30天自制操作系统
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5 初始化PIC（harib03d）

那好，现在欠债（指昨天没讲完的部分）也还清了，就继续往后讲吧。我们接着昨天继续做鼠标指针的移动。为达到这个目的必须使用中断，而要使用中断，则必须将GDT和IDT正确无误地初始化。

那就赶紧使用中断吧……但是，还有一件该做的事没做——还没有初始化PIC。那么我们现在就来做。

所谓PIC是“programmable interrupt controller”的缩写，意思是“可编程中断控制器”。PIC与中断的关系可是很密切的哟。它到底是什么呢？在设计上，CPU单独只能处理一个中断，这不够用，所以IBM的大叔们在设计电脑时，就在主板上增设了几个辅助芯片。现如今它们已经被集成在一个芯片组里了。

PIC是将8个中断信号英文是interrupt request，缩写为IRQ。集合成一个中断信号的装置。PIC监视着输入管脚的8个中断信号，只要有一个中断信号进来，就将唯一的输出管脚信号变成ON，并通知给CPU。IBM的大叔们想要通过增加PIC来处理更多的中断信号，他们认为电脑会有8个以上的外部设备，所以就把中断信号设计成了15个，并为此增设了2个PIC。

那它们的线路是如何连接的呢？如下页图所示。

与CPU直接相连的PIC称为主PIC（master PIC），与主PIC相连的PIC称为从PIC（slave PIC）。主PIC负责处理第0到第7号中断信号，从PIC负责处理第8到第15号中断信号。master意为主人，slave意为奴隶，笔者搞不清楚这两个词的由来，但现在结果是不论从PIC如何地拼命努力，如果主PIC不通知给CPU，从PIC的意思也就不能传达给CPU。或许是从这种关系上考虑，而把它们一个称为主人，一个称为奴隶。

另外，从PIC通过第2号IRQ与主PIC相连。主板上的配线就是这样，无法用软件来改变。

为什么是第2号IRQ呢？事实上笔者也搞不清楚。是不是因为第0号和第1号已经被占用了，而第2号现在还空着，所以就用它了呢。嗯……如果有人想进一步了解这个问题，请一定打电话问问IBM的大叔们。

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有人可能会纳闷儿，怎么突然讲起硬件来了？这是因为，如果不懂得这部分的硬件结构，就无法顺利设定PIC。

int.c的主要组成部分

void init_pic(void)
/＊ PIC的初始化 ＊/
{
    io_out8(PIC0_IMR,  0xff  ); /＊ 禁止所有中断 ＊/
    io_out8(PIC1_IMR,  0xff  ); /＊ 禁止所有中断 ＊/

    io_out8(PIC0_ICW1, 0x11  ); /＊ 边沿触发模式（edge trigger mode）＊/
    io_out8(PIC0_ICW2, 0x20  ); /＊ IRQ0-7由INT20-27接收 ＊/
    io_out8(PIC0_ICW3, 1 << 2); /＊ PIC1由IRQ2连接 ＊/
    io_out8(PIC0_ICW4, 0x01  ); /＊ 无缓冲区模式 ＊/

    io_out8(PIC1_ICW1, 0x11  ); /＊ 边沿触发模式（edge trigger mode）＊/
    io_out8(PIC1_ICW2, 0x28  ); /＊ IRQ8-15由INT28-2f接收 ＊/
    io_out8(PIC1_ICW3, 2      ); /＊ PIC1由IRQ2连接 ＊/
    io_out8(PIC1_ICW4, 0x01  ); /＊ 无缓冲区模式 ＊/

    io_out8(PIC0_IMR,  0xfb  ); /＊ 11111011 PIC1以外全部禁止 ＊/
    io_out8(PIC1_IMR,  0xff  ); /＊ 11111111 禁止所有中断 ＊/

    return;
}

以上是PIC的初始化程序。从CPU的角度来看，PIC是外部设备，CPU使用OUT指令进行操作。程序中的PIC0和PIC1，分别指主PIC和从PIC。PIC内部有很多寄存器，用端口号码对彼此进行区别，以决定是写入哪一个寄存器。

具体的端口号码写在bootpack.h里，请参考这个程序。但是，端口号相同的东西有很多，可能会让人觉得混乱。不过笔者并没有搞错，写的是正确的。因为PIC有些很细微的规则，比如写入ICW1之后，紧跟着一定要写入ICW2等，所以即使端口号相同，也能够很好地区别开来。

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现在简单介绍一下PIC的寄存器。首先，它们都是8位寄存器。IMR是“interrupt mask register”的缩写，意思是“中断屏蔽寄存器”。8位分别对应8路IRQ信号。如果某一位的值是1，则该位所对应的IRQ信号被屏蔽，PIC就忽视该路信号。这主要是因为，正在对中断设定进行更改时，如果再接受别的中断会引起混乱，为了防止这种情况的发生，就必须屏蔽中断。还有，如果某个IRQ没有连接任何设备的话，静电干扰等也可能会引起反应，导致操作系统混乱，所以也要屏蔽掉这类干扰。

ICW是“initial control word”的缩写，意为“初始化控制数据”。因为这里写着word，所以我们会想，“是不是16位”？不过，只有在电脑的CPU里，word这个词才是16位的意思，在别的设备上，有时指8位，有时也会指32位。PIC不是仅为电脑的CPU而设计的控制芯片，其他种类的CPU也能使用，所以这里word的意思也并不是我们觉得理所当然的16位。

ICW有4个，分别编号为1～4，共有4个字节的数据。ICW1和ICW4与PIC主板配线方式、中断信号的电气特性等有关，所以就不详细说明了。电脑上设定的是上述程序所示的固定值，不会设定其他的值。如果故意改成别的什么值的话，早期的电脑说不定会烧断保险丝，或者器件冒烟电路上，+5V与GND（地）短路时，就会发生保险丝熔断、器件冒烟的现象。这可不是吓唬你，而是真的会发生。；最近的电脑，对这种设定起反应的电路本身被省略了，所以不会有任何反应。

ICW3是有关主—从连接的设定，对主PIC而言，第几号IRQ与从PIC相连，是用8位来设定的。如果把这些位全部设为1，那么主PIC就能驱动8个从PIC（那样的话，最大就可能有64个IRQ），但我们所用的电脑并不是这样的，所以就设定成00000100。另外，对从PIC来说，该从PIC与主PIC的第几号相连，用3位来设定。因为硬件上已经不可能更改了，如果软件上设定不一致的话，只会发生错误，所以只能维持现有设定不变。

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因此不同的操作系统可以进行独特设定的就只有ICW2了。这个ICW2，决定了IRQ以哪一号中断通知CPU。“哎？怎么有这种事？刚才不是说中断信号的管脚只有1根吗？”嗯，话是那么说，但PIC还有个挺有意思的小窍门，利用它就可以由PIC来设定中断号了。

大家可能会对此有兴趣，所以再详细介绍一下。中断发生以后，如果CPU可以受理这个中断，CPU就会命令PIC发送2个字节的数据。这2个字节是怎么传送的呢？CPU与PIC用IN或OUT进行数据传送时，有数据信号线连在一起。PIC就是利用这个信号线发送这2个字节数据的。送过来的数据是“0xcd 0x? ? ”这两个字节。由于电路设计的原因，这两个字节的数据在CPU看来，与从内存读进来的程序是完全一样的，所以CPU就把送过来的“0xcd 0x? ? ”作为机器语言执行。这恰恰就是把数据当作程序来执行的情况。这里的0xcd就是调用BIOS时使用的那个INT指令。我们在程序里写的“INT 0x10”，最后就被编译成了“0xcd 0x10”。所以，CPU上了PIC的当，按照PIC所希望的中断号执行了INT指令。

这次是以INT 0x20～0x2f接收中断信号IRQ0～15而设定的。这里大家可能又会有疑问了。“直接用INT 0x00～0x0f就不行吗？这样与IRQ的号码不就一样了吗？为什么非要加上0x20? ”不要着急，先等笔者说完再问嘛。是这样的，INT 0x00～0x1f不能用于IRQ，仅此而已。

之所以不能用，是因为应用程序想要对操作系统干坏事的时候，CPU内部会自动产生INT 0x00～0x1f，如果IRQ与这些号码重复了，CPU就分不清它到底是IRQ，还是CPU的系统保护通知。

这样，我们就理解了这个程序，把它保存为int.c。今后要进行中断处理的还有很多，所以我们就给它另起了一个名字。从bootpack.c的HariMain调用init_pic。

我们来运行一下“make run”。因为这只是内部设定，所以画面上没有什么变化，虽然觉得不过瘾没有特别大的成就感，但看起来可以正常运行。

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