割り込みルーチンの進行を示す図

コンピュータにおいて、割り込み要求（IRQ）はプロセッサに送信されるハードウェア信号であり、実行中のプログラムを一時的に停止し、代わりに特別なプログラム（割り込みハンドラ）を実行できるようにします。ハードウェア割り込みは、モデムやネットワークカードからのデータ受信、キーの押下、マウスの動き などのイベントを処理するために使用されます。

割り込みラインは、多くの場合、 IRQの後に番号が続く形式のインデックスで識別されます。たとえば、Intel 8259ファミリのプログラマブル割り込みコントローラ(PIC) には、一般にIRQ0からIRQ7と呼ばれる 8 つの割り込み入力があります。これらのPIC を2 つ使用するx86ベースのコンピュータシステムでは、結合されたラインのセットはIRQ0からIRQ15と呼ばれます。技術的には、これらのラインはIR0からIR7と命名され、歴史的にこれらのラインが接続されていたISAバス上のラインはIRQ0からIRQ15と命名されています(ただし歴史的には、ハードウェアデバイスの数が増加するにつれて、IRQ 番号の 1 つを 1 つ以上の後続のコントローラによって処理される別の IRQ セットにカスケードすることによって、割り込みの合計可能数が増加しました)。

新しいx86システムには、 Intel APICアーキテクチャに準拠したAdvanced Programmable Interrupt Controller（APIC）が統合されています。各Local APICは通常最大255本のIRQラインをサポートし、各I/O APICは通常最大24本のIRQラインをサポートします。[1]

パーソナルコンピューティングの黎明期には、IRQ管理はユーザーの懸念事項でした。プラグアンドプレイデバイスの導入により、自動設定によってこの問題は軽減されました。[2]

概要

パーソナルコンピュータのハードウェアを操作する際、デバイスの取り付けや取り外しを行う際、システムは割り込み要求に依存します。システムBIOSにはデフォルト設定があり、オペレーティングシステムによって認識されます。これらのデフォルト設定は、上級ユーザーであれば変更できます。最新のプラグアンドプレイ技術は、これらの設定を気にする必要がなくなっただけでなく、手動による設定も事実上不要になりました。

x86 IRQ

Intel 8086/8088プロセッサを搭載した初期のPCにはPICが1つしか搭載されておらず、割り込みは8つに制限されていました。286ベースのPCの登場により、PICは2つに拡張されました。

通常、 Intel 8259 PICを使用するシステムでは、16個のIRQが使用されます。IRQ 0～7は1個のIntel 8259 PICによって管理され、IRQ 8～15は2個目のIntel 8259 PICによって管理されます。1個目のPIC（マスター）はCPUに直接信号を送る唯一のPICです。2個目のPIC（スレーブ）はIRQ 2ラインを介してマスターに信号を送り、マスターはその信号をCPUに渡します。したがって、ハードウェアで使用できる割り込み要求ラインは15本のみです。

IOAPIC搭載のAPICシステムでは、通常24個のIRQが利用可能で、残りの8個のIRQはPCI割り込みのルーティングに使用され、動的に設定されたPCI割り込みと静的に設定されたISA割り込みの競合を回避します。初期のAPICシステムでは、16個のIRQしかなかったり、Intel 8259割り込みコントローラしか搭載されていなかったため、PCI割り込みラインはBIOSに統合されたPIR（PCI割り込みルーティング）テーブルを使用して16個のIRQにルーティングされていました。Windows 95 OSR2などのオペレーティングシステムでは、 PCI IRQステアリングの処理にPIRテーブルが使用される場合があります。[3] [4]その後、PIRテーブルはACPI _PRT（PCIルーティングテーブル）プロトコルに置き換えられました。MSI搭載のAPICシステムでは、通常224個の割り込みが利用可能です。[5]

Windowsでこの情報を確認する最も簡単な方法は、デバイスマネージャーまたはシステム情報（msinfo32.exe）を使用することです。Linuxではcat /proc/interrupts、ユーティリティを実行するか使用することでIRQマッピングを確認できますprocinfo。

マスターPIC

スレーブPIC

紛争

初期のIBM互換パーソナルコンピュータでは、IRQ競合はかつてよく見られたハードウェアエラーでした。これは、2つのデバイスが同じ割り込み要求（IRQ）を使用してプログラマブル割り込みコントローラ（PIC）に割り込み信号を送信しようとしたときに発生するものでした。PICは1つのラインにつき1つのデバイスからの割り込み要求のみを想定しているため、複数のデバイスが同じラインでIRQ信号を送信すると、通常、IRQ競合が発生し、コンピュータがフリーズする可能性があります。

例えば、モデム 拡張カードがシステムに追加され、伝統的にシリアルポート1 に割り当てられている IRQ4 に割り当てられた場合、IRQ の競合が発生する可能性があります。 当初、サウンドカード の使用には IRQ 7 が一般的な選択肢でしたが、後に IRQ 7 がプリンターポート( LPT1 ) に干渉することが判明したため、IRQ 5 が使用されるようになりました。シリアルポートは、 IRQ ラインを他のデバイスに解放するために頻繁に無効にされます。 IRQ 2/9 は MPU-401 MIDI ポートの伝統的な割り込みラインですが、これはACPIシステム制御割り込みと競合します (Intel チップセットでは SCI は IRQ9 にハードワイヤードされています)。[6]つまり、IRQ 2/9 がハードワイヤードされた ISA MPU-401カード、および IRQ 2/9 がハードコードされた MPU-401 デバイスドライバーは、ACPI が有効なシステムでは割り込み駆動モードで使用できません。

状況によっては、2つのISAデバイスが同時に使用されない限り、同じIRQを共有できる場合があります。この問題を解決するために、PCIバスではIRQの共有が可能になりました。PCI Expressには物理的な割り込みラインがなく、利用可能な場合はメッセージシグナル割り込み（MSI）をオペレーティングシステムに提供します。

参照

参考文献

  1. ^ 「IOAPIC - OSDev Wiki」. wiki.osdev.org . 2024年11月7日閲覧。
  2. ^ "IRQ" . 2019年9月13日閲覧。
  3. ^ 「1.3.1.2. PCI バス IRQ ステアリング - PC Hardware in a Nutshell、第 3 版 [書籍]」。
  4. ^ 「プラグアンドプレイHOWTO: PCI割り込み」。
  5. ^ Coleman, James (2009). 「結果、ワークステーションクラスプラットフォーム」 メッセージシグナル割り込みの使用による割り込みレイテンシの削減(PDF)インテルコーポレーション. p. 19.
  6. ^ ab Oshins, Jake (2001年12月30日). 「RE: ACPIマシンとIRQ 9 [旧: NT開発者とのやり取り]」 . 2014年4月17日閲覧。

さらに読む

  • ギルウェ、フランク・ヴァン著『The Undocumented PC』第2版、Addison-Wesley Developers Press、1997年。ISBN 0-201-47950-8
  • トム・シャンリー、ドン・アンダーソン (1995). ジョン・スウィンドル (編). ISA システムアーキテクチャ (第3版). Mindshare, Inc. / Addison-Wesley Publishing Company . ISBN 0-201-40996-8. ISBN 978-0-201-40996-3。[1]
  • ソラリ、エドワード。PCI & PCI-X ハードウェアおよびソフトウェアアーキテクチャと設計、第6版、Research Tech Inc.、2004年。ISBN 0-9760865-0-6
  • Intel 64 および IA-32 アーキテクチャ ソフトウェア開発者マニュアル、第 3A 巻: システム プログラミング ガイド、パート 1、第 6 章 – Intel 64 および IA-32 の割り込み処理に関する詳細情報
  • ラルフ・ブラウンの割り込みリスト