中断

中断和中断处理程序
- 中断的硬件实现
- CPU中断处理流程图
- GameBoy 中的中断
实现：中断标志
实现：中断处理
下一次：更大的游戏

在上一部分中，通过引入精灵，为模拟游戏奠定了基础。但是，仿真器缺少一个方面：垂直消隐中断。这部分会从整体上介绍中断，特别是实现消隐中断；完成此操作后，模拟器将运行俄罗斯方块。

想象一下，您有一台带有网卡的计算机，以及一些处理来自网络的数据的软件。从计算机的角度来看，数据只是每隔一段时间就会进来，因此您需要某种方式让软件知道新数据已经到达。有两种方法可以实现：

轮询：软件每隔一段时间询问网卡是否有新数据到达。这是一种简单的做事方式，但有缺点：

软件在定期检查之前不知道新数据，这意味着数据到达计算机与软件处理之间存在延迟；
必须定期抽出时间进行检查，即使没有数据到达，也要从其他工作中抽出时间；
如果轮询进程每次检查都处理一个新数据，但数据到达速度更快，则网卡中会产生数据积压，并且有可能丢失某些数据；
如果没有其他工作要做，软件仍然要检查数据，这使计算机保持全速运行而无需做任何工作。

中断：网卡通知软件有新数据到达。这是一种更复杂的数据接收方式，涉及的步骤更多，但它减轻了轮询的所有缺点：

新数据一到就可以处理，到达和处理数据之间没有延迟；
当确实有数据要处理时，软件只需要花时间处理数据，并且可以根据需要随时调用处理例程以清除任何积压；
如果没有其他工作要做，计算机可以进入低功耗模式，直到网卡唤醒它以获取新数据。

中断和中断处理程序

中断的硬件实现

很明显，中断的概念是一个有用的概念，但是中断的工作同时有硬件和软件要求。在硬件方面，当中断到达时，CPU 必须暂时停止执行它正在执行的操作，而是开始执行中断处理程序（有时称为中断服务程序）。在上述场景中，网卡和 CPU 之间运行了一条线，允许网卡在数据到达时通知 CPU。

CPU中断处理流程图

CPU 将在每条指令结束时检查其中断输入。如果某个附加的外围设备（如网卡）发出了中断信号，则 CPU 将采取步骤启动中断处理程序：CPU 将保存它停止正常执行的位置，注册中断发生的事实，以及跳转到处理程序。

GameBoy 中的中断

在 GameBoy 中，有五种不同的中断线，从各种外设馈入。每个都有自己的 ISR，位于内存中的不同地址；中断列表如下。

打断	ISR 地址（十六进制）
垂直空白	`0040`
LCD 状态触发	`0048`
定时器溢出	`0050`
串行链接	`0058`
手柄按键	`0060`

在垂直空白的情况下，在LCD底部穿入一根电线；一旦 GPU 完成对所有 LCD 线的扫描并运行到屏幕底部，中断就会触发并且 CPU 跳转到0040，执行消隐 ISR。

实现：中断标志

大多数 CPU 包含用于中断的“主标志”：如果启用此标志，它们将仅由 CPU 处理。GameBoy 中的 Z80 也不例外，但还有一些额外的寄存器可以处理 GameBoy 中可用的各个中断。这些是内存寄存器，因此它们由内存管理单元处理：

MMU 中的中断标志

登记地点笔记细节

中断
使能

FFFF

当位被设置时，可以触发
相应的
中断

少量	当 0	当 1
0	空白关闭	空白
1	液晶显示器关闭	液晶显示
2	定时器关闭	打开定时器
3	串行关闭	连续上
4	手柄关闭	手柄开启

中断
标志 FF0F 当位被设置时，发生
了中断位的
顺序与FFFF

由于这些是内存寄存器，因此它们的实现是针对 MMU 的：

MMU.js：中断标志

MMU = {_ie: 0,_if: 0,rb: function(addr){switch(addr & 0xF000){...case 0xF000:switch(addr & 0x0F00){...// Zero-pagecase 0xF00:if(addr == 0xFFFF){return MMU._ie;}else if(addr >= 0xFF80){return MMU._zram[addr & 0x7F];}else{// I/O control handlingswitch(addr & 0x00F0){case 0x00:if(addr == 0xFF0F) return MMU._if;break;...}return 0;}}}},...
};

Z80 的“主启用”开关以类似的方式用于 Z80 实现。CPU 为软件提供操作码以将主使能切换到开或关位置，因此还需要实现这些：

Z80.js：中断主使能

Z80 = {_r: {ime: 0,...},reset: function(){...Z80._r.ime = 1;},// Disable IMEDI: function(){Z80._r.ime = 0;Z80._r.m = 1;Z80._r.t = 4;},// Enable IMEEI: function(){Z80._r.ime = 1;Z80._r.m = 1;Z80._r.t = 4;}
};

实现：中断处理

中断标志就位后，可以重新开发主执行循环，使其更符合 CPU中断处理流程图 中的执行路径。执行后，需要检查中断标志以查看是否发生了启用的中断；如果有，则可以调用其处理程序。

Z80.js：Vblank 中断处理程序

Z80 = {_ops: {...// Start vblank handler (0040h)RST40: function(){// Disable further interruptsZ80._r.ime = 0;// Save current SP on the stackZ80._r.sp -= 2;MMU.ww(Z80._r.sp, Z80._r.pc);// Jump to handlerZ80._r.pc = 0x0040;Z80._r.m = 3;Z80._r.t = 12;},// Return from interrupt (called by handler)RETI: function(){// Restore interruptsZ80._r.ime = 1;// Jump to the address on the stackZ80._r.pc = MMU.rw(Z80._r.sp);Z80._r.sp += 2;Z80._r.m = 3;Z80._r.t = 12;}}
};while(true)
{// Run execute for this instructionvar op = MMU.rc(Z80._r.pc++);Z80._map[op]();Z80._r.pc &= 65535;Z80._clock.m += Z80._r.m;Z80._clock.t += Z80._r.t;Z80._r.m = 0;Z80._r.t = 0;// If IME is on, and some interrupts are enabled in IE, and// an interrupt flag is set, handle the interruptif(Z80._r.ime && MMU._ie && MMU._if){// Mask off ints that aren't enabledvar ifired = MMU._ie & MMU._if;if(ifired & 0x01){MMU._if &= (255 - 0x01);Z80._ops.RST40();}}Z80._clock.m += Z80._r.m;Z80._clock.t += Z80._r.t;
}

下一次：更大的游戏

模拟器已经达到了一个合理的阶段：它至少能够以某种形式模拟已发布的游戏。但是，它确实存在游戏大小的问题。俄罗斯方块是一个 32kB ROM，完全适合内存映射中的“ROM”空间。游戏往往具有比这更大的 ROM，并且卡带遵循将 ROM 的一部分映射到内存的过程。下一次，我将研究 GameBoy 最简单的可用 ROM 映射形式，以及它在 64kB 游戏 ROM 上的实现。

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