第8章YA及专题中断系统

1、第第6 6章章 中断系统中断系统本章重点本章重点中断基本概念中断过程8086CPU中断系统8259A中断控制器的功能及应用 6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念中断系统是完成中断功能的软件及硬件电路的总称，它可以使计算机实现如下操作：(1) 故障检测和自动处理。(2) 实时信息处理。(3) 分时处理。(4) 并行工作。 什么是中断?一、中断及中断源一、中断及中断源6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念正在看书正在看书电话铃响电话铃响接电话接电话继续看书继续看书执行程序执行程序事件发生事件发生事件处理事件处理继续执行程序继续执行程序中断处理中断处理中断请求及响应中断

2、请求及响应实际场景实际场景计算机计算机中断返回中断返回中断：CPU执行程序时，由于发生了执行程序时，由于发生了某种随机事件某种随机事件(外部或内部外部或内部)，引起，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊服务程序段特殊服务程序(称中断服务程序或中断称中断服务程序或中断处理程序处理程序)，以处理该事件，该事件处理，以处理该事件，该事件处理完后又返回被中断程序继续执行，这一完后又返回被中断程序继续执行，这一过程称为中断。过程称为中断。优点：避免了CPU不断检测外设状态的过程，提高了CPU的利用率；提高数据传输率；实现对特殊事件的实时响应。中断源及分类6

3、.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念中断源：引起CPU中断的事件，是发出中断请求的来源。例如：外设外设请求输入输出数据，报告故障等；请求输入输出数据，报告故障等；事件事件掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定 时时间到等。时时间到等。内部中断内部中断(CPU内部内部)外部中断外部中断(外部设备外部设备)异常中断异常中断软件中断软件中断可屏蔽中断可屏蔽中断非屏蔽中断非屏蔽中断异常事件引起异常事件引起中断指令引起中断指令引起 INTR中断中断FR: IF=1，允许；，允许；IF=0，禁止，禁止NMI中断中断二、外设中断的一般过程二、外设中断的一般

4、过程6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念（1）中断请求中断请求（2）中断判优及中断源识别中断判优及中断源识别 软件查询方式；软件查询方式； 硬件优先级判优；硬件优先级判优； 可编程中断控制器判优。可编程中断控制器判优。（3）中断响应中断响应（4）中断处理（服务）中断处理（服务）（5）中断返回中断返回6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念中断请求中断请求CPU响应中断后（中断被处理），中断请求信号应及时撤销。外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到CPU的的INTR或或NMI引脚；引脚；中断判优及中断源识别中断判优及中断源识别

5、软件查询法：执行优先级判优的查询程序中断请求信号：边沿请求有效或电平请求有效；中断请求信号：边沿请求有效或电平请求有效；例如，例如，NMI为边沿请求有效，为边沿请求有效，INTR为电平请求为电平请求有效有效硬件电路法：由中断源提供中断类型号，CPU根据类 型确定中断源6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念中断判优中断判优要解决的问题要解决的问题对同时产生的中断：首先处理优先级别较高的中断；若优先级别相同，则按先来先服务的原则。中断嵌套中断嵌套中断判优中断判优控制方法控制方法软件查询判优：顺序查询中断请求，先查询的先服务 （即先查询的优先级别高）硬件判优：链式判优、可编程中断控制器

6、判优 （中断向量法）对非同时产生的中断：低优先级中断程序允许被高优先级中断源所中断。6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念软件查询判优基本原理：当CPU接收到中断请求信号后，执行优先级判优查询程序，逐个检测外设中断请求标志位状态，检测顺序按优先级高低进行。 CPU首先响应优先级最高中断请求，在处理完优先级最高中断请求后，再转去响应并处理优先级较低中断源请求。软件查询程序如下：IN AL, n ；n三态缓冲器 ；端口地址ROL AL,1 ；JC FWA ；服务程序AROL AL,1JC FWBROL AL,1JC FWC中断响应中断响应（1）对）对INTR，CPU应处于开中断状态，

7、即应处于开中断状态，即IF=1；CPU响应中断时，要做下列三项工作：响应中断时，要做下列三项工作：（1）向中断源发出）向中断源发出INTA中断响应信号，并关中断；中断响应信号，并关中断；（2）断点（返回地址）保护，包括）断点（返回地址）保护，包括CS、IP和和FR；（3）获得中断服务程序首地址）获得中断服务程序首地址(入口入口)，执行中断处理程序。，执行中断处理程序。 （固定入口法、中断向量法）（固定入口法、中断向量法）6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念每条指令最后一个时钟周期，CPU检测INTR和NMI信号。执行完当前指令并下列条件成立，则CPU响应中断：（2）当前没有复位

8、）当前没有复位(RESET)、保持、保持(HOLD)、内部中断。、内部中断。（3）若）若NMI和和 INTR 同时发生，则首先响应同时发生，则首先响应NMI。中断处理（中断服务）中断处理（中断服务）执行中断服务子程序，中断服务子程序完成工作：保护现场（PUSH）6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念开中断（STI）中断处理关中断（CLI）恢复现场（POP）中断返回（IRET） 执行IRET指令，使IP、CS和FR从堆栈弹出，保证被中断的程序从断点处能够继续往下执行。IPLIPHCSLCSHFRLFRHSPIPLIPHCSLCSHFRLFRHSPIPCSFR进入中断服进入中断服务程

9、序时务程序时中断返回后中断返回后中断返回中断返回6.1 6.1 中断系统的基本概念中断系统的基本概念堆栈变化情况3000H3000H6.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统一、一、8086/80888086/8088中断分类中断分类NMIINTR中断逻辑中断逻辑软件中断指令软件中断指令( (用户自定义用户自定义) )溢出中断溢出中断除法错除法错单步中断单步中断非屏蔽中断请求非屏蔽中断请求中断控中断控制器制器8259APIC8086/8088CPU8086/8088CPU内部逻辑内部逻辑断点中断断点中断可可屏屏蔽蔽中中断断请请求求n43012中断类型码中断类型码内部中

10、断内部中断外部中断外部中断软件中断（软件中断（INT n, n=0255）溢出中断（溢出中断（INT4）断点中断（断点中断（INT3）除法错中断除法错中断单步中断单步中断非屏蔽中断（非屏蔽中断（NMI，不可软件屏蔽），不可软件屏蔽）可屏蔽中断（可屏蔽中断（INTR，IF=1可响应，类型码可响应，类型码PIC提供）提供）256个中个中断源断源 IBM-PC机机INTR中断类中断类型码为型码为08H0FH，80286以后还包括以后还包括70H77H6.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统 当INTR信号有效(为高电平)时，如果IF=0， CPU屏蔽INTR中断；如果IF

11、=1，则允许INTR中断。 开中断指令STI使IF置1，关中断指令CLI使IF清零。可屏蔽中断可屏蔽中断INTR CPU响应INTR中断后：产生两个连续中断响应总线周期。第一个中断响应周期，表明响应中断；第二个中断响应周期，中断源将中断类型码送数据总线。 CPU读入中断类型码后，CPU内部硬件电路进行断点保护，并自动关中断IF=0。根据中断类型码，获得中断服务程序入口地址，执行中断服务程序对中断源进行服务。 6.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统 不受IF标志的影响，常用于电源掉电、存储器读/写出错、总线奇偶位出错等重要事件的中断重要事件的中断。不可屏蔽中断不可屏

12、蔽中断NMI NMI中断请求能被CPU锁存，因此可以采用边沿触发方式采用边沿触发方式。CPU响应NMI中断，硬件电路自动产生中断类型码为2的中断。 （1）CPU内部硬件电路进行断点保护，关中断；（2）由CPU硬件自动形成或由软件指令提供中断类型码；（3）CPU根据中断类型码决定中断服务程序入口地址，转向相应中断服务程序去执行。 CPU响应NMI中断没有中断响应周期，当NMI中断和内部中断产生时：总结总结INTR与与NMI的区别的区别中断向量表存放各类中断的中断服务程序入口地址；每个入口占用4 字节，低2个字节为段内偏移地址，高2个字节为段基址；表地址位于内存00000H003FFH（共1KB）

13、，可存放256个入口。根据中断类型码n获得中断服务程序入口地址在向量表中的地址，即中断向量在中断向量在表表中存放的逻辑地址：中存放的逻辑地址： 0000H：4n将用户自定义的中断服务程序入口地址放入向量表。中断类型码？中断类型码？中断向量？中断向量？中断服务程序入口地址？中断服务程序入口地址？中断向量表？中断向量表？中断服务程序入口地址表？中断服务程序入口地址表？6.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统003FFH 003FCH 00080H 0007CH 00014H 00012H 0000CH 00008H 00004H 00000H 专用专用 中断向量中断向量

14、 （5 个）个） 系 统 保 留系 统 保 留 中 断 向 量中 断 向 量 （27 个）个） 用户可用用户可用 中 断 向 量中 断 向 量（224 个）个） 16 位位 CS IP 255 号向量号向量 32 号向量号向量 31 号向量号向量 5 号向量号向量 4 号向量号向量(溢出溢出) 3 号向量号向量 2 号向量（非屏蔽）号向量（非屏蔽） 1 号向量（单步）号向量（单步） 0 号向量（除法错）号向量（除法错） 中断向量表中断向量表6.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统中断向量表的初始化 CLI；关中断 MOV AX，0000H MOV DS，AX；向量表

15、段基址 MOV SI，48H*4；n=48H,向量表偏移地址 MOV AX，OFFSET int48h；服务程序int48h入口偏移地址 MOV SI，AX MOV AX，SEG int48h；服务程序int48h入口段基址 MOV SI+2，AX STI；开中断方法2：采用DOS系统功能调用25H号：AH25H，AL中断向量码，DS:DX中断向量段基地址：偏移地址方法1：直接编程填写中断向量表6.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统例：将中断向量码为48H的服务程序入口地址放入向量表6.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统8088/80

16、86中断系统的优先级优先级从高到低的顺序为：内部中断内部中断NMI中断中断INTR中断中断单步中断单步中断中断响应和处理中断响应和处理流程流程p268图图6.76.2 8086/80886.2 8086/8088中断系统中断系统 中中断断服服务务程程序序入入口口 C CP PU U 响响应应中中断断后后 自自动动关关中中断断 保保护护现现场场 开开中中断断 中中断断服服务务 关关中中断断 恢恢复复现现场场 开开中中断断 中中断断返返回回 入入口口地地址址： P PU US SH H A AX X ；保保护护现现场场 P PU US SH H B BX X P PU US SH H C CX X

17、 P PU US SH H D DX X P PU US SH H S SI I P PU US SH H D DI I P PU US SH H S SP P P PU US SH H B BP P C CL LI I ；开开中中断断 ；中中断断服服务务 S ST TI I ；关关中中断断 P PO OP P B BP P ；恢恢复复现现场场 P PO OP P S SP P P PO OP P D DI I P PO OP P S SI I P PO OP P D DX X P PO OP P C CX X P PO OP P B BX X P PO OP P A AX X C CL LI

18、 I ；开开中中断断 I IR RE ET T ；中中断断返返回回 结结尾尾部部分分 主主体体部部分分 起起始始部部分分 中断服务程序框图与程序示例中断服务程序框图与程序示例6.3 可编程中断控制器可编程中断控制器8259A 具有多种中断优先权管理方式。 是Intel公司生产的可编程中断控制器(PIC，Programmable Interrupt Controller)，主要功能：单片可管理8级外部中断，9片级联方式下可管理64级外部中断。对任何一个优先级别的中断源都可单独进行屏蔽设置，即屏蔽和取消屏蔽。能向CPU提供中断类型码。可使不能提供中断类型码的可编程接口芯片8255A、8253、82

19、51A等采用中断方式。一、一、8259A8259A内部结构和引脚功能内部结构和引脚功能6.3 可编程中断控制器可编程中断控制器8259A 8259A内部结构 D7D7D0D0 SP/ENSP/EN CAS0CAS0 CAS1CAS1 CAS2CAS2 数据总线数据总线缓冲器缓冲器 读/写 控制逻辑 级连缓冲级连缓冲比较器比较器 读/写 控制逻辑 读/写 控制逻辑 读读/ /写写 控制控制 逻辑逻辑 RDRD WRWR A0A0 CSCS 控制逻辑控制逻辑 中断中断 服务服务 寄存器寄存器 ISRISR 优先权优先权 判别判别 电路电路 中断中断 请求请求 寄存器寄存器 IRRIRR 中断屏蔽寄

20、存器中断屏蔽寄存器 IMR IMR INTAINTA INTINT 内部总线内部总线 IR0IR0 IR1IR1 IR2IR2 IR3IR3 IR4IR4 IR5IR5 IR6IR6 IR7IR7 初始化命令初始化命令寄存器组寄存器组操作命令操作命令寄存器组寄存器组组成部分？组成部分？6.3 可编程中断控制器可编程中断控制器8259A 8259A8259A的引线图的引线图 VCC A0 INTA IR7 IR6 IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR0 INT SP/EN CAS2 CS W R RD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CAS0 CAS1 GND 1 825

21、9A 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 6.3 可编程中断控制器可编程中断控制器8259A 8259A与8086/8088系统连接如图所示，其工作过程：二、工作过程二、工作过程AD0AD7INTAINTRD0 IR0D7 IR7INTAINT中断输入中断输入8086/80888259A(1)外设通过IR0 IR7请求中断，高电平有效，使IRR相应位置1并锁存；(2)据IMR把IRR中非屏蔽中断请求送判优电路去排队；6.3 可编程中断控制器可编程中断控制器8259A (3)判优电路确定

22、当前非屏蔽的最高优先级，通过控制逻辑把INT送CPU的INTR端；使IRR锁存功能有效；中断类型码寄存器内容送DB，供CPU读，执行中断服务程序；(4)CPU若响应该请求，则向8259A发两个INTA信号，第一个INTA脉冲到来时，使IRR相应位复位。第二个INTA脉冲到来，完成：8259A8259A应用专题应用专题专题内容：主程序是在屏幕上循环显示0123456789，中断服务子程序为在屏幕上显示自己姓名的第一个拼音字母组成的字符串，如：张三，则显示字符串“ZS”。运行主程序后，由开关按下时，产生单次脉冲通过实验箱上主片8259A的MIR7（IR7）给CPU发中断请求。要求每按动一次开关，产

23、生一次外部中断，使CPU执行中断服务程序，在显示屏上输出自己姓名的第一字母组成的字符串。8259A8259A应用专题应用专题要求：1、预习实验指导书P31：4.1 系统认识实验；4.3 8259A控制实验；预习教材6.3节。2、预习相关内容，按专题报告模板完成其中的一至四项内容。3、进入实验室时，必须持有专题报告并已完成其中的一至四项内容。根据调试情况添加实验结果等内容，下课离开实验室时将报告交指导老师。4、根据专题报告、调试过程、完成情况、讨论情况评定成绩并记入理论课程和实验课程的期末总成绩。5、带实验指导书和教材。 8259A8259A应用专题应用专题辅导：1、硬件接线图如下图所示；2、先

24、编写循环显示“0123456789”的程序并调试通过；3、编写显示自己姓名拼音第一个字母字符串的程序并调试通过；4、循环显示“0123456789”的程序为主程序，显示自己姓名拼音第一个字母字符串的程序为中断服务程序，完成本专题要求的程序并调试通过；5、完成专题报告的五、六部分内容。8259A初始化编程 8259A的编程；的编程；ICW和和OCW寄存器组；寄存器组；8259A的控制命令分为：的控制命令分为：有有4个个ICW（ICW1ICW4）；）；向向8259A写入写入ICW的过程称为的过程称为初始化编程。初始化编程。(2)操作命令字操作命令字OCW 有有3个个OCW（OCW1OCW3）；）；

25、向向8259A写入写入OCW的过程称为的过程称为操作方式编程。操作方式编程。8259A内部寄存器的寻址方法需要CS、A0、RD、WR和D4、D3的配合；内部寄存器的访问方法如下表： CSRDWRA0D4D3读写操作010000写写OCW2写写OCW3写写ICW1写写ICW2,ICW3,ICW4,OCW1(顺序写入顺序写入)00101x1xx00101xx读出读出IRR、ISR读出读出IMR 在硬件系统中，在硬件系统中，8259A有两个端口地址：有两个端口地址： ICW1，OCW2，OCW3，ISR，IRR占一个；占一个； ICW2，ICW3，ICW4，OCW1，IMR占另一个；占另一个； 同一

26、端口靠标志位和写入顺序加以区别。同一端口靠标志位和写入顺序加以区别。8259A初始化编程 D3、D4为对应寄存器的标志位8259A 初始化编程初始化编程8259A的初始化顺序8259的初始化流程如图 注意次序不可颠倒注意次序不可颠倒 8259A 初始化编程初始化编程8259A控制命令字（1）初始化命令字 8259A开始工作前，系统中的每片8259A都须由24个初始化命令字(ICW)来设定其状态和工作方式。芯片控制芯片控制ICW1设中断类型码设中断类型码ICW2标志主片标志主片/从片从片ICW3方式控制方式控制ICW48259A 初始化编程初始化编程芯片控制初始化命令字ICW1，写入偶地址端口8

27、086/8088系统不用系统不用MOV AL，13H ；ICW1上升沿触发，单片8259AOUT 20H，AL ；8086/8088 CPU 需要ICW48259A 初始化编程初始化编程设中断类型码初始化命令字ICW2，写入奇地址端口用于规定用于规定IR0IR7所对应的所对应的中断类型码的高中断类型码的高5位，低位，低3位位由由8259A自动产生。自动产生。MOV AL，08H ；ICW2中断类型号，起始中断号为08HOUT 21H，AL8259A初始化编程级联命令字ICW3，写入奇地址端口主片8259A从片8259A由由D2D0规定从片输出线规定从片输出线INT接主片哪个接主片哪个IRi上，

28、上，i=07。表示主片输入端表示主片输入端IR0IR7是否接从片是否接从片8259A初始化编程中断结束方式命令字ICW4，写入奇地址端口 1-8088/8086CPU 0-8080/8085CPU 1-自动EOI 方式 0-非自动EOI 方式 1-特殊完全嵌套方式 0-一般完全嵌套方式 0 非缓冲方式 1 0 缓冲方式从片 1 1 缓冲方式主片 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 SFNM BUF M/S AEOI uPM ICW4标志位标志位MOV AL，01H ；ICW4，普通全嵌套方式，一般EOI方式OUT 21H，AL8259A初始化编程（2）操作命令字8259A初始化后，修改其工作方式需要写入操作命令字OCW。中断屏蔽操作命令字OCW1，写入奇地址端口写入奇地址端口对应中断屏蔽寄存器对应中断屏蔽寄存器IMR相应位，相应位，1表示该位表示该位中断请求被屏蔽，