第08章 中断系统

1、第第8章章 中断系统中断系统n8.1 中断的基本概念中断的基本概念n8.2 PC系列机的中断结构系列机的中断结构n8.3 可编程中断控制器可编程中断控制器8259A第第8章章 中断中断n8.1中断的概念中断的概念中断是指计算机的中断是指计算机的CPU在执行主程序时，收到了在执行主程序时，收到了外部的或内部的中断请求，因而暂时中止主程序外部的或内部的中断请求，因而暂时中止主程序的执行，转去执行一段预先编制好的中断服务程的执行，转去执行一段预先编制好的中断服务程序来处理这一中断请求，待处理完毕之后，又返序来处理这一中断请求，待处理完毕之后，又返回主程序接着被中断处继续执行，这样的一个过回主程序接着

2、被中断处继续执行，这样的一个过程就称为中断。程就称为中断。主程序主程序IRET中断服务程序中断服务程序断点断点中断请求中断请求中断请求可以来自处理器外部的中断源，中断请求可以来自处理器外部的中断源，也可以由处理器执行指令引起：也可以由处理器执行指令引起：例如执行例如执行INT n指令。指令。中断的过程中断的过程中断源中断源n引起中断的原因或者发出中断请求的来源，引起中断的原因或者发出中断请求的来源，称为中断源。称为中断源。n根据中断源是来自根据中断源是来自CPU内部还是外部，将内部还是外部，将中断源分为两类：外部中断源和内部中断中断源分为两类：外部中断源和内部中断源，对应的中断称为外部中断和内

3、部中断。源，对应的中断称为外部中断和内部中断。8.2 PC系列机的中断结构系列机的中断结构INTRNMI8086/8088 CPU中断逻辑单步（TF=1）除法出错INT O 溢出INT 3 断点非屏蔽中断请求8259A可屏蔽中断请求INT n 指令8086/8088的中断源的中断源1、外部中断、外部中断n外部中断是由于外部中断是由于8088外部提出中断请求引外部提出中断请求引起起的程序中断的程序中断n利用外部中断，微机系统可以实时响应外利用外部中断，微机系统可以实时响应外部设备的数据传送请求，能够及时处理外部设备的数据传送请求，能够及时处理外部意外或紧急事件部意外或紧急事件n外部中断的原因是处

4、理器外部随机产生的，外部中断的原因是处理器外部随机产生的，所以是真正的所以是真正的中断中断（Interrupt）n内部中断的原因是处理器执行程序出现异内部中断的原因是处理器执行程序出现异常，所以经常被称为常，所以经常被称为异常异常（Exception） 非屏蔽中断非屏蔽中断n通过非屏蔽中断请求信号向微处理器提出的中断请通过非屏蔽中断请求信号向微处理器提出的中断请求，微处理器无法禁止，将在当前指令执行结束予求，微处理器无法禁止，将在当前指令执行结束予以响应，这个中断被称为非屏蔽中断以响应，这个中断被称为非屏蔽中断n8088的非屏蔽中断的向量号为的非屏蔽中断的向量号为2，非屏蔽中断请求，非屏蔽中断

5、请求信号为信号为NMIn非屏蔽中断主要用于处理系统的意外或故障。例如：非屏蔽中断主要用于处理系统的意外或故障。例如：n电源调电前的数据保护电源调电前的数据保护n存储器读写错误的处理存储器读写错误的处理 可屏蔽中断可屏蔽中断n外部通过可屏蔽中断请求信号向微处理器提出的外部通过可屏蔽中断请求信号向微处理器提出的中断，微处理器在允许可屏蔽中断的条件下，在中断，微处理器在允许可屏蔽中断的条件下，在当前指令执行结束予以响应，同时输出可屏蔽中当前指令执行结束予以响应，同时输出可屏蔽中断响应信号，这个中断就是可屏蔽中断断响应信号，这个中断就是可屏蔽中断n8088的可屏蔽中断请求和响应信号分别是的可屏蔽中断请

6、求和响应信号分别是INTR和和INTA*；由；由IF标志控制可屏蔽中断是否允许响应；标志控制可屏蔽中断是否允许响应；向量号来自外部中断控制器向量号来自外部中断控制器n8088通常需要配合中断控制器通常需要配合中断控制器8259A共同处理可共同处理可屏蔽中断屏蔽中断n可屏蔽中断主要用于主机与外设交换数据可屏蔽中断主要用于主机与外设交换数据IF控制可屏蔽中断的响应控制可屏蔽中断的响应2、 内部中断内部中断n内部中断是由于内部中断是由于8088内部执行程序出现异内部执行程序出现异常引起常引起的程序中断的程序中断n利用内部中断，微处理器为用户提供了发利用内部中断，微处理器为用户提供了发现、调试并解决程

7、序执行时异常情况的有现、调试并解决程序执行时异常情况的有效途径效途径n例如，例如，ROM-BIOS和和DOS系统利用内部中系统利用内部中断为程序员提供了各种功能调用断为程序员提供了各种功能调用内部中断的中断向量号已定内部中断的中断向量号已定 除法错中断除法错中断n在执行除法指令时，若除数为在执行除法指令时，若除数为0或商超过或商超过了寄存器所能表达的范围，则产生一个向了寄存器所能表达的范围，则产生一个向量号为量号为0的内部中断，称为除法错中断的内部中断，称为除法错中断例如：例如：mov bl,0idiv bl；除数；除数BL0，产生除法错中断，产生除法错中断mov ax,200hmov bl,

8、1div bl；商；商200H，不能用，不能用AL表达表达；产生除法错中断；产生除法错中断 指令中断指令中断n在执行中断调用指令在执行中断调用指令INT n时产生的一个时产生的一个向量号为向量号为n（0 255）的内部中断，称为）的内部中断，称为指令中断指令中断n其中向量号为其中向量号为3的指令中断比较特别（生的指令中断比较特别（生成一个字节的指令代码：成一个字节的指令代码：11001100），常），常用于程序调试，被称为断点中断用于程序调试，被称为断点中断例如：例如：DEBUG.EXE调试程序的运行命令调试程序的运行命令G设置设置的断点，就是利用的断点，就是利用INT 3指令实现的指令实现的

9、 溢出中断溢出中断n在执行溢出中断指令在执行溢出中断指令INTO时，若溢出标时，若溢出标志志OF为为1，则产生一个向量号为，则产生一个向量号为4的内部中的内部中断，被称为溢出中断断，被称为溢出中断例如：例如：mov ax,2000hadd ax, 7000h；2000H7000H9000H，溢出：，溢出：OF1into；因为；因为OF1，所以产生溢出中断，所以产生溢出中断单步中断单步中断n若单步中断若单步中断TF为为1，则在每条指令执行结，则在每条指令执行结束后产生一个向量号为束后产生一个向量号为1的内部中断，称的内部中断，称为单步中断为单步中断例如：例如：DEBUG.EXE调试程序的单步命令

10、调试程序的单步命令T就利就利用单步中断实现对程序的单步调试用单步中断实现对程序的单步调试3中断优先级中断优先级n系统将所有的中断划分为四级，以系统将所有的中断划分为四级，以0级为最级为最高，依次降低，各级情况如下：高，依次降低，各级情况如下：0级级-除单步中断以外的所有内部中断除单步中断以外的所有内部中断1级级-不可屏蔽中断不可屏蔽中断2级级-可屏蔽中断可屏蔽中断3级级-单步中断单步中断不同级别的中断同时申请时，不同级别的中断同时申请时，CPU根据级根据级别高低依次决定响别高低依次决定响8.2.2中断向量和中断向量表中断向量和中断向量表n中断类型号中断类型号n在在8086系统中，共设有系统中，

11、共设有256类中断，每类中断分配到一个类中断，每类中断分配到一个8位的编号，这个编号就叫做中断类型号。位的编号，这个编号就叫做中断类型号。n中断类型号的范围：中断类型号的范围： 00FFH（0255D）n8086获取中断类型号的方法为：获取中断类型号的方法为：n可屏蔽中断（硬件中断）：由中断控制器可屏蔽中断（硬件中断）：由中断控制器8259A提供。提供。n软件中断：在中断指令软件中断：在中断指令INT n 中，参数中，参数n即为中断类型号即为中断类型号n除上面二种情况外，其余中断都是固定类型号：除法错除上面二种情况外，其余中断都是固定类型号：除法错（类型（类型0）、单步中断（类型）、单步中断（

12、类型1）、断点中断）、断点中断INT 3(类型类型3)、溢出中断、溢出中断INTO(类型类型4)，不可屏蔽中断（类型，不可屏蔽中断（类型2）。）。8.2.2中断向量与中断向量表中断向量与中断向量表n中断服务程序的入口地址叫做中断服务程序的入口地址叫做中断向量中断向量，将全部中断，将全部中断向量集中在一张表中，这张表叫做向量集中在一张表中，这张表叫做中断向量表中断向量表。nPC机中断向量表的位置固定在内存的最低机中断向量表的位置固定在内存的最低1K字节中，字节中，即即00000H003FFH处。每一个中断服务程序的入处。每一个中断服务程序的入口地址在表中占口地址在表中占4字节：前字节：前2字节为

13、偏移量，后字节为偏移量，后2字节字节为段基址。为段基址。n为了便于在中断向量表中找到中断向量，通常设置一为了便于在中断向量表中找到中断向量，通常设置一种指针，来指出中断向量存放在中断向量表中的具体种指针，来指出中断向量存放在中断向量表中的具体位置；位置；n存放中断向量的存放中断向量的4个存储单元的个存储单元的最低地址最低地址称为中断向称为中断向量表地址指针。量表地址指针。n计算方法：计算方法：中断向量表地址指针中断向量表地址指针=中断类型号中断类型号4根据中断类型号找到中断向量的过程根据中断类型号找到中断向量的过程n如果已知一个中断类型号，则通过两次地如果已知一个中断类型号，则通过两次地址转换

14、（址转换（中断类型号到中断向量表地址；中断类型号到中断向量表地址；中断向量表地址到中断处理程序入口地址中断向量表地址到中断处理程序入口地址）后，可到达中断服务程序。后，可到达中断服务程序。 8086中断向量表中断向量表8.3 可编程中断控制器可编程中断控制器8259An8.3.1 8259A的引脚信号和内部结构的引脚信号和内部结构n8259A芯片是由美国芯片是由美国Intel公司研制生产的，功能公司研制生产的，功能强大。它可以对中断源进行优先级判别、可以向强大。它可以对中断源进行优先级判别、可以向CPU提供中断矢量号提供中断矢量号n，还可以根据中断源需要屏，还可以根据中断源需要屏蔽中断请求。一

15、片蔽中断请求。一片8259A可以管理可以管理8级中断源，并级中断源，并且可通过级联扩展，最多可用且可通过级联扩展，最多可用9片管理片管理64级中断。级中断。n8259A可编程中断控制器，主要用于管理外部中可编程中断控制器，主要用于管理外部中断请求。断请求。1. 8259A的引脚的引脚D0D7：双向数据总线。双向数据总线。CPU用来传送命令，接收用来传送命令，接收状态和读取中断向量。状态和读取中断向量。CAS0CAS2：级联总线，双向。主控级联总线，双向。主控8259A与从控与从控8259A的连接线。主控时该总线为输出，从控时则为的连接线。主控时该总线为输出，从控时则为输入。输入。IR0IR7：

16、外设中断请求线，输入。从外设送来的中外设中断请求线，输入。从外设送来的中断请求由这些引脚输入到断请求由这些引脚输入到8259A。在边沿触发方式中。在边沿触发方式中IR输入应有由低到高的上升沿，此后保持为高，直到输入应有由低到高的上升沿，此后保持为高，直到被响应。在电平触发方式中，被响应。在电平触发方式中，IR输入应保持高电平直输入应保持高电平直到被响应为止。到被响应为止。nSP/EN：主从定义：主从定义/缓冲器方向引脚，是一个缓冲器方向引脚，是一个双功能引脚。在非缓冲方式中用作输入线，指定双功能引脚。在非缓冲方式中用作输入线，指定8259A为主控制器（为主控制器（=1）或是从控制器（）或是从控

17、制器（=0）。）。在缓冲方式中用作输出线，控制缓冲器的接收在缓冲方式中用作输出线，控制缓冲器的接收/发送。发送。nINTA：中断响应引脚，输入。接收中断响应引脚，输入。接收CPU发送发送来的来的2个中断响应脉冲，第一个用来通知个中断响应脉冲，第一个用来通知8259A，其中断请求已被响应；第二个作为读操作信号，其中断请求已被响应；第二个作为读操作信号，读取读取8259A所提供的中断类型号。所提供的中断类型号。nCS：片选信号，输入，低电平有效。注意，不片选信号，输入，低电平有效。注意，不论该信号是否有效，都不会影响对论该信号是否有效，都不会影响对8259A读取中读取中断类型号。断类型号。nWR：

18、写信号，输入，低电平有效。写信号，输入，低电平有效。nRD：读信号，输入，低电平有效。：读信号，输入，低电平有效。nA0：地址线，输入。该引脚与片选、读地址线，输入。该引脚与片选、读/写信号联合使用，作为对写信号联合使用，作为对8259A内部端口内部端口寻址。寻址。nVcc和和GND：8259A的的+5V电源和地线。电源和地线。 2. 8259A的内部结构的内部结构D7D0INTAINT中断请求寄存器中断请求寄存器中断屏蔽寄存器中断屏蔽寄存器数据数据总线总线缓冲器缓冲器IR0IR7读读/写写控制控制逻辑逻辑级联级联缓冲器缓冲器比较器比较器RDWRA0CSCAS0CSA1CAS2SP/EN优先权

19、判别电路优先权判别电路中断服务寄存器中断服务寄存器控制逻辑控制逻辑8259的工作原理的工作原理8.3.2 8259A的工作方式的工作方式普通全嵌套方式普通全嵌套方式特殊全嵌套方式特殊全嵌套方式自动循环方式自动循环方式特殊循环方式特殊循环方式优先权固定方式优先权固定方式优先权循环方式优先权循环方式设置优先权方式设置优先权方式普通中断结束方式普通中断结束方式特殊中断结束方式特殊中断结束方式自动中断结束方式自动中断结束方式非自动中断结束方式非自动中断结束方式结束中断处理方式结束中断处理方式屏蔽中断源方式屏蔽中断源方式普通屏蔽方式普通屏蔽方式特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式中断触发方式中断触发方式边沿触发方式

20、边沿触发方式电平触发方式电平触发方式数据线连接方式数据线连接方式缓冲方式缓冲方式非缓冲方式非缓冲方式中断优先方式与中断嵌套中断优先方式与中断嵌套n中断嵌套方式中断嵌套方式n在中断处理过程中允许被更高优先级的事件所中在中断处理过程中允许被更高优先级的事件所中断称为中断嵌套。断称为中断嵌套。8259A有两种中断嵌套方式：有两种中断嵌套方式：n普通全嵌套方式（默认方式）普通全嵌套方式（默认方式） 一中断正被处理时，只有一中断正被处理时，只有更高优先级更高优先级的事件可以打的事件可以打断当前的中断处理过程而被服务。断当前的中断处理过程而被服务。n特殊全嵌套方式特殊全嵌套方式 一中断正被处理时，允许一中

21、断正被处理时，允许同级或更高优先级同级或更高优先级的事件的事件可以打断当前的中断处理过程而被服务。可以打断当前的中断处理过程而被服务。注注: 特殊全嵌套仅用于多个特殊全嵌套仅用于多个8259A级连时的主级连时的主8259A，而不能用于从属而不能用于从属8259A或单或单8259A系统。系统。D.主主8259AIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7一般嵌套方式：一般嵌套方式：从片的从片的INT被主片封被主片封锁，故更锁，故更高高级别的级别的IR0-IR2中断也无法中断也无法得到响应得到响应特殊嵌套方式：特殊嵌套方式：因主片不封锁从片的因主片不封锁从片的INT，故级别高的，故级别高的IR

22、0-IR2中断可以得到响应。中断可以得到响应。( (但但IR3-IR7仍被本从仍被本从片封锁片封锁) )C.假定假定IR7发生中发生中断断,并获得服务并获得服务一般嵌套方式：一般嵌套方式：IR4的中断被服务的中断被服务时，这些中断将时，这些中断将被封锁。被封锁。B.特殊嵌套方式：特殊嵌套方式：IR4的中断被服的中断被服务 时 ， 只 封 锁务 时 ， 只 封 锁IR5-IR7。A.INTE.从从8259AINTIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7n一般全嵌套方式与特殊全嵌套方式的区别一般全嵌套方式与特殊全嵌套方式的区别 去去CPU3. 结束中断处理方式结束中断处理方式什么是什么是8

23、259A的中断结束？的中断结束？8259A利用中断服务寄存器利用中断服务寄存器ISR判断：判断：n某位为某位为1，表示正在进行中断服务；，表示正在进行中断服务；n该位为该位为0，就是该中断结束服务。，就是该中断结束服务。3. 结束中断处理方式结束中断处理方式n自动中断结束方式自动中断结束方式n普通中断结束方式普通中断结束方式n配合全嵌套优先权方式使用配合全嵌套优先权方式使用n当当CPU用输出指令往用输出指令往8259A发出普通中断结束发出普通中断结束EOI命令命令时，时，8259A就会把所有正在服务的中就会把所有正在服务的中断中优先权最高的断中优先权最高的ISR位复位位复位n特殊中断结束方式特

24、殊中断结束方式n配合循环优先权方式使用配合循环优先权方式使用nCPU在程序中向在程序中向8259A发送一条特殊中断结束发送一条特殊中断结束命令，这个命令中指出了要清除哪个命令，这个命令中指出了要清除哪个ISR位位4. 连接系统总线的方式连接系统总线的方式n缓冲方式缓冲方式n将将8259A通过总线驱动器和数据总线相连接。一般用通过总线驱动器和数据总线相连接。一般用于较大的系统中，比如采用多片于较大的系统中，比如采用多片8259A级联组成的主级联组成的主从式系统，多采用这种方式。从式系统，多采用这种方式。n8259A的数据线需加缓冲器予以驱动的数据线需加缓冲器予以驱动n8259A把把SP*/EN*

25、引脚作为输出端，输出允许信号，用以锁引脚作为输出端，输出允许信号，用以锁存或开启缓冲器存或开启缓冲器n非缓冲方式非缓冲方式将将8259A直接与系统数据总线相连接。一般用于小系统直接与系统数据总线相连接。一般用于小系统中，比如只有一片中，比如只有一片8259A，就可采用非缓冲方式。，就可采用非缓冲方式。nSP*/EN*引脚为输入端引脚为输入端n若若8259A级连，由其确定是主片或从片级连，由其确定是主片或从片 8.3.3 8259A的初始化命令字的初始化命令字n初始化初始化8259A必须从必须从ICW1开始开始n写写ICW1意味着重新初始化意味着重新初始化8259An写入写入ICW1后，后，82

26、59A的状态如下：的状态如下：n清除清除ISR和和IMR(全全0)；n将中断优先级设成初始状态：将中断优先级设成初始状态：IR0最高，最高，IR7最低；最低；n设定为一般屏蔽方式；设定为一般屏蔽方式；n采用非自动中断结束方式；采用非自动中断结束方式；n状态读出逻辑预置为读状态读出逻辑预置为读IRR。ICW1初始化字初始化字nLTIM: 触发方式触发方式n=1 高电平触发高电平触发n=0 上升沿触发上升沿触发nSNGL: 级连控制级连控制n=1 单片单片n=0 级连级连nIC4: ICW4控制控制n=1 要写要写ICW4n=0 不写不写ICW4（默认（默认ICW4为全为全0）A0 D7D6 D5

27、 D4 D3 D2 D1 D0 0 x x x 1 LTIM x SNGL IC4ICW2中断向量码中断向量码nT7T3: 中断向量码的高中断向量码的高5位位nT2T0: 最低最低3位为中断源的序号位为中断源的序号IRnn000111分别对应IR0IR7n由8259A根据中断源的序号自动填入 例如：若ICW2命令字为48H，则IR0的中断向量码为48H，IR7的中断向量码为4FH，等等。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 T7 T6 T5 T4 T3 0 0 0ICW3级连控制字级连控制字 n主片的级联控制字主片的级联控制字 nSi=1 对应IRi线上连接了从片 A0 D

28、7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0n从片的级联控制字从片的级联控制字 nID2ID0 标识码，说明本从片连接到主片的哪个IR引脚上。 000111分别对应IR0IR7。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 0 0 ID2 ID1 ID0示例示例ICW3级连控制字（续）级连控制字（续）nICW3必须与主从片的连接关系一致：必须与主从片的连接关系一致：例如，主片的例如，主片的IR4与从片的与从片的INT线连接，则线连接，则主片的主片的ICW3=10H，从片的，从片的ICW3=04H。n中断响应时，主片通过级

29、连线中断响应时，主片通过级连线CAS2-CAS0送出被允许中断的从片标识码，各从片用送出被允许中断的从片标识码，各从片用自己的自己的ICW3与与CAS2-CAS0比较，二者一致比较，二者一致的从片才可发送中断向量码。的从片才可发送中断向量码。动画动画ICW4中断结束方式字中断结束方式字 nSFNM: 特殊全嵌套特殊全嵌套1 特殊全嵌套方式0 一般全嵌套方式nAEOI: 自动自动EOI1 自动EOI方式0 非自动EOI方式A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 SFNMBUF M/S AEOI 1nBUF: 缓冲方式缓冲方式 M/S: 主主/从缓冲选择从缓冲选择BUF

30、 M/S 1 1 缓冲方式/主PIC 1 0 缓冲方式/从PIC 0 x 非缓冲方式/正常8.3.5 8259A的操作命令字的操作命令字nOCW用于设置用于设置8259的工作状态的工作状态n在初始化后写入在初始化后写入nOCW的写入顺序可任意的写入顺序可任意n写入地址要求：写入地址要求：nOCW1必须写入奇地址端口必须写入奇地址端口(A0=1)nOCW2，OCW3必须写入偶地址端口必须写入偶地址端口(A0=0) OCW1中断屏蔽字中断屏蔽字 nMi=1 中断请求线中断请求线IRi被屏蔽被屏蔽(不允许中断不允许中断) =0 允许该允许该IRi中断中断 nOCW1将写入将写入IMR寄存器。寄存器。

31、nA0=1时读时读OCW1可读出设置的可读出设置的IMR内容。内容。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0OCW2中断结束和优先级循环中断结束和优先级循环 nL2L0: 优先级编码优先级编码nR: 优先级自动循环优先级自动循环nSL: 指定优先级指定优先级nEOI: 结束中断命令结束中断命令 R SL EOI 0 0 1 非指定非指定EOI 命令命令(NSEOI)，全嵌套方式，全嵌套方式 0 1 1 指定指定EOI 命令命令(SEOI)，全嵌套方式，按，全嵌套方式，按L2-L0编码复位编码复位ISR 1 0 1 NSEOI 命令

32、，优先级自动循环命令，优先级自动循环 1 0 0 自动自动EOI，设置优先级自动循环，设置优先级自动循环 0 0 0 自动自动EOI，取消优先级自动循环，取消优先级自动循环(固定优先级固定优先级) 1 1 1 SEOI 命令，按命令，按L2-L0编码循环优先级编码循环优先级(L2-L0设为最低优先级设为最低优先级) 1 1 0 按按L2-L0编码循环优先级编码循环优先级(L2-L0设为最低优先级设为最低优先级) A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 R SL EOI 0 0 L2 L1 L0OCW3屏蔽方式和读出控制字屏蔽方式和读出控制字 nESMM: 允许使能特殊屏蔽方式允许使能特殊屏蔽方式nSMM: 特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式ESMM SMM1 1 特殊屏蔽方式置位特殊屏蔽方式置位1 0 特殊屏蔽方式复位特殊屏蔽方式复位0 x 非特殊屏蔽方式非特殊屏蔽方式P(Polling): =1 查询方式查询方式 =0 非查询方式非查询方式A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 ESMM SMM 0 1 P RR RISnRR: 读寄存器读寄存器nRIS: ISR/IRR选择选择RR RIS1 1 读读ISR1 0 读读IRR0 x 无效无效OCW3