计算 AX 的平方，并将结果存入 DX:AX 中
    mov dx, ax             ; 将 AX 复制到 DX 中
    mul dx                 ; AX * DX -> DX:AX，AX 中低16位，DX 中高16位

    popa                   ; 恢复所有通用寄存器
    iret                   ; 返回到调用程序

section .data

总结

软中断指令 (INT n)：
- 用于调用中断服务程序，处理特定的服务或事件。
- 通过中断类型码 n 来选择具体的中断服务。
- 执行 INT 指令时，CPU 会保存当前状态并跳转到对应的中断服务程序。
中断返回指令 (IRET)：
- 用于从中断服务程序返回到被中断的主程序。
- 恢复中断前的程序状态，确保程序能够继续正常执行。
- 必须在中断服务程序的末尾使用，以确保程序流程的正确性。