第六章 中断控制接口（优选课资）

1、第六章第六章 中断控制接口中断控制接口2011/10 东北大学计算机系统研究所1优制课程优制课程第六章第六章 中断控制接口中断控制接口6.1 中断系统概述中断系统概述6.2 8259A中断控制器中断控制器习习 题题2优制课程优制课程外部中断：外部中断：可屏蔽中断可屏蔽中断和和非可屏蔽中断非可屏蔽中断。内部中断：内部中断：除法错等中断除法错等中断，软中断软中断。INT n 指令指令中断逻辑中断逻辑非屏蔽中断请求非屏蔽中断请求8259IRQIRQIRQIRQIRQIRQIRQIRQ51234067INTR（080FH）NMI（2）（70H77H）单单 步步 （1）断断 点点 （3）溢溢 出出 （4

2、）TF IF6.1.1 中断请求与中断源中断请求与中断源6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述除法错除法错（0）3优制课程优制课程实现中断嵌套：实现中断嵌套：CPU在处理低级中断时，若在处理低级中断时，若出现更高级的中断请求，应暂停对较低级的出现更高级的中断请求，应暂停对较低级的中断的处理，转去处理较高级的中断。中断的处理，转去处理较高级的中断。6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述实现中断与返回：实现中断与返回：能够响应中断，转到相应的中断服务程能够响应中断，转到相应的中断服务程序，处理结束后能够返回到断点处。序，处理结束后能够返回到断点处。实现优先级排队：实现优先级排队：多个中断源同时

3、发出中断请求多个中断源同时发出中断请求时，中断系统能够按优先级依次进行处理。时，中断系统能够按优先级依次进行处理。6.1.2 中断系统的功能中断系统的功能4优制课程优制课程CPU的中断是开放的：的中断是开放的：CPU只有在标志寄存只有在标志寄存器中的器中的IF标志为标志为1时才对外部中断请求信号时才对外部中断请求信号（INTR）进行响应。进行响应。CPU可通过可通过STI、CLI指令对指令对IF标志置标志置1或清或清0。6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述有中断请求信号：有中断请求信号：主要指外部中断，如主要指外部中断，如INTR、NMI。中断请求没有被屏蔽：中断请求没有被屏蔽：每个中断源

4、都可以在每个中断源都可以在CPU的控制下发出中断请求信号（的控制下发出中断请求信号（INTR），），如如8250的的IER寄存器和寄存器和OUT0、OUT1信号，信号，8255A的的PC2、4、6以及以及8259的的IMR。6.1.3 中断响应中断响应-中断系统响应中断的条件中断系统响应中断的条件CPU在现行指令执行完毕时才响应中断在现行指令执行完毕时才响应中断：满足以上条件的情况下满足以上条件的情况下5优制课程优制课程关中断关中断：CPU响应中断后，首先将标志寄存响应中断后，首先将标志寄存器入栈，然后关闭中断（器入栈，然后关闭中断（IF置置0），以防止），以防止 在在保存断点和保护现场之前再

5、次响应中断。保存断点和保护现场之前再次响应中断。 保存断点保存断点：将：将CS、IP推入堆栈，以保证中推入堆栈，以保证中断结束时返回到断点处。断结束时返回到断点处。 根据中断向量（根据中断向量（CPU发中断响应信号时获得发中断响应信号时获得的）的）查询中断向量表查询中断向量表，得到中断服务子程序的，得到中断服务子程序的首地址，并转去首地址，并转去执行中断处理程序。执行中断处理程序。6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述6.1.3 中断响应中断响应- CPU中断响应过程中断响应过程6优制课程优制课程6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述 IF=1 IF=1 IF=0 CS IP CS IP

6、堆栈堆栈中断向量表中断向量表 CS IP CS IP CS IP 012 CS IP 中断号（例如中断号（例如 2）到到CS:IP取出指令取出指令转入执行中断程序转入执行中断程序CPU中断响应过程模拟中断响应过程模拟7优制课程优制课程PCK：RAM奇偶错。奇偶错。NPI：8087异常。异常。I/O CHCK：I/O通道奇偶错。通道奇偶错。INT n 指令指令中断逻辑中断逻辑INTRNMI除法错除法错单单 步步断断 点点溢溢 出出OF IFLS74QXD7DWRTNMIREGCK+5VRESETPCKNPI I/O CHCKENABLE/OCK（OUT 80H A0H）6.1 6.1 中断系统概

7、述中断系统概述6.1.4 PC机中断系统机中断系统8优制课程优制课程INT n 指令指令中断逻辑中断逻辑非屏蔽中断请求非屏蔽中断请求8259 IRQIRQIRQIRQIRQIRQIRQIRQ51234067INTR（080FH）NMI（2）除法错除法错（70H77H）单单 步步断断 点点溢溢 出出OF IF计时器计时器键盘键盘级联级联COM2COM1LPT2软盘软盘LPT1实时时钟实时时钟硬盘硬盘IRQ14IRQ88259（2）（1）查出其它的中断源查出其它的中断源6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述6.1.4 PC机中断系统机中断系统9优制课程优制课程6.1 6.1 中断系统概述中断系统

8、概述0000：0000H0000：0003H0000：0004HIPCSIPCSIPCSIPCS0000：0007H0000：0008H0000：000BH0000：000CH0000：03FCH0000：03FFH中断中断0中断中断1中断中断2中断中断3中断中断255中断相量表中断相量表中断相量：中断相量：中断中断子程序的首地址子程序的首地址10优制课程优制课程开机或者复位时由开机或者复位时由BIOS将将10H1FH号中断的首地址号中断的首地址写入表中。写入表中。6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述中断相量表的初始化中断相量表的初始化执行引导程序时由操作系统将执行引导程序时由操作系统将2

9、0H2FH号号中中断的首地址写入表中。断的首地址写入表中。用户应用程序中的中断服务子程序的首地用户应用程序中的中断服务子程序的首地址，由主程序通过址，由主程序通过INT 21H和和INT 27H指令将其写入表中指令将其写入表中。中断程序一般都常驻内存。中断程序一般都常驻内存。11优制课程优制课程中断描述符表中断描述符表IDTIDT8字节字节中断中断0的门的门中断中断1的门的门中断中断2的门的门IDTRGDT门描述符（中断描述符）门描述符（中断描述符）偏移量偏移量1631访问字节访问字节选择子选择子偏移量偏移量0156.1 6.1 中断系统概述中断系统概述12优制课程优制课程调用门调用门：允许较

10、低级的程序调用（：允许较低级的程序调用（CALL）较高级的程）较高级的程序（如操作系统）。（在序（如操作系统）。（在GDT中）中）任务门任务门：允许从特权级较低的任务切换：允许从特权级较低的任务切换（CALL或中断，如按时间片）到特权级或中断，如按时间片）到特权级较高的任务。（在较高的任务。（在GDT、IDT中）中）陷阱门陷阱门：所访问的是异常处理子程序。（在：所访问的是异常处理子程序。（在IDT中）中）中断门中断门：用于访问中断处理程序。与陷阱门：用于访问中断处理程序。与陷阱门的区别是中断处理之前清的区别是中断处理之前清IF，而陷阱门而陷阱门不管不管IF的状态。（在的状态。（在IDT中）中）

11、6.1 6.1 中断系统概述中断系统概述13优制课程优制课程第六章第六章 中断控制接口中断控制接口6.2 8259A中断控制器中断控制器6.1 中断系统概述中断系统概述习习 题题14优制课程优制课程6.2.1 8259A的引脚的引脚8259AD0D7RDWRCSA0INTINTA.IRQ0IRQ1IRQ7CAS0CAS1CAS2级联级联SP/EN主从主从/缓冲缓冲中断源中断源6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器15优制课程优制课程6.2.2 8259A的内部结构及中断响应顺序的内部结构及中断响应顺序IRQ0IRQ1IRQ7IRRIMR优先级分析器优先级分析器ISR比较器比较

12、器ICW2中断向量中断向量INTINTAD076.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器16优制课程优制课程外部设备提出中断请求（外部设备提出中断请求（IRQi）。）。中断请求被锁存在中断请求被锁存在IRR中，并与中，并与IMR相相“与与”。经优先级分析器检出优先级最高的中断请求。经优先级分析器检出优先级最高的中断请求。由控制电路比较该中断请求与当前中断（由控制电路比较该中断请求与当前中断（CPU正在处理的）正在处理的）的优先级，判断是否能够进行嵌套。是则向的优先级，判断是否能够进行嵌套。是则向CPU发出发出INT信号。信号。CPU输出第一个输出第一个INTA脉冲信号，将脉冲信号

13、，将IRR的对应位清的对应位清0，并将，并将ISR的对应位置的对应位置1。6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.2 8259A的内部结构及中断响应顺序的内部结构及中断响应顺序输出第二个输出第二个INTA脉冲信号，脉冲信号，8259A在这个周期将中在这个周期将中断向量码输出到数据总线。断向量码输出到数据总线。 CPU读取中断向量码，转到相应的中断处理程序。读取中断向量码，转到相应的中断处理程序。17优制课程优制课程INTINTAIRQ1IRQ0IRQ7SP/ENCAS0CAS1CAS2INTINTAIRQ1IRQ0IRQ7SP/ENCAS0CAS1CAS2INTINTA

14、IRQ1IRQ0IRQ7SP/ENCAS0CAS1CAS2主片主片从片从片INTAINTR6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器*8259A的级联的级联18优制课程优制课程ICW1ICW2ICW3ICW4OCW1OCW2OCW3偶奇奇奇d4=1IMR奇偶偶d4=0 d3=0d4=0 d3=1IRRISR偶偶读读IRR：MOV AL，00001010B OUT 20H，AL IN AL，20H 6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.3 8259A的程序设计的程序设计-内部寄存器内部寄存器19优制课程优制课程ICW1ICW2ICW3ICW4OCW1OCW

15、2OCW3偶偶奇奇奇奇奇奇d4=1IMR奇奇偶偶偶偶d4=0 d3=0d4=0 d3=1IRRISR偶偶偶偶读读ISR： MOV AL，00001011B OUT 20H，AL IN AL，20H6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.3 8259A的程序设计的程序设计-内部寄存器内部寄存器20优制课程优制课程ICW1ICW2ICW3ICW4OCW1OCW2OCW3偶奇奇奇d4=1IMR奇偶偶d4=0 d3=0d4=0 d3=1IRRISR偶偶6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.3 8259A的程序设计的程序设计-内部寄存器内部寄存器读读IM

16、R：IN AL，21H21优制课程优制课程ICW1： ICW2 ：ICW3： 0001LTMXSNGL IC41电平触发电平触发0边沿触发边沿触发1单片使用单片使用0级联使用级联使用1要求要求ICW40不要不要ICW4off7 off6 off5 off4 off3000s7s6s5s4s3s2s1s0主片主片1：连有从片；：连有从片；0：未连从片：未连从片中断向量高中断向量高5位位6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.3 8259A的程序设计的程序设计-内部寄存器内部寄存器22优制课程优制课程ICW3： ICW4： 00000ID2ID1ID0000SFNM BUF

17、M/S AEOI1从片从片从片从片ID1特殊完全嵌套方式特殊完全嵌套方式0非特殊完全嵌套方式非特殊完全嵌套方式1 缓冲方式缓冲方式0 非缓冲方式非缓冲方式1 本片为主片本片为主片0 本片为从片本片为从片1 自动自动 EOI0 非自动非自动 EOI6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.3 8259A的程序设计的程序设计-内部寄存器内部寄存器23优制课程优制课程OCW1： /IMR OCW2： M7M6M5M4M3M2M1M01：该中断请求被屏蔽；：该中断请求被屏蔽；0：该中断请求开放：该中断请求开放RSL EOI00L2L1L0选择一个中断级选择一个中断级1：优先级自动

18、循环：优先级自动循环0：优先级非自动循环：优先级非自动循环1：L0L2有效有效0：L0L2无效无效ISR对应位复位对应位复位6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.3 8259A的程序设计的程序设计-内部寄存器内部寄存器24优制课程优制课程OCW3： 0ESMM SMM01PRR RIS00=无操作无操作1：查询命令：查询命令01=无操作无操作10=读读IRR11=读读ISR00=无操作无操作01=无操作无操作10=取消指定的屏蔽取消指定的屏蔽11=设置指定的屏蔽设置指定的屏蔽0：非查询命令：非查询命令6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.3

19、8259A的程序设计的程序设计-内部寄存器内部寄存器25优制课程优制课程6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.4 8259A在在IBM PC系列机中的应用系列机中的应用IBM PC/AT的中断源IBM PC/AT中8259A的初始化26优制课程优制课程；初始化主控8259A MOV AL,11H ;ICW1，8259A级联使用，边沿检测 OUT 20H,AL MOV AL,08H ;ICW2,设置中断向量的高5位， OUT 21H,AL ;IRQ0IRQ7分别对应INT08H到0FH MOV AL,04H ;ICW3,在IRQ2上接有一从属8259A OUT 21H,

20、AL MOV AL,01H ;ICW4,指定非AEOI方式 OUT 21H,AL 6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.4 8269A在在PC机中的应用机中的应用-IBM PC/AT中中8259A的主片初始化的主片初始化27优制课程优制课程6.2 8259A6.2 8259A中断控制器中断控制器6.2.4 8269A在在PC机中的应用机中的应用-IBM PC/AT中中8259A的从片初始化的从片初始化；初始化从属8259A MOV AL,11H ;ICW1，8259A级联使用，边沿检测 OUT 0A0H,AL MOV AL,70H ;ICW2,设置中断向量的高5位， OUT 0A1H,AL ;IRQ8IRQ15分别对应 INT70H77H MOV AL,02H ;ICW3, 该从控制器接在主控制器的 IRQ2上 OUT 0A1H,AL MOV AL,01H ;ICW