2.2.3 IDT

在Protected Mode下，你需要建立一张IDT(Interrupt Descriptor Table)以响应Interrupts/Exceptions。

IDT是一个由Gate Descriptors组成的Array。每一个Gate Descriptor由8个字节组成。每一个Gate Descriptor对应一个Interrupt/Exceptions Vector。由于最多可能存在256个Vectors，所以你完全没有必要创建包含多于256个Gate Descriptor的IDT（当然你那么做不会引起错误，但却造成了浪费）。但你可以创建少于256个Gate Descriptor的IDT，如果你根本不需要用到那么多的话。但一旦你创建了一个IDT，但IDT中的某些Gate Descriptor你没有用到的话，你必须将其present flag清除，否则会造成异常或错误。

IDT可以放在RAM的任何位置，但你必须将它的起始位置的线形地址（base,32-bit），以及它的大小（limit, 16-bit）放到寄存器IDTR中。这样，CPU才能够通过IDTR知道IDT究竟放在哪儿。

当我们设置IDT的位置时，我们最好能将其起始位置按照8对齐，这样可以让CPU对IDT的存取性能最高。

IDTR寄存器长度为48 bits，包括32-bit base address和16-bit limit。

使用LIDT和SIDT指令可以操作IDTR寄存器。LIDT(Load IDTR Register)可以将IDTR寄存器的Base address和Limit装入IDTR寄存器，这个指令只能在CPL(Current Privilege Level )为0，也就是说当前Privilege Level必须为特权等级的情况下被执行。SIDT(Store IDTR Register)可以将IDTR寄存器的内容读出并存储到某个RAM位置，这个指令可以在任何Privilege Level下被执行。

如果一个程序引用的Vector Number超过了IDTR中设置的IDT Limit，一个General-protection Exception会被触发。

我们可以用下列C++代码来实现这两个指令：

typedef unsigned long addr_t;

typedef unsigned long slimit_t;

inline void lidt(addr_t __base, slimit_t __limit)

{
   unsigned long __tmp[2];

   __tmp[0] = __limit << 16;
   __tmp[1] = (unsigned int)__base;
   __asm__ ("lidt (%0)": :"p" (((char *) __tmp)+2));

}

inline void sidt(addr_t& __base, slimit_t& __limit)

{
    unsigned long __tmp[2];
   

           __asm__ ("sidt (%0)": :"p" (((char *) __tmp)+2));

           memcpy((void*)&__base, (void*)&__tmp[1], 4);

           memcpy((void*)&__limit, (void*)(((char*) __tmp)+2), 2);

}

 2.2.4 IDT Descriptors

在IDT中，可以包含如下3种类型的Descriptor：

• Task-gate descriptor
• Interrupt-gate descriptor
• Trap-gate descriptor

Interrupts/Exceptions应该使用Interrupt Gate和Trap Gate，它们之间的唯一区别就是：当调用Interrupt Gate时，Interrupt会被CPU自动禁止；而调用Trap Gate时，CPU则不会去禁止或打开中断，而是保留它原来的样子。

Task Gate一种通过硬件实现任务切换，将ISR作为一个Task的方法，我们在处理Interrupts/Excetpions的时候，通常不会用到这种方法。

由于Gate Descriptor是由2个32-bit字长的部分组成，我们可以定义：

struct descriptor_s{

        unsigned long low_dw;

        unsigned long high_dw;

};

由于IDT最多会有256个实体，所以我们可以定义：

const int  MAX_INTR_DESC_ENTITY = 256;

descriptor_s idt[MAX_INTR_DESC_ENTITY];

设置Interrupt Gate Descriptor和Trap Gate Descriptor，我们可以通过下面的C++代码实现：

typedef unsigned long addr_t;

typedef unsigned short selector_t;

inline void set_gate(descriptor_s& __gate_addr,  \

                              unsigned int __type, \

                              unsigned int __dpl, \

                              addr_t __addr, \

                              selector_t __sel)

{

         __gate_addr.low_dw = (__sel << 16) | (__addr&0xffff);

         __gate_addr.high_dw = (__addr&0xffff0000) | 0x8000 | (__dpl << 13) | (__type << 8 );

}

如果想更加高效，可以使用汇编：

inline void set_gate(descriptor_s& __gate_addr, \

                              unsigned int __type, \

                              unsigned int __dpl, \

                              addr_t __addr, \

                              selector_t __sel)

{

         __asm__ __volatile__ ("movw %%dx,%%ax\n\t" 
         "movw %2,%%dx\n\t" 
         "movl %%eax,%0\n\t" 
         "movl %%edx,%1" 
         :"=m" (*((long *) (__gate_addr))), 
          "=m" (*(1+(long *) (__gate_addr))) 
         :"i" ((short) (0x8000+(__dpl<<13)+(__type<<8))), 
          "d" ((char *) (__addr)),"a" (__sel << 16) 
         :"ax","dx");

}

下面的C++代码实现了设置Interrupt Gate和Trap Gate的3个Function。函数set_intr_gate/set_trap_gate只能被在CPL=0时调用，对于一个OS来说，只能被内核所引起的中断调用。对于只使用特权等级为0和3的OS来说，set_system_gate既可以被OS Kernel调用，又可以被Application调用。

const unsigned int INTR_GATE_TYPE = 0x0e;

const unsigned int TRAP_GATE_TYPE = 0x0f;

inline void set_intr_gate(unsigned int __n, addr_t __addr, selector_t __sel)

{
 set_gate(idt[__n], INTR_GATE_TYPE, 0, __addr, __sel);

}

inline void set_trap_gate(unsigned int __n, addr_t __addr, selector_t __sel)

{
 set_gate(idt[__n], TRAP_GATE_TYPE, 0, __addr, __sel);

}

inline void set_system_gate(unsigned int __n, addr_t __addr, selector_t __sel)

{
 set_gate(idt[__n], TRAP_GATE_TYPE, 3, __addr, __sel);

}