5 初始化PIC（harib03d）

那好，現在欠債（指昨天沒講完的部分）也還清了，就繼續往后講吧。我們接著昨天繼續做鼠標指針的移動。為達到這個目的必須使用中斷，而要使用中斷，則必須將GDT和IDT正確無誤地初始化。

那就趕緊使用中斷吧……但是，還有一件該做的事沒做——還沒有初始化PIC。那么我們現在就來做。

所謂PIC是“programmable interrupt controller”的縮寫，意思是“可編程中斷控制器”。PIC與中斷的關系可是很密切的喲。它到底是什么呢？在設計上，CPU單獨只能處理一個中斷，這不夠用，所以IBM的大叔們在設計電腦時，就在主板上增設了幾個輔助芯片?，F如今它們已經被集成在一個芯片組里了。

PIC是將8個中斷信號集合成一個中斷信號的裝置。PIC監視著輸入管腳的8個中斷信號，只要有一個中斷信號進來，就將唯一的輸出管腳信號變成ON，并通知給CPU。IBM的大叔們想要通過增加PIC來處理更多的中斷信號，他們認為電腦會有8個以上的外部設備，所以就把中斷信號設計成了15個，并為此增設了2個PIC。

那它們的線路是如何連接的呢？如下頁圖所示。

與CPU直接相連的PIC稱為主PIC（master PIC），與主PIC相連的PIC稱為從PIC（slave PIC）。主PIC負責處理第0到第7號中斷信號，從PIC負責處理第8到第15號中斷信號。master意為主人，slave意為奴隸，筆者搞不清楚這兩個詞的由來，但現在結果是不論從PIC如何地拼命努力，如果主PIC不通知給CPU，從PIC的意思也就不能傳達給CPU?；蛟S是從這種關系上考慮，而把它們一個稱為主人，一個稱為奴隸。

另外，從PIC通過第2號IRQ與主PIC相連。主板上的配線就是這樣，無法用軟件來改變。

為什么是第2號IRQ呢？事實上筆者也搞不清楚。是不是因為第0號和第1號已經被占用了，而第2號現在還空著，所以就用它了呢。嗯……如果有人想進一步了解這個問題，請一定打電話問問IBM的大叔們。

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有人可能會納悶兒，怎么突然講起硬件來了？這是因為，如果不懂得這部分的硬件結構，就無法順利設定PIC。

int.c的主要組成部分

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

    io_out8(PIC0_ICW1, 0x11  ); /＊ 邊沿觸發模式（edge trigger mode）＊/
    io_out8(PIC0_ICW2, 0x20  ); /＊ IRQ0-7由INT20-27接收 ＊/
    io_out8(PIC0_ICW3, 1 << 2); /＊ PIC1由IRQ2連接 ＊/
    io_out8(PIC0_ICW4, 0x01  ); /＊ 無緩沖區模式 ＊/

    io_out8(PIC1_ICW1, 0x11  ); /＊ 邊沿觸發模式（edge trigger mode）＊/
    io_out8(PIC1_ICW2, 0x28  ); /＊ IRQ8-15由INT28-2f接收 ＊/
    io_out8(PIC1_ICW3, 2      ); /＊ PIC1由IRQ2連接 ＊/
    io_out8(PIC1_ICW4, 0x01  ); /＊ 無緩沖區模式 ＊/

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

    return;
}

以上是PIC的初始化程序。從CPU的角度來看，PIC是外部設備，CPU使用OUT指令進行操作。程序中的PIC0和PIC1，分別指主PIC和從PIC。PIC內部有很多寄存器，用端口號碼對彼此進行區別，以決定是寫入哪一個寄存器。

具體的端口號碼寫在bootpack.h里，請參考這個程序。但是，端口號相同的東西有很多，可能會讓人覺得混亂。不過筆者并沒有搞錯，寫的是正確的。因為PIC有些很細微的規則，比如寫入ICW1之后，緊跟著一定要寫入ICW2等，所以即使端口號相同，也能夠很好地區別開來。

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現在簡單介紹一下PIC的寄存器。首先，它們都是8位寄存器。IMR是“interrupt mask register”的縮寫，意思是“中斷屏蔽寄存器”。8位分別對應8路IRQ信號。如果某一位的值是1，則該位所對應的IRQ信號被屏蔽，PIC就忽視該路信號。這主要是因為，正在對中斷設定進行更改時，如果再接受別的中斷會引起混亂，為了防止這種情況的發生，就必須屏蔽中斷。還有，如果某個IRQ沒有連接任何設備的話，靜電干擾等也可能會引起反應，導致操作系統混亂，所以也要屏蔽掉這類干擾。

ICW是“initial control word”的縮寫，意為“初始化控制數據”。因為這里寫著word，所以我們會想，“是不是16位”？不過，只有在電腦的CPU里，word這個詞才是16位的意思，在別的設備上，有時指8位，有時也會指32位。PIC不是僅為電腦的CPU而設計的控制芯片，其他種類的CPU也能使用，所以這里word的意思也并不是我們覺得理所當然的16位。

ICW有4個，分別編號為1～4，共有4個字節的數據。ICW1和ICW4與PIC主板配線方式、中斷信號的電氣特性等有關，所以就不詳細說明了。電腦上設定的是上述程序所示的固定值，不會設定其他的值。如果故意改成別的什么值的話，早期的電腦說不定會燒斷保險絲，或者器件冒煙；最近的電腦，對這種設定起反應的電路本身被省略了，所以不會有任何反應。

ICW3是有關主—從連接的設定，對主PIC而言，第幾號IRQ與從PIC相連，是用8位來設定的。如果把這些位全部設為1，那么主PIC就能驅動8個從PIC（那樣的話，最大就可能有64個IRQ），但我們所用的電腦并不是這樣的，所以就設定成00000100。另外，對從PIC來說，該從PIC與主PIC的第幾號相連，用3位來設定。因為硬件上已經不可能更改了，如果軟件上設定不一致的話，只會發生錯誤，所以只能維持現有設定不變。

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因此不同的操作系統可以進行獨特設定的就只有ICW2了。這個ICW2，決定了IRQ以哪一號中斷通知CPU?！鞍?？怎么有這種事？剛才不是說中斷信號的管腳只有1根嗎？”嗯，話是那么說，但PIC還有個挺有意思的小竅門，利用它就可以由PIC來設定中斷號了。

大家可能會對此有興趣，所以再詳細介紹一下。中斷發生以后，如果CPU可以受理這個中斷，CPU就會命令PIC發送2個字節的數據。這2個字節是怎么傳送的呢？CPU與PIC用IN或OUT進行數據傳送時，有數據信號線連在一起。PIC就是利用這個信號線發送這2個字節數據的。送過來的數據是“0xcd 0x? ? ”這兩個字節。由于電路設計的原因，這兩個字節的數據在CPU看來，與從內存讀進來的程序是完全一樣的，所以CPU就把送過來的“0xcd 0x? ? ”作為機器語言執行。這恰恰就是把數據當作程序來執行的情況。這里的0xcd就是調用BIOS時使用的那個INT指令。我們在程序里寫的“INT 0x10”，最后就被編譯成了“0xcd 0x10”。所以，CPU上了PIC的當，按照PIC所希望的中斷號執行了INT指令。

這次是以INT 0x20～0x2f接收中斷信號IRQ0～15而設定的。這里大家可能又會有疑問了?！爸苯佑肐NT 0x00～0x0f就不行嗎？這樣與IRQ的號碼不就一樣了嗎？為什么非要加上0x20? ”不要著急，先等筆者說完再問嘛。是這樣的，INT 0x00～0x1f不能用于IRQ，僅此而已。

之所以不能用，是因為應用程序想要對操作系統干壞事的時候，CPU內部會自動產生INT 0x00～0x1f，如果IRQ與這些號碼重復了，CPU就分不清它到底是IRQ，還是CPU的系統保護通知。

這樣，我們就理解了這個程序，把它保存為int.c。今后要進行中斷處理的還有很多，所以我們就給它另起了一個名字。從bootpack.c的HariMain調用init_pic。

我們來運行一下“make run”。因為這只是內部設定，所以畫面上沒有什么變化，雖然覺得不過癮沒有特別大的成就感，但看起來可以正常運行。