无法用PIC屏蔽IRQ：x86_64保护模式内核中断异常求助

问题描述 #

我正在x86_64保护模式内核中配置键盘中断，已完成IDT加载、PIC重映射，键盘IRQ能正常工作，但持续触发INT8（疑似双故障）。尝试屏蔽定时器中断（IRQ0）及所有中断均无法解决问题。

相关代码 #

pic.h #

#pragma once
#define PIC1_COMMAND 0x20
#define PIC1_DATA    0x21
#define PIC2_COMMAND 0xA0
#define PIC2_DATA    0xA1

#define NEW_IRQ_0 0x20
#define NEW_IRQ_8 0x28

#define ICW1_INIT    0x10
#define ICW1_ICW4    0x01
#define ICW4_8086    0x01

void remap_pic()
{
    uint8_t pic1_mask, pic2_mask;

    pic1_mask = inb(PIC1_DATA);
    pic2_mask = inb(PIC2_DATA);

    outb(PIC1_COMMAND, ICW1_INIT | ICW1_ICW4);
    io_wait();
    outb(PIC2_COMMAND, ICW1_INIT | ICW1_ICW4);
    io_wait();
    outb(PIC1_DATA, NEW_IRQ_0);
    io_wait();
    outb(PIC2_DATA, NEW_IRQ_8);
    io_wait();
    outb(PIC1_DATA, 0x4);
    io_wait();
    outb(PIC2_DATA, 0x2);
    io_wait();
    outb(PIC1_DATA, ICW4_8086);
    io_wait();
    outb(PIC2_DATA, ICW4_8086);
    io_wait();

    outb(PIC1_DATA, pic1_mask);
    outb(PIC2_DATA, pic2_mask);
}

idt.c #

void idt_init() {
    for(uint64_t t = 0; t < 256; t++) {
        _idt[t].zero = 0;
        _idt[t].offset_low = (uint16_t)(((uint64_t)&isr1 & 0x000000000000ffff));
        _idt[t].offset_mid = (uint16_t)(((uint64_t)&isr1 & 0x00000000ffff0000) >> 16);
        _idt[t].offset_high = (uint32_t)(((uint64_t)&isr1 & 0xffffffff00000000) >> 32);
        _idt[t].ist = 0;
        _idt[t].selector = 0x08;
        _idt[t].types_attr = 0x8e;
    }
    remap_pic();
    outb(0x21, 0xfd);
    outb(0xa1, 0xff);
    load_idt();
}

extern void isr1_handler() {
    uint8_t scancode = inb(0x60);
    print_char(SCANCODE_LOOKUP_TABLE[scancode]);
    outb(0x20, 0x20);
    outb(0xa0, 0x20);
}

idt_asm.asm #

extern _idt
idtDescriptor:
    dw 4095
    dq _idt

    %macro PUSHALL 0
        push rax
        push rcx
        push rdx
        push r8
        push r9
        push r10
        push r11
    %endmacro

    %macro POPALL 0
        pop r11
        pop r10
        pop r9
        pop r8
        pop rdx
        pop rcx
        pop rax
    %endmacro

extern isr1_handler
isr1:
    PUSHALL
    call isr1_handler
    POPALL
    iretq
    global isr1

load_idt:
    lidt[idtDescriptor]
    sti
    ret
    global load_idt

问题根源 #

1. IDT全局错误映射：idt_init中循环将所有256个IDT条目都指向isr1，包括CPU异常（如INT8双故障、页错误等）的条目。isr1仅适配外部中断处理，无法处理CPU异常的栈帧要求——部分异常会自动向栈中压入错误码，isr1的PUSHALL/POPALL和iretq流程会导致栈不平衡，触发双故障。
2. 不必要的EOI发送：键盘中断属于主PIC（IRQ1），仅需向主PIC发送EOI指令，isr1_handler中同时向从PIC发送EOI会干扰PIC正常状态，可能引发额外中断异常。

解决步骤 #

1. 拆分IDT条目配置：

   • 为CPU异常（0~0x1F）编写专用处理例程，区分带错误码和不带错误码的异常：带错误码的异常需要在PUSHALL前弹出错误码（或在处理函数中处理），保证栈平衡。
   • 仅将键盘中断对应的IDT条目（重映射后IRQ1对应0x21）指向isr1，其他条目配置为默认异常处理例程。

   示例修正idt_init：

   void idt_init() {
       // 初始化所有条目为默认异常处理例程（需提前定义isr_default）
       for(uint64_t t = 0; t < 256; t++) {
           _idt[t].zero = 0;
           _idt[t].offset_low = (uint16_t)(((uint64_t)&isr_default & 0x000000000000ffff));
           _idt[t].offset_mid = (uint16_t)(((uint64_t)&isr_default & 0x00000000ffff0000) >> 16);
           _idt[t].offset_high = (uint32_t)(((uint64_t)&isr_default & 0xffffffff00000000) >> 32);
           _idt[t].ist = 0;
           _idt[t].selector = 0x08;
           _idt[t].types_attr = 0x8e;
       }
       // 单独配置键盘中断条目
       uint64_t irq1_idx = NEW_IRQ_0 + 1; // 0x21
       _idt[irq1_idx].offset_low = (uint16_t)(((uint64_t)&isr1 & 0x000000000000ffff));
       _idt[irq1_idx].offset_mid = (uint16_t)(((uint64_t)&isr1 & 0x00000000ffff0000) >> 16);
       _idt[irq1_idx].offset_high = (uint32_t)(((uint64_t)&isr1 & 0xffffffff00000000) >> 32);
       
       remap_pic();
       outb(0x21, 0xfd); // 仅开启IRQ1，屏蔽其他主PIC中断
       outb(0xa1, 0xff); // 屏蔽所有从PIC中断
       load_idt();
   }
   

2. 修正EOI发送逻辑：
   修改isr1_handler，仅向主PIC发送EOI：

   extern void isr1_handler() {
       uint8_t scancode = inb(0x60);
       print_char(SCANCODE_LOOKUP_TABLE[scancode]);
       outb(0x20, 0x20); // 仅主PIC发送EOI
   }
   

3. 实现默认异常处理例程：
   编写通用异常处理函数，用于处理未自定义的异常，避免因未处理的异常触发双故障。示例汇编实现：

   extern isr_default_handler
   isr_default:
       PUSHALL
       call isr_default_handler
       POPALL
       iretq
       global isr_default
   

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zpher