Modelo de Gestión por Encuesta y por Interrupciones

Gestión por Encuesta (Polling)

La gestión por encuesta es un método que utiliza un temporizador (timer) como base para la medición del tiempo en sistemas computacionales, similar a los relojes de los computadores:

• Contadores con un número de bits y frecuencia conocidos para medir el tiempo con exactitud.
• Mecanismos para producir eventos detectados mediante interrupciones.

Relojes de Tiempo Real

Raspberry Pi System Timer: Contador de 64 bits que opera a 1 MHz.

• Comienza en 0 al iniciar el sistema y no se detiene hasta que el procesador se detenga. Cuenta a intervalos de 1µs.
• Cuatro generadores de eventos independientes por comparación.
• Los eventos se reflejan en un registro de estado y pueden provocar interrupciones.

Tratamiento de un Evento (Encuesta)

• Se leen los 32 bits menos significativos del contador.
• Se suman los microsegundos que se desea que transcurran.
• Se escribe el valor en un registro de comparación.
• Se espera hasta que el tiempo transcurra y se genere el evento.

Registros del Temporizador

El temporizador tiene 6 registros (o «7» considerando los dos registros de lectura del contador) para la gestión de eventos:

• Registro de Cuenta (Contador): Dos registros de lectura de 32 bits (CLO y CHI).
• Registros de Comparación: Cuatro registros de 32 bits (C0, C1, C2, C3). Los valores en estos registros se comparan con la parte menos significativa del contador para determinar si se origina un evento.
• Registro de Control/Estado: Aviso de eventos en 4 bits (0-3):
  • Lectura de 1: Se ha producido un evento y la solicitud de interrupción está activada.
  • Escritura de 1 sobre un bit a 1: Se elimina el aviso de evento y la solicitud de interrupción.

Interrupciones

Los dispositivos pueden «avisar» de que se ha producido un evento mediante interrupciones. Para gestionar las interrupciones, las procesaremos como excepciones.

Una excepción es una petición que se hace a la CPU para que detenga, de forma temporal, la tarea que está ejecutando y pase a ejecutar otra.

• La nueva tarea a ejecutar está determinada por la causa de la excepción.
• La rutina encargada de realizar esta tarea es la rutina de atención.
• Es necesario conservar el estado de la CPU para poder retomar la tarea interrumpida posteriormente.
• La rutina de atención dependerá de la causa de la excepción.

Para atender una excepción, esta no puede estar enmascarada. Se detiene el código que se estaba ejecutando y se salta a la rutina de atención. Una vez finalizada la rutina, hay que garantizar la ejecución del programa interrumpido.

Para garantizar que se podrá seguir ejecutando el programa interrumpido, «salvamos su contexto».

• Parte del contexto lo guarda la CPU (identificación de la excepción).
• El resto lo guarda y restaura la rutina de atención.

La CPU tiene registros específicos según la excepción a ejecutar.

En el proceso de identificación de la excepción, la CPU guarda el contexto, salta a la rutina de atención, y esta última guarda el resto del contexto que se vaya a modificar.

La rutina de atención debe recuperar el estado original y retornar el control al programa interrumpido.

Controlador de Interrupciones en Raspberry Pi

La Raspberry Pi consta de un controlador de interrupciones con las siguientes características:

• 72 fuentes de interrupción.
• Cada fuente se puede enmascarar o no de forma individual.
• Las peticiones se canalizan por IRQ o FIQ (Interrupt Request o Fast Interrupt Request), que son peticiones de periféricos o dispositivos.

Los registros del controlador de interrupciones se agrupan de tres en tres (IRQ Basic, IRQ1, IRQ2) y los registros de control FIQ (Pending, Enable, Disable).

IRQ1 e IRQ2

• IRQ1: Peticiones 0 a 31. IRQ2: Peticiones 32 a 63.
• Enable: Habilita la fuente de interrupción que tramitará la petición.
• Disable: Deshabilita la fuente de interrupción.
• Pending: Indica las peticiones de interrupción pendientes. Estas desaparecen cuando el dispositivo elimina la petición después de atender las interrupciones.

IRQ Basic

• Gestiona peticiones de periféricos básicos.
• Enable y Disable: Habilitan y deshabilitan fuentes de interrupción.
• Pending: Muestra el estado de la petición (si hay peticiones pendientes en IRQ1 o IRQ2).

FIQ Control

• Gestiona la fuente canalizada por la señal FIQ.

Tratamiento del System Timer por Interrupciones

Al usar interrupciones, debemos separar el algoritmo en una función de arranque y otra de atención a la interrupción.

Función de Arranque

Esta función también inicializará el temporizador.

• Habilita las interrupciones para que, tras 100 ms, se salte a la rutina de atención.
• Programa el temporizador para generar una interrupción después de 100 ms.
• Ejecuta la tarea principal.
• Define una variable con el número de veces que se debe ejecutar la tarea.

Rutina de Atención a la Interrupción

Esta rutina realiza el resto del proceso:

• Guarda el contexto del programa.
• Indica que la interrupción ha sido atendida (eliminando su petición).
• Decrementa la variable que controla el número de veces que se debe ejecutar la tarea.
• Si la tarea no se ha ejecutado todas las veces necesarias, vuelve a generar una interrupción con el temporizador. Si ya se ha ejecutado todas las veces, deshabilita las interrupciones.
• Ejecuta la tarea.
• Recupera el contexto del programa.

Modelo de Gestión por Interrupciones

Una interrupción es un suceso asíncrono, consecuencia de un evento externo, que se atenderá mediante la ejecución de una rutina específica.

• Las interrupciones sincronizan los procesos de Entrada/Salida (E/S).
• Cada interrupción está ligada a una acción de un dispositivo.
• Cada interrupción tiene asociada una rutina que lleva a cabo la acción requerida.

Por ello, la gestión de interrupciones requiere separar la rutina en dos partes:

• Inicio de Operación E/S: Inicia la función hasta que se sincroniza la primera interrupción.
• Rutina de Atención: Se ejecuta una vez por cada sincronización/interrupción.