第7章 中断技术

1第七章中断技术§7.1中断的基本概念§7.28086中断系统§7.3可编程中断控制器8259A及应用2§7.1中断的基本概念

中断：CPU正常运行时，由于内、外部事件或由程序的预先安排，而使它暂停执行当前程序，转而执行另外一段程序，完成后再返回暂停处继续执行原来的程序的过程。

中断源：引起程序中断的事件或设备

断点：中断响应时的程序暂停点

中断服务程序：响应中断后执行的一段程序

中断系统：实现中断功能的控制逻辑3§7.1中断的基本概念

中断系统的基本功能：（1）实现中断响应、中断服务、中断返回和中断屏蔽；（2）实现中断优先级排队；（3）实现中断嵌套。4一、中断过程（掌握）主程序中断服务子程序中断响应中断返回中断请求中断源断点一个完整的中断过程包括中断请求、中断响应、中断服务和中断返回四个阶段。51、中断源和中断申请一般有以下几种中断源：（1）外设的请求，如I/O接口的传送请求，实时时钟中断等。（2）由硬件故障引起的。如电源掉电、奇偶校验错误或协处理器中断请求等。（3）由程序预先安排的中断指令（INTn）引起，或CPU内部运算产生的某些错误引起的中断。如除法出错、运算溢出、程序调试中设置断点等。62、中断响应CPU在每条指令的最后一个时钟周期，都会自动地检测“中断请求”线（如8086CPU的INTR引脚），若有中断请求，且CPU又允许中断，则CPU进入中断响应周期，在这段时间，CPU要通过其内部硬件自动完成以下操作：（1）关中断。（中断响应周期不被其他中断打扰）（2）保护断点。（CS：IP、FR压入堆栈）（3）查中断源。由硬件设计封锁电路或软件查询或使用专用的接口对多个中断源进行排队，同时只允许一个中断源得到响应。（4）将中断服务程序的入口地址送至CS：IP73、中断服务(中断处理)

中断服务程序主要完成：保护现场（把需要保护的寄存器的内容压入堆栈）开中断（允许CPU响应其它中断，实现中断嵌套）中断服务（执行中断服务子程序）关中断（保证恢复现场的工作不受干扰）恢复现场（把保护在堆栈中的寄存器的内容弹出堆栈）开中断（允许CPU响应其它中断）84、中断返回

在中断服务子程序中通过执行中断返回指令IRET，返回到主程序，CPU自动将堆栈中FR、CS：IP的内容弹回。9二、中断识别及中断优先级管理（了解）软件查询法向量中断法1、中断优先级排队2、中断嵌套（多重中断）硬件查询法专用硬件方式（8259A）低级中断服务主程序断点主程序高级中断服务10（1）软件查询法（程序查询法）当CPU响应中断后，在简单硬件接口电路的支持下，通过查询程序以确定哪些外设申请中断并按事先确定的优先级别确定查询的先后顺序，最先被查询的优先级别最高。软件查询法软件查询法的优点：硬件简单、改变外设的中断优先级而不必变更硬件连接。软件查询法的缺点：速度慢，占用CPU时间。保护现场IR0请求？读中断请求IR1请求？IR7请求？恢复现场0#中断服务1#中断服务7#中断服务中断返回中断服务子程序入口D0D1D7INTRINTACPU中断请求锁存器CS译码ABIR0IR1IR712（2）向量中断法

在CPU响应中断后，中断源提供一个地址信息，由该地址信息对程序的执行进行导向，将程序引导到中断服务程序中去，该地址信息称为中断向量或中断矢量（一般为中断服务子程序的入口地址），这种中断称为向量中断。向量中断法

简单硬件查询法

中断专用控制硬件法

13a.简单硬件查询方式——菊花链法

菊花链法：是用硬件排队电路（菊花链电路）对中断源进行优先级排队，并将程序引导到相关的I／O中断服务程序的入口。菊花链法中断请求中断回答

INTA

INTR接口1接口2接口3CPU及其总线控制逻辑菊花链逻辑电路菊花链逻辑电路菊花链逻辑电路优点：中断响应速度快。缺点：各中断源的优先级因硬件连接固定而不易修改。15b.中断控制专用硬件方式（掌握）中断控制专用硬件方式是向量中断的典型方法。该方法使用一个专门的中断优先级控制器8259A接口芯片来解决中断优先级的排队管理。162．中断嵌套（多重中断）

当CPU正在响应某一中断源的请求，若有优先级更高的中断源申请中断，CPU就应暂停当前正在服务的级别较低的服务程序而转入新的中断源服务，等新的级别较高的中断服务程序执行完后，再返回到被暂停的中断服务程序继续执行，直至处理结束返回主程序。这种中断套中断的过程称为中断嵌套或多重中断。17中断嵌套示意图18§7.28086中断系统(掌握)一、8086中断源分类二、中断向量与中断向量表三、8086各类中断的优先级四、8086的中断过程五、8086中断响应总线周期六、8086中断向量的装入和取出198086微机系统具有一个简单灵活和功能强大的中断系统，可以处理多达256种不同类型的中断。8086CPU与中断有关的引脚NMI：不可屏蔽中断请求INTR：可屏蔽中断请求INTA：中断响应8086CPU的中断指令INTn中断调用指令IRET可屏蔽中断返回NRET不可屏蔽中断返回中断类型号00-FFH在中断服务子程序中8086中断硬件中断（外部中断）不可屏蔽中断：（从NMI引脚进入）可屏蔽中断：（从INTR引脚进入）IF=0，中断被禁止IF=1，中断才能被CPU响应只要CPU的NMI引脚有申请，CPU就响应该中断软件中断（内部中断）1.由中断指令INTn引起的中断；2.由CPU的某些运算错误引起的中断（如除法出错、溢出等）；3.由调试程序DEBUG设置的中断，如单步中断（T命令）、断点中断（G命令）。*所有的软件中断都是不可屏蔽中断。

一、8086中断源分类21一、8086中断源分类非屏蔽中断请求中断逻辑INTn指令INTO指令除法出错单步运行8086CPUNMI8259A可屏蔽中断INTR22二、中断向量与中断向量表8086可处理256种中断，8086对这些中断采用中断向量管理。中断向量：中断服务子程序的入口地址（段基址：偏移地址）。每一个中断服务程序都有一个唯一确定的入口地址中断向量表：存放中断向量的存储区。8086把所有中断向量集中放到00000H～003FFH的区域内，每个向量占4个字节单元。中断类型号：每个中断对应一个中断类型号。编号为0～255或00~FFH，中断类型号与中断向量表有对应关系。中断向量指针：任一中断向量在向量表中的首偏移地址。中断向量指针=4×中断类型号

当CPU响应中断时，中断源只要给出该中断对应的中断类型码n(0-255或00H-FFH)，CPU自动将中断类型号n乘以4，就得到中断向量指针4n。然后将IP←(4n，4n＋1)；CS←(4n＋2，4n＋3)，就可进入中断服务。…0000：0000H0000：03FFH类型0类型1类型FEH类型FFH0000：0004H0000：03F8H0000：03FCH类型0指针类型1指针类型FEH指针类型FEH指针中断入口偏移地址中断入口段基址中断向量中断向量表8086中断向量分配表示意图258086中断向量表划分第一类是专用中断，类型0～类型4，系统已有定义，用户是不能修改的。第二类是从类型5～类型31共27个中断，是系统保留的中断，是提供给系统使用。第三类是从类型32～类型255共224个中断，这类中断原则上是可以由用户定义。可定义为软中断，由INTn指令引入，也可以是通过INTR引脚直接引入，或者是通过中断控制器8259A引入的可屏蔽中断，使用时用户要自行装入相应的中断向量（即入口地址）。26三、8086各类中断的优先级中断源中断权级别除法出错中断INT0溢出中断INTO或INT4其它软件中断INTnNMI中断（INT2）INTR中断单步中断INT1

高低*对同类硬件中断，其中断的优先等级可根据需要由用户自行安排27四、8086的中断过程

8086中断过程也分为四个部分：中断申请，中断响应，中断处理和中断返回。28四、8086的中断过程完成当前指令是内部中断？是NMI中断？是INTR中断？TF=1？执行下条指令IF=1？中断响应读类型码FR入栈令TEMP=TF清除IF、TFCS、IP入栈调中断子程序执行中断程序弹出CS和IP弹出标志有NMI？TEMP=1？YYYYYYNNNNN8086中断过程YYNN暂存器主程序 ……2000:010BMOVDX，2B77H2000:010EMOVAH，09H2000:0110INT 21H ……FR2000010E2B77AX（1）外设申请中断，INTR有效且IF=1（2）CPU中断响应周期(系统自动)

a.关中断，FR入栈，IF、TF清零b.保护断点，2000H入栈，010EH入栈d.获取中断服务子程序入口地址（3）执行中断服务子程序（用户编写）

INTPPROC PUSH DX PUSH AX ；保护现场

STI…… CLIPOP AX POP DX ；恢复现场

STIIRETINTP ENDP堆栈中断前SP例：00H10H40H30H00200H

IP=[1000H]，CS=[3040H]c.从中断控制器读取中断类型号（例80H）30五、8086中断响应总线周期（对可屏蔽中断）n中断类型号CLKALEINTAAD7～AD0T1第1个INTA周期第2个INTA周期空闲状态T2T3T4TITIT1T2T3T4通知中断源准备类型号允许申请设备将类型号送CPU31六、8086中断向量的装入和取出1.将中断向量装入向量表：把由AL中指定中断类型号的中断向量DS:DX，装入中断向量表中。

预置：AL=中断类型号

DS:DX=中断服务程序入口地址 AH=25H执行：INT21H

利用DOS功能调用INT21H设置和取出中断向量32六、8086中断向量的装入和取出2.将中断向量从向量表中取出：把由AL中指定中断类型号的中断向量，从向量表中取到ES:BX中。

预置：AL=中断类型号 AH=35H执行：INT21H返回：ES:BX=中断服务程序入口地址33六、8086中断向量的装入和取出例：将中断向量装入向量表MOVAX，SEGINTPMOVDS，AXMOVDX，OFFSETINTP ；将中断向量送DS：DXMOVAL，80H ；将中断类型号送ALMOVAH，25HINT21H ；将中断向量送向量表设中断类型号为80H，中断处理子程序名为INTP34六、8086中断向量的装入和取出例：将中断向量从向量表中取出（常用于保存原中断向量）MOVAL，80H ；将中断类型号送ALMOVAH，35HINT21H ；将中断向量取到ES：BX中

PUSHESPUSHBX；将中断向量保存到堆栈设中断类型码为80H35§7.3可编程中断控制器8259A及应用一、8259A的外部引脚和内部结构二、8259A的工作方式三、8259A的编程命令四、应用举例§7.3可编程中断控制器8259A及应用中断控制器的功能就是在有多个中断源的系统中，接收外部的中断请求，并进行判断，选中当前优先级最高的中断请求，再将此请求送到CPU的INTR端；当CPU响应中断并进入中断子程序的处理过程后，中断控制器仍负责对外部中断请求的管理，如中断嵌套等。

8259A的特点：一片8259A可以接受8级可屏蔽中断请求；通过9片8259A级联可扩展至64级可屏蔽中断；对每一级中断都可以通过程序来屏蔽或允许；为CPU提供响应的中断类型码；具有多种工作方式。37一、8259A的外部引脚和内部结构（1）8259ACS1WR2RD3D74D65D56D47D38D29D110D011CAS012CAS113GND1428VCC27A026INTA25IR724IR623IR522IR421IR320IR219IR118IR017INT16SP/EN15CAS2引脚作用D0~D7IR0~IR7A0CSWRRDINTINTACAS0~CAS2SP/EN双向数据线（与CPU连接）中断请求线（与外设连接）地址线（与CPU连接）片选线（与地址译码器连接）写控制线（与CPU连接）读控制线（与CPU连接）中断申请（与CPU的INTR连接）中断响应（与CPU的INTA连接）双向级联（8259之间连接）编程/缓冲使能38一、8259A的外部引脚和内部结构（2）39一、8259A的外部引脚和内部结构（3）1.数据总线缓冲器

8259A与CPU间数据传送的接口，CPU向8259A发送的数据、命令、控制字及8259A向CPU输入的数据,状态信息都要经过数据总线缓冲器。2.读/写控制电路

读/写控制电路接收CPU送来的读/写命令、片选信号以及端口选择信号,以实现CPU对8259A的读/写操作。40=1，数据从CPU到8259A=0，数据从8259A到CPU若不与总线驱动器连接，则=5V，8259A为主片=0V，8259A为从片一、8259A的外部引脚和内部结构（4）控制信号SP/EN为输入控制信号SP/EN为输出3.级联缓冲器／比较器CAS0-CAS2引脚和控制信号SP/EN引脚共同用于8259A的级联。CAS0-CAS2为用于级联时，主片给从片的选择编码信号。为增加总线的驱动能力，8259A通过总线驱动器与总线相连，则控制信号SP/EN控制数据的传送方向。41从片CPU从片……IR0IR7IR2IR3IR0IR7INTINTINTCAS0~2D0~D7INTA最多可管理64个外部可屏蔽中断SP/ENSP/ENSP/EN5V数据驱动器一、8259A的外部引脚和内部结构（5）424.中断请求寄存器IRRIRR是一个具有锁存功能的8位只读寄存器，每一位对应一个外部中断请求信号IR，当某个IR端有中断请求，IRR中的相应位置“1”。5.中断屏蔽寄存器IMR

8位读写寄存器，与8个中断源IR7～IR0相对应，通过IMR寄存器可以对各个中断源进行屏蔽或开放。一、8259A的外部引脚和内部结构（6）IMRi=1，表示对应的中断被屏蔽0，表示对应的中断被允许43一、8259A的外部引脚和内部结构（7）

6.中断服务寄存器ISR8位只读寄存器，与8级中断IR7～IR0相对应，用来记录正在处理中的中断请求。

ISR中的相应位置“1”,表示对应的中断正在处理。当允许多重中断时，ISR中还包括中断服务过程中被其他中断打断了的中断级，所以，ISR中可有多位同时被置1。

1110000044一、8259A的外部引脚和内部结构（8）7.优先级判别器PR用来管理和识别各中断申请信号的优先级别；并通过控制电路向CPU发出中断请求信号INT，在8259A获得第一个中断响应信号时使ISR寄存器中相应位置1

。8.控制电路该模块是8259A的内部控制器，控制8259A芯片的内部工作过程，整个8259A芯片是在控制电路的控制下构成一个有机的整体并完成中断优先级管理功能。46二、8259A的工作方式1、中断优先级设置2、中断屏蔽方式3、中断结束方式4、中断触发方式5、8259A与系统的连接方式471、中断优先级设置1）全嵌套方式（最常用方式）固定优先级IR0（高）→IR7（低），响应高级的中断请求，同级和低级的中断请求不响应2）特殊全嵌套方式（用于多片级联主片的设置）固定优先级IR0（高）→IR7（低），响应高级和同级的中断请求，低级的中断请求不响应3）优先级自动循环方式当中断源被服务后优先级自动降为最低，它后面排列的中断源则按顺序递升一级。如IR2被服务后，IR3的优先级最高，其次为IR4，IR5……。一开始最低优先级一定是IR7。4）优先级特殊循环方式

与优先级自动循环方式类似，只是一开始最低优先级由编程指定。482、中断屏蔽方式2）特殊屏蔽方式（用于多级嵌套中断）

当优先级高的中断服务程序较长，而优先级低的申请又急需服务时，可用这种方式暂时屏蔽优先级高的中断，开放优先级低的中断。1）普通屏蔽方式

需要屏蔽哪一位，通过OUT指令将相应的IMRi置位为1。493、中断结束方式2）普通中断结束方式（普通EOI，使用较多）在中断结束之前用OUT指令向8259A发一个中断结束命令字，将相应ISRi位清0，必须放在IRET返回指令前。3）特殊中断结束方式优先级自动循环方式和特殊循环方式无法确定当前正在处理的是哪级中断，需采用特殊中断结束方式。在中断结束之前用OUT指令向8259A发一个特殊中断结束命令字，指明复位ISR的哪一位。1）中断自动结束方式(AEOI)

在第二个中断响应INTA到来时，自动将被置位的ISRi复位为0。常用于单片8259A且多个中断无嵌套。504、中断触发方式1）电平触发方式用高电平表示有效的中断请求信号，当CPU响应后，应及时撤消高电平信号。2）边沿触发方式中断请求信号以出现上升沿作为有效信号。3）中断查询方式中断查询即CPU不是靠中断信号来进入中断处理，而是靠执行查询程序来确定是否有中断及为哪个中断服务，一般用在多于64级中断的场合。515、8259与系统的连接方式1）数据缓冲方式（接数据驱动器）2）非缓冲方式（常用于8259单片使用）52三、8259A的编程命令优先级判断器ICW1ICW2ICW3ICW4OCW2OCW3IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7SP/ENCAS2CAS1CAS0RDWRINTAD7~D0A0CSINTINTR地址译码AD7~AD0译码器OCW1（屏蔽寄存器IMR）请求寄存器IRR服务寄存器ISR中断处理部件初始化命令寄存器操作命令寄存器8259A的编程结构531、初始化命令(1)

初始化命令字ICWl～ICW4设定8259A的初始化状态，完成的主要功能是：1）设定中断触发方式，即高电平或上升沿触发；2）设定8259A的连接方式：单片、级联、缓冲方式、非缓冲方式；3）设定8259A的中断类型号基值，即IR0对应的中断类型号；4）设置8259A的中断优先级管理方式；5）设定中断结束方式。ICWl～ICW4的编程必须按顺序写入，且只能写一次，应在初始化程序中向8259A发出。541、初始化命令(2)ICW1:芯片控制初始化命令字，必须写入8259A偶地址端口，其各位的功能及含义如下：

IC4ICW1×××10LTIMSNGL1：电平触发0：边沿触发1：需要设置ICW4，0：不需要设置ICW41：单级0：级联标志位A0=0D7D08086必须设置ICW4D4位是1表明现在设置ICW1而不是OCW2和OCW3551、初始化命令(3)ICW2:用来设置中断类型码的初始化命令字，必须写入8259A奇地址端口。A0=1用户编写8259A自动写入××××ICW2（中断类型号）×D7D0如ICW2=20H，则IR0中断号为20H，IR2中断号为22H。如ICW2=45H，则IR0中断号为40H，IR2中断号为42H。初始化时，一般将D0-D2置为0，代表IR0的中断号。注意：ICW的高5位影响中断类型码，低3位由引入中断的请求引脚IR0~IR7决定。561、初始化命令(4)ICW3:标志主片/从片的初始化命令字，必须写入8259A的奇地址端口。（多片级联时才设置ICW3）ICW3（主片）1为对应的IR引脚有从片，0为无从片表示输出到主片的哪个端ICW3（从片）00000A0=1571、初始化命令(5)ICW4:方式控制初始化命令字，写入8259A的奇地址端口。只有当ICW1中的D0＝1时才需要设置A0=1ICW4BUF000SFNMM/SAEOIPM1：特殊全嵌套0：全嵌套10缓冲从片

1缓冲主片0X非缓冲1：自动EOI0：普通EOI1：8086/8088配置0：8位机配置582、初始化流程设置ICW1设置ICW2级联？设置ICW3需要ICW4？设置ICW4YYNN准备接收中断申请注意：（1）设置初始化命令字时，ICW1必须写入偶地址端口，ICW2~ICW4必须写入奇地址端口;（2）ICW1~ICW4的设置次序固定，不可颠倒;（3）每片8259A都必须设置ICW1和ICW2，是否需要设置ICW3和ICW4，在ICW1中已经指明;（4）级联方式下，主片和从片都要设置ICW3。例：设某8086系统中使用一片8259A，其端口地址为20H和21H。要求中断请求信号为边沿触发，其8个中断的类型号为40H~47H，中断优先级为全嵌套方式，中断结束方式为普通EOI方式，不使用缓冲器。试编写初始化程序。解：（1）确定初始化命令字为

ICW1＝00010011B＝13HICW2＝01000000B＝40HICW4＝00000001B＝01H

（2）初始化程序

MOV AL，13HOUT 20H，AL；向偶端口地址20H写ICW1MOV AL，40HOUT 21H，AL；向奇端口地址21H写ICW2MOVAL，01HOUT 21H，AL；向奇端口地址21H写ICW4

一般在计算机启动时初始化命令字就先装入到8259A中，不需用户再写入。603、操作命令字(1)

在8259A工作期间，可写入操作命令字，使8259A按照操作命令字的规定来工作。操作命令字有三个OCW1~OCW3，没有固定顺序的要求，可根据需要多次写入，但对端口地址有严格的规定。613、操作命令字(2)

OCW1：中断屏蔽字，写入8259A的奇地址端口，实现对中断源的屏蔽功能。A0=1Di=OCW1（IMR）D7D01：屏蔽由IRi进入的中断请求0：允许IRi端的中断请求进入QUESTION:如果OCW1=06H，则哪些中断请求被屏蔽？623、操作命令字(3)

OCW2：优先级循环方式和中断结束命令字，写入8259A的偶地址端口。A0=0OCW2SL=1时有效SLREOI00L0L1L2标志位001——普通EOI方式011——特殊EOI方式101——普通EOI循环方式111——特殊EOI循环方式000——自动EOI循环（复位）100——自动EOI循环（置位）110——置位优先权命令010——无效000——IR0001——IR1010——IR2011——IR3100——IR4101——IR5110——IR6111——IR7633、操作命令字(4)

OCW3：特殊屏蔽方式和中断查询方式操作命令字，写入8259A的偶地址端口。A0=0OCW30SMM0PRRRIS0在下一个读周期读IRR11在下一个读周期读ISR0X无动作10清除特殊屏蔽

1设置特殊屏蔽0X无效1：查询8259状态0：不查询1ESMM标志位四、应用举例例：在IBMPC／XT的62芯总线的IRQ2端输入一中断请求信号，该信号由用户自己定义的中断源产生。要求每中断一次，CPU响应后在CRT上显示一串字符‘8259AINTERUPT！’，并且中断10次后返回DOS。IBMPC／XT中以8259A为核心的中断逻辑如图所示。IRQ1IRQ2IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ78086CPU8259A中断控制器PC插卡槽同步通信中断异步通信中断硬盘驱动器中断软盘驱动器中断打印机中断INTR时钟01234

5

67IRQ0键盘保留

已知：IBMPC／XT内8259A的端口地址是20H和21H，并且已初始化成边沿触发、普通屏蔽（初始化屏蔽字为FFH）、非特殊全嵌套、正常中断结束、固定优先级、非缓冲方式，8259A所接的8个中断源类型号为08H~0FH。试编写汇编语言程序实现题目的要求。

解：由已知条件可知IBMPC/XT系统内部8259A的初始化命令字应为：ICW1=13H（00010011B）；ICW2=08H（00001000B）；ICW4=01H（00000001B）；IRQ2的中断类型号就是0AH。66程序流图：

将中断服务子程序与主程序编在同一代码段中断服务子程序用DOS调用9H功能显示字符串计数器减1中断返回向8259A发中断结束命令字OCW2在数据段将字符串放入数据表开始调用DOS35H和25H功能取出原中断向量，装入新中断向量关中断

置中断次数并开中断等待中断主程序结束

设置中断屏蔽字，开放IR2中断次数到？恢复返回DOSNDATA SEGMENTMESSDB‘8259AINTERRUPT！’，0DH，0AH，‘＄’

DATA ENDSCODE SEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATASTART：CLI；关中断

MOV AX，350AH INT 21H ；取中断向量到ES：BX PU