第6章中断处理技术及应用

1、第第6 6章章 中断处理技术及应用中断处理技术及应用6.1 中断的基本概念中断的基本概念6.2 8086/8088的中断系统的中断系统6.3 8259A中断控制器中断控制器6.4 8259A的综合应用举例的综合应用举例 6.1 6.1 中断的基本概念中断的基本概念 中断是微处理器中断是微处理器CPUCPU与外部设备交换信息的一种与外部设备交换信息的一种 方式。计算机在执行正常程序的过程中，当出现某些方式。计算机在执行正常程序的过程中，当出现某些异常事件、某种外部请求或程序预先安排的事件服务异常事件、某种外部请求或程序预先安排的事件服务时，处理器就暂时中断正在执行的正常程序，而转去时，处理器就暂

2、时中断正在执行的正常程序，而转去执行对异常事件或某种外设请求的处理操作或预先安执行对异常事件或某种外设请求的处理操作或预先安排的事件服务的程序中去。当处理完毕后，排的事件服务的程序中去。当处理完毕后，CPUCPU再返回再返回被暂时中断的程序继续执行，这个过程称为中断。被暂时中断的程序继续执行，这个过程称为中断。 6.1.1 6.1.1 中断的定义中断的定义6.1.2 6.1.2 中断的处理过程中断的处理过程中断的处理过程：中断请求、中断响应、中断处中断的处理过程：中断请求、中断响应、中断处理和中断返回。理和中断返回。中断请求中断请求1.1. 当外部设备要求当外部设备要求CPUCPU为它服务时，

3、发出一为它服务时，发出一个中断请求信号给个中断请求信号给CPUCPU进入中断申请，进入中断申请，CPUCPU在执行在执行完每条指令后都要检测中断请求输入线，看是否完每条指令后都要检测中断请求输入线，看是否有外部发来的中断请求信号，是否响应取决于有外部发来的中断请求信号，是否响应取决于CPUCPU允许中断还是禁止中断。若允许中断，则用允许中断还是禁止中断。若允许中断，则用STISTI开开中断指令打开中断触发器中断指令打开中断触发器IFIF，若禁止中断，则用，若禁止中断，则用关中断指令关中断指令CLICLI关闭中断触发器关闭中断触发器IFIF。 2.2.中断响应中断响应 当当CPUCPU检测到外部

4、设备有中断请求时，即检测到外部设备有中断请求时，即INTRINTR高电平有效，高电平有效，CPUCPU又处于允许中断状态，则又处于允许中断状态，则CPUCPU就进入中断响应周期，在就进入中断响应周期，在中断响应周期，中断响应周期，CPUCPU将自动完成如下操作将自动完成如下操作: : （1 1）连续发出两个中断响应信号完成一个中断响应周期。）连续发出两个中断响应信号完成一个中断响应周期。 （2 2）关中断，）关中断，CPUCPU一旦响应中断，便要立即将一旦响应中断，便要立即将IFIF位清零，以位清零，以避免在中断过程中或进入中断服务程序后受到其他中断源避免在中断过程中或进入中断服务程序后受到其

5、他中断源的干扰，只有中断处理程序中出现开中断指令的干扰，只有中断处理程序中出现开中断指令STISTI时，才允时，才允许许CPUCPU接收其他设备的中断请求。接收其他设备的中断请求。 （3 3）保护处理的现行状态，即保护现场。这包括将断点）保护处理的现行状态，即保护现场。这包括将断点地址及程序状态字地址及程序状态字PSWPSW（即（即FLAGSFLAGS内容）压入堆栈。所谓内容）压入堆栈。所谓断点，是指断点，是指CPUCPU响应中断前指令指针响应中断前指令指针IPIP及代码段寄存器及代码段寄存器CSCS中所保留的下一条指令的地址。程序状态字是现行程序中所保留的下一条指令的地址。程序状态字是现行程

6、序运行结果产生的状态标志和控制标志，在执行中断处理运行结果产生的状态标志和控制标志，在执行中断处理程序前，通过内部硬件自动将断点地址及程序前，通过内部硬件自动将断点地址及PSWPSW压入堆栈保压入堆栈保存起来，从而保证当中断处理程序执行完后能返回原程存起来，从而保证当中断处理程序执行完后能返回原程序。序。 （4 4）在中断响应周期的第二个总线周期中，读取中断类）在中断响应周期的第二个总线周期中，读取中断类型号，找到中断服务程序的入口地址，自动将程序转移型号，找到中断服务程序的入口地址，自动将程序转移到该中断源设备的中断处理程序的首地址，即将中断处到该中断源设备的中断处理程序的首地址，即将中断处

7、理程序所在段的段地址及第一条指令的有效地址分别装理程序所在段的段地址及第一条指令的有效地址分别装入入CSCS及及IPIP，一旦装入完毕，中断服务程序就开始执行。，一旦装入完毕，中断服务程序就开始执行。6.1.3 6.1.3 中断源、中断识别及其优先级中断源、中断识别及其优先级 1. 1.中断源中断源: :是指发出中断申请的外部设备或引起中断是指发出中断申请的外部设备或引起中断的内部原因。的内部原因。 2.2.中断识别及优先级方案：中断识别及优先级方案： 软件查询软件查询 硬件菊花链式优先级排队电路硬件菊花链式优先级排队电路 矢量中断优先级矢量中断优先级 硬件优先级编码比较电路硬件优先级编码比较

8、电路6.1.4 6.1.4 中断向量中断向量 中断向量与中断向量表：中断向量与中断向量表：中断服务程序的入口地址。中断服务程序的入口地址。 中断向量表：每一个中断服务程序部有一个唯一确定中断向量表：每一个中断服务程序部有一个唯一确定的入口地址，我们把系统中所有的中断向量集中起来的入口地址，我们把系统中所有的中断向量集中起来存放到存储器的某段区域内，这个存放中断向量的存存放到存储器的某段区域内，这个存放中断向量的存储区就叫中断向量表。储区就叫中断向量表。6.1.5 6.1.5 中断嵌套中断嵌套6.2 80866.2 8086的中断系统的中断系统6.2.1 8086/80886.2.1 8086/

9、8088的中断系统结构的中断系统结构 8086/8088 CPU8086/8088 CPU有一个强有力的中断处理系统，能处理有一个强有力的中断处理系统，能处理256256种不同种不同的中断类型。的中断类型。 8086CPU 8086CPU 系统中的中断（源）类型分为两大类，分别是外部中断系统中的中断（源）类型分为两大类，分别是外部中断和内部中断。和内部中断。 外部中断是由外部硬件中断源引起的中断。外部中断是由外部硬件中断源引起的中断。8086CPU8086CPU共有两条外共有两条外部中断请求线，分别是部中断请求线，分别是INTRINTR和和NMINMI。 内部中断是在系统运行程序时硬件出错或某

10、些特殊事件发生而引内部中断是在系统运行程序时硬件出错或某些特殊事件发生而引起的中断，它们均属专用中断，其类型号分别力起的中断，它们均属专用中断，其类型号分别力0 0、1 1、3 3、4 4。 8086808680888088的中断系统中优先级最高的是内部中断（单的中断系统中优先级最高的是内部中断（单步中断除外），其次是外部非屏蔽中断和可屏蔽中断，步中断除外），其次是外部非屏蔽中断和可屏蔽中断，优先级最低的是单步中断。优先级按从高到低的顺序排优先级最低的是单步中断。优先级按从高到低的顺序排列如下：列如下： 除法出错中断除法出错中断 INT n INT n 溢出中断溢出中断 NMI INTR NM

11、I INTR 单步中断单步中断6.3 8259A6.3 8259A中断控制器中断控制器 6.3.1 8259A 6.3.1 8259A的外部特性和内部结构的外部特性和内部结构6.3.2 8259A6.3.2 8259A的工作方式的工作方式 8259A8259A中有两种中断嵌套方式：全嵌套方式和特殊全嵌套方式。中有两种中断嵌套方式：全嵌套方式和特殊全嵌套方式。 全嵌套方式是全嵌套方式是8259A8259A最常用的一种工作方式。如果对最常用的一种工作方式。如果对8259A8259A进行初进行初始化始化 后没有设置其他优先级方式，那么后没有设置其他优先级方式，那么8259A8259A就按全嵌套方式就

12、按全嵌套方式工作。此时中断优先权的级别是固定的，按工作。此时中断优先权的级别是固定的，按IR0 IR0 IR7IR7逐级次之，逐级次之，IR0IR0最高，最高，IR7IR7最低。最低。 特殊全嵌套方式。特殊全嵌套方式和全嵌套方式基本相同。惟一特殊全嵌套方式。特殊全嵌套方式和全嵌套方式基本相同。惟一不同的地方在于：在特殊全嵌套方式下，当处理某一级中断时，不同的地方在于：在特殊全嵌套方式下，当处理某一级中断时，如果有同级的中断请求，那么它也会给予响应，如果有同级的中断请求，那么它也会给予响应， 从而实现一种从而实现一种对同级中断请求的特殊嵌套。而在全嵌套方式下，在处理某一级对同级中断请求的特殊嵌套

13、。而在全嵌套方式下，在处理某一级中断时，同级的中断请求是要被屏蔽的，不能予以响应，故而不中断时，同级的中断请求是要被屏蔽的，不能予以响应，故而不能嵌套。能嵌套。 82598259的循环优先方式分为：优先权自动循环方式和优先权特殊循的循环优先方式分为：优先权自动循环方式和优先权特殊循环方式。环方式。 优先权自动循环方式一般用于系统中有多个相同优先权的中断源优先权自动循环方式一般用于系统中有多个相同优先权的中断源的场合。在这种方式下，当某一个中断源受到中断服务后，它的的场合。在这种方式下，当某一个中断源受到中断服务后，它的优先权就自动降为最低，而与之相邻的优先级就升为最高。优先权就自动降为最低，而

14、与之相邻的优先级就升为最高。 优先权特殊循环方式与优先权自动循环方式相比仅有一点不同，优先权特殊循环方式与优先权自动循环方式相比仅有一点不同，就是在优先权特殊循环方式下，一开始的最低优先权是由编程确就是在优先权特殊循环方式下，一开始的最低优先权是由编程确定的，而不是自动规定，从而也就确定了最高优先权。例如，编定的，而不是自动规定，从而也就确定了最高优先权。例如，编程时确定程时确定IR5IR5为最低优先权，则为最低优先权，则IR6IR6就是最高优先级。就是最高优先级。 中断屏蔽方式分为：普通屏蔽方式和特殊屏蔽方式中断屏蔽方式分为：普通屏蔽方式和特殊屏蔽方式 普通屏蔽方式是通过编程将中断屏蔽字写入

15、普通屏蔽方式是通过编程将中断屏蔽字写入IMRIMR而实现的。若而实现的。若写入某位为写入某位为1 1，对应的中断请求被屏蔽，为，对应的中断请求被屏蔽，为0 0则对应的中断请则对应的中断请求被开放。求被开放。 特殊屏蔽方式是用于这样一种特殊要求的场合，即在执行较特殊屏蔽方式是用于这样一种特殊要求的场合，即在执行较高级的中断服务时，希望开放较低级的中断请求。高级的中断服务时，希望开放较低级的中断请求。 1 1、8259A的编程结构的编程结构 8259A的编程结构中的编程结构中,中断管理是通过中断管理是通过8259A初始化时写入初始化时写入初始化命令字和操作命令字来设置的。初始化命令字和操作命令字来

16、设置的。6.3.2 8259A6.3.2 8259A的控制字及中断操作能力的控制字及中断操作能力操作命令字操作命令字 OCWOCW命令字命令字8259的编程的编程,是通过对是通过对8259中两类命令字的设置来实现的中两类命令字的设置来实现的.ICW1ICW1-芯片控制初始化命令字芯片控制初始化命令字ICW2ICW2-设置中断类型号初始化命令字设置中断类型号初始化命令字ICW3ICW3-标识主标识主/ /从片初始化命令字从片初始化命令字ICW4ICW4-方式控制初始化命令字方式控制初始化命令字 OCW1 -中断屏蔽操作命令字中断屏蔽操作命令字OCW2 -优先权循环方式和优先权循环方式和 中断结束

17、方式操作字中断结束方式操作字OCW3 -特殊屏蔽方式和特殊屏蔽方式和 查询方式操作字查询方式操作字处始化命令字处始化命令字 ICW（1 1） ICWICW1 1-芯片控制初始化命令字（必须写入偶地址端口）芯片控制初始化命令字（必须写入偶地址端口）格式：格式：0XX1LTIM0SNGLIC4X 8086/80888086/8088系统中不使用系统中不使用1 1：电平触发（高电平）：电平触发（高电平）0 0：边沿触发（上升沿）：边沿触发（上升沿）1 1：单级使用：单级使用0 0：级联使用：级联使用1 1：需要设置：需要设置ICW4ICW40 0：不需要设置：不需要设置ICW4ICW4例例： ICW

18、1 EQU 13H；13H=000113H=00010 00 01111B B MOV AL，ICW1； OUT 20H，AL；单片单片82598259，上升沿触发，要求设置，上升沿触发，要求设置ICW4ICW4ICW4ICW4方式控制初始化方式控制初始化ICW11、处始化命令字处始化命令字ICW2 2） ICWICW2 2-设置中断类型号初始化命令字设置中断类型号初始化命令字（必须写入奇地址端口）（必须写入奇地址端口）对应对应IR0-IR7中响应中响应哪级中断（哪级中断（000-111）1T6T5T4T3000T7用户自己设定用户自己设定注注：8259中中IR0端对应的中断类型号为中断类型号

19、的基端对应的中断类型号为中断类型号的基 值，它是可以被值，它是可以被8整除的正整数。整除的正整数。例例1 1：ICW2ICW2的值为的值为20H20H， 则提供外部中断的类型号为：则提供外部中断的类型号为： IR0-20HIR0-20H IR1-21H IR1-21H IR7-27H IR7-27HPC/XT PC/XT 系统中系统中T T7TT3的值为的值为00001 00001 则提供外部中断的类型号为：则提供外部中断的类型号为： IR0-08HIR0-08H IR1-09H IR1-09H IR7-0FH IR7-0FH 即编程为：即编程为： MOV ALMOV AL，08H08H OU

20、T 21H OUT 21H，ALAL格格 式：式：ICW23 3） ICWICW3 3-标识主标识主/ /从片初始化命令字（必须写入奇地址端口从片初始化命令字（必须写入奇地址端口) ) 说明说明: : 8259 8259有级联时才设置有级联时才设置, ,即即ICW3ICW3才有意义才有意义 ICW1 ICW1的的D1D1位位(SNGL=0)(SNGL=0)时时, ,才设置才设置ICW3ICW3 ICW3 ICW3的具体格式与本片是主的具体格式与本片是主/ /从有关从有关 格式格式 1IR7IR4IR5IR3IR2IR1 IR0IR6IRi=0 0: :表示表示IRIRi i端上未接端上未接82

21、598259从片从片1 1: :表示表示IRIRi i端上接有端上接有82598259从片从片主片主片10000ID2ID1 ID00从从82598259的识别地址的识别地址从片从片例例: :对于主片对于主片 ICW3 = F0H (11110000) 上述特征表示上述特征表示: IR7,IR6,IR5,IR4 接有从片接有从片 IR3,IR2,IR1,IR0 没接从片没接从片对于从片对于从片 ID2-ID0 = 000-111ID2-ID0 = 000-111表示从片接在主片的哪个中断请表示从片接在主片的哪个中断请求输入端上求输入端上, , 如如ID2-ID0 = 011ID2-ID0 =

22、011则说明从片接在主则说明从片接在主82598259的的IR3IR3端上端上ICW34 4） ICW4ICW4-方式控制初始化命令字（必须写入奇地址端口方式控制初始化命令字（必须写入奇地址端口) ) 说明说明: ICW1: ICW1的的IC4=1IC4=1时时, ,要求预置要求预置ICW4,8086/8088ICW4,8086/8088系统必须预置系统必须预置 1000SFNMBUFM/SAEOIuPM1:1:特殊完全嵌套方式特殊完全嵌套方式0:0:非特殊完全嵌套方式非特殊完全嵌套方式1:1:与与86/8886/88配和配和0:0:与与80/8580/85配和配和1:1:自动自动EOIEOI

23、方式方式0:0:非自动非自动EOIEOI方式方式非缓冲方式非缓冲方式 0 X0 X缓冲方式缓冲方式 从从8259 1 08259 1 0 主主8259 1 18259 1 1格式格式: :ICW48259 8259 初始化流程初始化流程 用用ICW1ICW1设置设置是否级联是否级联请求信号格式请求信号格式后面是否用后面是否用ICW4ICW4用用ICW2ICW2设置中断类型码设置中断类型码是否为级联方式是否为级联方式? ?本片为主片吗本片为主片吗? ?设设ICW3,ICW3,各位对应各位对应IR0-IR7IR0-IR7的连接情况的连接情况设设ICW3,ICW3,高五位为高五位为0 0低三位为标识

24、码低三位为标识码要用要用ICW4ICW4吗吗? ?用用ICW4ICW4设置设置是否为特殊全嵌套方式是否为特殊全嵌套方式是否为缓冲方式是否为缓冲方式是否为自动结束中断方式是否为自动结束中断方式是否为是否为86/8886/88系统系统NENDENDNY 82598259工作必须对其初始化工作必须对其初始化 ICW1 ICW1 必须写入偶地址端口必须写入偶地址端口, , ICW2-ICW4ICW2-ICW4必须写入奇地址端口必须写入奇地址端口 ICW1-ICW4 ICW1-ICW4 的设置次序是固定的设置次序是固定 的不可颠倒的不可颠倒. . 每片每片82598259都需设置都需设置ICW1,ICW

25、2.ICW1,ICW2.而而 ICW3,ICW4ICW3,ICW4则不一定则不一定. . 有级联时有级联时, ,需设置需设置ICW3(ICW3(主主/ /从从) ) 86/88 86/88系统需要设置特殊全嵌套系统需要设置特殊全嵌套 方式、方式、缓冲方式、中断自动结缓冲方式、中断自动结 束方式方式下束方式方式下, ,需设需设ICW4ICW4ICW1-ICW1-初始化命令字初始化命令字ICW2-ICW2-设置中断类型号设置中断类型号ICW3-ICW3-主主/ /从初始化从初始化ICW4-ICW4-中断方式控制字中断方式控制字功能功能 82598259有有3 3个个操作操作命令字命令字 OCW1-

26、OCW3 OCW1-OCW3 设置时端口地址有严格的规定设置时端口地址有严格的规定: : OCW1 OCW1 必须写入奇地址端口必须写入奇地址端口, , OCW2-OCW3 OCW2-OCW3 必须写入偶地址端口必须写入偶地址端口, , 1 M7 M6M5M4M3M2M1M0 Mi= Mi= 1: 1: 屏蔽由屏蔽由IRiIRi引入的中断请求引入的中断请求 0: 0: 允许由允许由IRiIRi引入的中断请求引入的中断请求例例: : 现现 OCW1=06H (00000110)OCW1=06H (00000110) 则表示的特征是则表示的特征是: IR1,IR2 : IR1,IR2 引腿上的中断

27、请求受到屏蔽引腿上的中断请求受到屏蔽2、操作操作命令字命令字 OCWOCW 操作操作命令字命令字是在应用程序内部设置的是在应用程序内部设置的, ,设置时设置时, , 次序上没有严格的要求次序上没有严格的要求. .）OCW1 -OCW1 -中断屏蔽操作命令字中断屏蔽操作命令字 ( (写入奇地址端口写入奇地址端口) )（可读）（可读） 格式格式: :2 2）OCW2 -OCW2 -优先权循环方式和中断结束方式操作字优先权循环方式和中断结束方式操作字 ( (写入偶地址端口写入偶地址端口) ) 功能功能: : 决定决定82598259是否采用优先级循环方式是否采用优先级循环方式, , 中断结束采用普通

28、中断结束采用普通/ /特殊的特殊的EOIEOI结束方式结束方式0RSLEOI00L0L1L2 R SL EOI R SL EOI 三位的含义三位的含义: :R R - - 决定了系统的中断优先级是否按循环方式设置决定了系统的中断优先级是否按循环方式设置1:1:中断优先级按循环方式设置中断优先级按循环方式设置 ( (每个中断轮流成为最高级每个中断轮流成为最高级) )0: 0: 设置为固定优先级设置为固定优先级 (0(0级最高级最高,7,7级最低级最低) )SL - 决定了决定了OCW2 OCW2 中中 L2-L0L2-L0是否有效是否有效1: L2-L0 1: L2-L0 有效有效0: L2-L

29、0 0: L2-L0 无效无效EOI - 中断结束命令位中断结束命令位1: 1: 执行中断结束命令执行中断结束命令0: 0: 不执行中断结束命令不执行中断结束命令L2-L0L2-L0的用处的用处: : 当当 OCW2 OCW2 设置为特殊设置为特殊EOIEOI结束命令时结束命令时, ,它具体指出了要清除当前它具体指出了要清除当前ISR ISR 中的那一位中的那一位 . . 当当 OCW2OCW2设置为特殊优先级循环方式命令时设置为特殊优先级循环方式命令时, ,它指出了循环开始时设它指出了循环开始时设 置的最低优先级置的最低优先级001 - 001 - 普通普通EOIEOI方式方式 CPUCPU

30、向向82598259发普通发普通EOIEOI指令指令011 - 011 - 特殊特殊EOIEOI方式方式 CPUCPU向向82598259发特殊发特殊EOIEOI指令（含清除的中断级别指令（含清除的中断级别101 - 101 - 普通普通EOIEOI循环方式，循环方式， （被响应后降为最低）被响应后降为最低）111 - 111 - 特殊特殊EOIEOI循环方式循环方式 （ 最低级由程序确定）最低级由程序确定）000 - 000 - 自动自动EOIEOI循环循环( (复位复位) ) 第二个第二个INTAINTA后自动对后自动对ISRISR位清位清0 0，改变，改变级别与普通级别与普通EOIEOI

31、循环方式相同循环方式相同100 - 100 - 自动自动EOIEOI循环循环( (置位置位) )110 - 110 - 置位优先权命令置位优先权命令010 - 010 - 无效无效000 - IR0000 - IR0001 - IR1001 - IR1010 - IR2010 - IR2011 - IR3011 - IR3100 - IR4100 - IR4101 - IR5101 - IR5110 - IR6110 - IR6111 - IR7111 - IR70RSLEOI00L0L1L2OCW2OCW2的格式的格式: :MOV AL，20HOUT 20H，AL3 3）OCW3 -OCW3

32、 -特殊屏蔽方式和查询方式操作字特殊屏蔽方式和查询方式操作字 ( (写入偶地址端口写入偶地址端口) ) 功能功能: : 设定特殊屏蔽方式设定特殊屏蔽方式 设置对设置对82598259寄存器的读出寄存器的读出 设置中断查询工作方式设置中断查询工作方式格式格式: :0XESMM SMM01PRRRIS0X: 0X: 无效无效10: 10: 特殊屏蔽方式复位特殊屏蔽方式复位11: 11: 特殊屏蔽方式置位特殊屏蔽方式置位1:1:查询查询82598259状态状态0:0:不查询不查询0X: 0X: 无效无效10:10:下次下次RDRD有效有效, ,读读IRR IRR 11:11:下次下次RDRD有效有效

33、, ,读读ISRISR 例例6-1 6-1 设定设定8259A8259A各命令字的口地址为各命令字的口地址为20H20H、21H21H。8259A8259A初始化设定的工作方式为：边沿触发方式、缓冲器方式、初始化设定的工作方式为：边沿触发方式、缓冲器方式、EOIEOI方式、中断全嵌套优先权管理方式。方式、中断全嵌套优先权管理方式。 根据以上要求，对根据以上要求，对8259A8259A初始化的程序段如下：初始化的程序段如下： MOV ALMOV AL，00010011B 00010011B OUT 20H OUT 20H，ALAL； 设设ICW 1ICW 1为边沿触发方式，单片为边沿触发方式，单片8259A8259A，需要，需要ICW4ICW4 MOV AL MOV AL，00001000B00001000B OUT 21H OUT 21H，ALAL； 设置设置ICW2ICW2中断类型号为中断类型号为08H-0FH08H-0FH MOV ALMOV AL，00001101B 00001101B OUT 21H OUT 21H，ALAL； 设置设置ICW4ICW4为为80868086模式，正常模式，正常EOIEOI、缓冲，全嵌套、缓冲，全嵌套 例：例：某某80868086系统中用两片系