Приветствую. Сегодня поговорим обо всём понемногу. Введём в нашу наработку paging, разберёмся с прерываниями и их видами. Напишем несколько функций, добавим сие в код из предыдущего поста.

В топике даётся обзор в исторической перспективе механизмов, используемых для сопряжения внешних устройств с CPU архитектуры x86.

В предыдущей своей статье я затронула тему многопоточности. В ней речь шла о базовых понятиях: о типах многозадачности, планировщике, стратегиях планирования, машине состояний потока и прочем.

На этот раз я хочу подойти к вопросу планирования с другой стороны. А именно, теперь я постараюсь рассказать про планирование не потоков, а их “младших братьев”. Так как статья получилась довольно объемной, в последний момент я решила разбить ее на несколько частей:

1. Многозадачность в ядре Linux: прерывания и tasklet’ы
2. Многозадачность в ядре Linux: workqueue
3. Protothread и кооперативная многозадачность

В третьей части я также попробую сравнить все эти, на первый взгляд, разные сущности и извлечь какие-нибудь полезные идеи. А через некоторое время я расскажу про то, как нам удалось применить эти идеи на практике в проекте Embox, и про то, как мы запускали на маленькой платке нашу ОС с почти полноценной многозадачностью.

Рассказывать я постараюсь подробно, описывая основное API и иногда углубляясь в особенности реализации, особо заостряя внимание на задаче планирования.

Перевод первой части материала с github, обстоятельно объясняющего работу интернета: что именно происходит, когда пользователь набирает в адресной строке google.com?

Кнопка «ввод» возвращается в исходное положение

Для начала отсчёта выберем момент, когда кнопка «ввод» утоплена. В этот момент замыкается контур, отвечающий за эту кнопку. Небольшой ток проходит по логическим контурам клавиатуры. Они сканируют состояние всех переключателей, гасят паразитные электрические импульсы, и преобразовывают нажатие в код клавиши 13. Контроллер кодирует код для передачи в компьютер. Теперь это почти всегда делается через USB или Bluetooth, а раньше в процессе участвовали PS/2 или ADB.

Вступление.

В предыдущей статье мы с вами повторили общую структуру таймера и детально рассмотрели ручной способ настройки ШИМ канала с использованием CMSIS. Но многим не нравится «копаться в регистрах» и они предпочитают принципиально другой уровень абстракции, позволяющий, как им кажется, упростить задачу. В этой статье я попытаюсь показать вам все плюсы и минусы данного подхода.

Вступление

В двух предыдущих статьях мы генерировали при помощи ШИМ тактовый сигнал нужной нам частоты, получая на светодиоде равный промежутки свечения и его отсутствия. Данная задача имеет место быть на практике (в одной из последующих статей мы с ней точно столкнемся). Но чаще всего ШИМ используют по другому назначению. Одно из самых распространенных — управление яркостью светодиодов или скоростью вращения моторов. Так же при помощи ШИМ можно генерировать звук (о чем будет следующая статья). А в данной статье мне хотелось бы рассказать, как на нашем контроллере можно реализовать управление яркостью светодиода.

В предыдущей статье был представлен вариант реализации примитивов для асинхронной работы с шиной 1-wire для микроконтроллеров Atmel. Ну а сейчас вашему вниманию предлагается реализацию того же самого, но на более мощных микроконтроллерах семейства STM8L (для отладки использовалась обычная оценочная плата STM8L-Discovery с извлеченным LCD-дисплеем). С минимальными изменениями описываемая реализация может быть адаптирована и для семейства STM32.

Подразумевается, что мы будем писать прошивку под «голое железо». В противном случае применение protothreads смысла не имеет, т.к. мультизадачность должна обеспечиваться средствами ОС. Подразумевается также, что нам необходимо реализовать несколько более-менее сложных алгоритмов, связанных с операциями ввода-вывода. Ну и, как всегда в микроконтроллерах, очевидные требования по экономии RAM и энергопотребления.

В семействе STM8 заложена очень полезная возможность экономии энергии в случае, когда быстрые и критичные ко времени обработки выполняются по прерываниям, а низкоприоритетные задачи работают в фоновом режиме. Для этого используется бит AL в регистре GCR и машинная команда WFI. Однако здесь был обнаружен подводный камень, не описанный в текущей версии errata на кристалл.

В предыдущей части мы рассмотрели эволюцию доставки прерываний от устройств в x86 системах (PIC → APIC → MSI), общую теорию и все необходимые термины.

В этой практической части мы рассмотрим как откатиться к использованию устаревших методов доставки прерываний в Linux, а именно рассмотрим опции загрузки ядра:

• pci=nomsi
• noapic
• nolapic

Также мы посмотрим на порядок, в котором ОС смотрит таблицы роутинга прерываний (ACPI/MPtable/$PIR) и какое влияние на него окажет добавление опций загрузки:

• pci=noacpi
• acpi=noirq
• acpi=off

Возможно вы пробовали комбинации из всех этих опций, когда какое-либо устройство не работало из-за проблемы с прерываниями. Разберём, что именно они делают и как они меняют вывод /proc/interrupts.

Продолжаем рассматривать настройку прерываний от внешних устройств в системе x86.
В части 1 (Эволюция контроллеров прерываний) мы рассмотрели теоретические основы контроллеров прерываний и общие термины, в части 2 (Опции загрузки ядра Linux) посмотрели как на практике ОС осуществляет выбор между контроллерами. В этой части мы рассмотрим как BIOS настраивает роутинг IRQ на контроллеры прерываний в чипсете.

Никакие современные компании по разработке BIOS (AwardBIOS/AMIBIOS/Insyde) не раскрывают исходники своих программ. Но к счастью есть Coreboot — проект по замене проприетарного BIOS на свободное программное обеспечение. В его коде мы и посмотрим, как настраивается роутинг прерываний в чипсете.

This article is about the interrupt delivery process from external devices in the x86 system. It tries to answer questions such as:

• What is PIC and what is it for?
• What is APIC and what is it for? What is the purpose of LAPIC and I/O APIC?
• What are the differences between APIC, xAPIC, and x2APIC?
• What is MSI? What are the differences between MSI and MSI-X?
• What is the role of the $PIR, MPtable, and ACPI tables?

If you want to know the answer for one of these questions, or if you simply want to know about interrupt controller evolution, please, welcome.

In the last part we discussed evolution of the interrupt delivery process from the devices in the x86 system (PIC → APIC → MSI), general theory, and all the necessary terminology.

In this practical part we will look at how to roll back to the use of obsolete methods of interrupt delivery in Linux, and in particular we will look at Linux kernel boot options:

• pci=nomsi
• noapic
• nolapic

Also we will look at the order in which the OS looks for interrupt routing tables (ACPI/MPtable/$PIR) and what the impact is from the following boot options:

• pci=noacpi
• acpi=noirq
• acpi=off

You've probably used some combination of these options when one of the devices in your system hasn't worked correctly because of an interrupt problem. We'll go through these options and find out what they do and how they change the kernel '/proc/interrupts' interface output.

We continue to investigate external device interrupt routing setup in the x86 system.

In Part 1 (Interrupt controller evolution) we looked at the theory behind interrupt controllers and all the necessary terminology. In Part 2 (Linux kernel boot options) we looked at how in practice the OS chooses between different interrupt controllers. In this part we will investigate how the BIOS sets IRQ to the interrupt controllers routing in a chipset.

None of the modern BIOS developer companies (AwardBIOS/AMIBIOS/Insyde) open their source code. But luсkily there is coreboot — a project aimed at replacing proprietary BIOS with free firmware code. In its source code we'll see what is needed to setup the interrupt routing in a chipset.