1
07.kernel-idt/
2
├── boot/
3
│   ├── mbr.S              # 主引导记录
4
│   └── loader.S           # 加载器
5
├── kernel/
6
│   ├── include/
7
│   │   ├── types.h        # 基础类型
8
│   │   ├── vga.h          # VGA 驱动
9
│   │   ├── io.h           # 端口 I/O
10
│   │   ├── ports.h        # 硬件端口定义
11
│   │   ├── gdt.h          # GDT 定义
12
│   │   ├── interrupt.h    # 中断接口
13
│   │   └── timer.h        # 定时器接口
14
│   ├── interrupt/
15
│   │   ├── interrupt.c    # 中断处理实现
16
│   │   ├── interrupt.S    # 中断汇编存根
17
│   │   └── timer.c        # 定时器驱动
18
│   ├── mm/
19
│   │   ├── gdt.c          # GDT 初始化
20
│   │   └── gdt.S          # GDT 汇编
21
│   ├── lib/
22
│   │   └── string.c       # 字符串函数
23
│   ├── drivers/
24
│   │   └── vga.c          # VGA 驱动
25
│   ├── kernel.c           # 内核入口
26
│   └── link.ld            # 链接脚本
27
└── Makefile

1
void idt_init(void)
2
{
3
    // 初始化IDT指针
4
    idt_ptr.limit = sizeof(idt_entry_t) * IDT_ENTRIES - 1;
5
    idt_ptr.base = (uint32_t)&idt;
6

7
    // 清空IDT表
8
    for (int i = 0; i < IDT_ENTRIES; i++)
9
    {
10
        idt_set_gate(i, 0, 0, 0);
11
    }
12

13
    // 注册 CPU 异常处理程序（向量 0-31）
14
    SET_ISR(0);   // #DE 除零
15
    SET_ISR(13);  // #GP 通用保护
16
    SET_ISR(14);  // #PF 页错误
17
    // ... 其他异常
18

19
    // 注册硬件中断处理程序（向量 32-47）
20
    SET_IRQ(0);   // 定时器 (向量32)
21
    SET_IRQ(1);   // 键盘 (向量33)
22
    // ... 其他IRQ
23

24
    // 初始化PIC
25
    pic_init(PIC1_VECTOR_OFFSET, PIC2_VECTOR_OFFSET);
26

27
    // 加载IDT到CPU
28
    __asm__ volatile("lidt %0" : : "m"(idt_ptr));
29

30
    vga_printf("[IDT] Initialized with %d entries.\n", IDT_ENTRIES);
31
}

1
; 无错误码的CPU异常
2
%macro ISR_NOERR 1
3
global isr%1
4
isr%1:
5
    push dword 0              ; 错误码占位（因为CPU不会压入）
6
    push dword %1             ; 中断号
7
    jmp isr_common_stub
8
%endmacro
9

10
; 带错误码的CPU异常
11
%macro ISR_ERR 1
12
global isr%1
13
isr%1:
14
    push dword %1             ; 中断号（CPU已自动压入错误码）
15
    jmp isr_common_stub
16
%endmacro
17

18
; 通用ISR处理入口
19
isr_common_stub:
20
    pusha                     ; 保存所有通用寄存器
21
    push ds
22
    push es
23
    push fs
24
    push gs
25

26
    mov ax, KERNEL_DS         ; 加载内核数据段
27
    mov ds, ax
28
    mov es, ax
29
    mov fs, ax
30
    mov gs, ax
31

32
    push esp                  ; 传递栈指针（指向中断帧）
33
    call isr_handler          ; 调用C处理函数
34
    add esp, 4                ; 弹出参数
35

36
    pop gs
37
    pop fs
38
    pop es
39
    pop ds
40
    popa
41
    add esp, 8                ; 清除错误码和中断号
42
    iret                      ; 中断返回

1
void isr_handler(interrupt_frame_t *frame)
2
{
3
    // 设置中断上下文标志
4
    in_interrupt_context = TRUE;
5

6
    // 调用注册的处理程序（如果有）
7
    if (interrupt_handlers[frame->int_no] != 0)
8
    {
9
        interrupt_handler_t handler = interrupt_handlers[frame->int_no];
10
        handler(frame);
11
    }
12
    else
13
    {
14
        // 如果没有注册处理程序，打印异常信息
15
        if (frame->int_no < 32)
16
        {
17
            vga_printf("\nUnhandled Exception: %s (0x%x)\n",
18
                       exception_names[frame->int_no], frame->int_no);
19
            vga_printf("Error Code: 0x%x\n", frame->err_code);
20
            vga_printf("EIP: 0x%x, CS: 0x%x, EFLAGS: 0x%x\n",
21
                       frame->eip, frame->cs, frame->eflags);
22

23
            // 对于严重异常，停止系统
24
            if (frame->int_no == 8 || frame->int_no == 13 || frame->int_no == 14)
25
            {
26
                vga_printf("System halted due to critical exception.\n");
27
                __asm__ volatile("cli; hlt");
28
            }
29
        }
30
    }
31

32
    // 清除中断上下文标志
33
    in_interrupt_context = FALSE;
34
}

1
void pic_init(uint8_t offset_vector_master, uint8_t offset_vector_slave)
2
{
3
    // 保存当前中断屏蔽状态
4
    uint8_t mask1 = inb(PIC1_DATA);
5
    uint8_t mask2 = inb(PIC2_DATA);
6

7
    // ICW1: 开始初始化
8
    outb(PIC1_CMD, PIC_ICW1_INIT | PIC_ICW1_ICW4);
9
    io_wait();
10
    outb(PIC2_CMD, PIC_ICW1_INIT | PIC_ICW1_ICW4);
11
    io_wait();
12

13
    // ICW2: 设置中断向量偏移
14
    outb(PIC1_DATA, offset_vector_master);  // 主 PIC: 0x20
15
    outb(PIC2_DATA, offset_vector_slave);   // 从 PIC: 0x28
16

17
    // ICW3: 设置主从级联关系
18
    outb(PIC1_DATA, PIC_MASTER_ICW3_IRQ2);  // IRQ2 连接从 PIC
19
    outb(PIC2_DATA, PIC_SLAVE_ICW3_ID);     // 从 PIC ID = 2
20

21
    // ICW4: 设置8086模式
22
    outb(PIC1_DATA, PIC_ICW4_8086_MODE);
23
    outb(PIC2_DATA, PIC_ICW4_8086_MODE);
24

25
    // 恢复原有屏蔽位
26
    outb(PIC1_DATA, mask1);
27
    outb(PIC2_DATA, mask2);
28

29
    vga_printf("[PIC] Initialized: master offset=0x%x, slave offset=0x%x\n",
30
               offset_vector_master, offset_vector_slave);
31
}

1
void init_timer(uint32_t frequency)
2
{
3
    // 注册定时器中断处理程序
4
    register_interrupt_handler(IRQ0_INT_NUM, &timer_callback);
5

6
    // 计算分频值（加 frequency/2 进行四舍五入）
7
    if (frequency == 0)
8
        frequency = 1;
9
    uint32_t divisor = (CLOCK_TICK_RATE + frequency / 2) / frequency;
10

11
    // 发送命令字节
12
    outb(PIT_CMD, PIT_CHANNEL0 | PIT_MODE3 | PIT_ACCESS_BOTH | PIT_BCD);
13

14
    // 发送分频值（先低字节，后高字节）
15
    uint8_t l = (uint8_t)(divisor & 0xFF);
16
    uint8_t h = (uint8_t)((divisor >> 8) & 0xFF);
17
    outb(PIT_CH0, l);
18
    outb(PIT_CH0, h);
19
}
20

21
static void timer_callback(interrupt_frame_t *regs)
22
{
23
    tick++;
24
    vga_printf("tick=%d\n", tick);
25
}

1
cd 07.kernel-idt
2
make all      # 编译
3
make run      # 运行
4
make clean    # 清理

1
Started in 16-bit real mode (BIOS)
2
Now in 32-bit protected mode (direct video)
3
Now Enable Page
4
Hello, kernel world!
5
Value: 1234, Hex: 0x4d2, Char: A, String: VGA printf OK!
6
--- GDT Dump ---
7
GDT Base: 0x..., Limit: 0x...
8
[GDT] Initialized.
9
[IDT] Initialized with 256 entries.
10
[PIC] Initialized: master offset=0x20, slave offset=0x28
11
tick=1
12
tick=2
13
tick=3
14
...

1
// 测试除零异常
2
void test_divide_error() {
3
    int a = 10;
4
    int b = 0;
5
    int c = a / b;  // 这会触发 #DE 异常
6
}
7

8
// 测试页错误
9
void test_page_fault() {
10
    int *ptr = (int *)0x10000000;  // 未映射的地址
11
    *ptr = 42;  // 这会触发 #PF 异常
12
}