8086中断系统与中断控制器课件

微机原理及接口技术第7章8086中断系统与中断控制器微机原理与接口技术

中断的基本概念

8086中断系统中断处理过程可编程中断控制器8259A主要内容（1）实现CPU与外设的并行工作，

提高了CPU的效率。（2）实现实时处理。（3）实现故障处理。2.应用中断技术的优点引起中断的原因，产生中断请求的来源。通常有以下几种：①一般的I/O设备，如键盘、打印机等。②实时时钟。③硬件故障。④中断指令或软件故障，如程序错、运算

错、调试程序而设置的中断（例如设置

断点，单步运行等）。3.中断源（1）实现断点地址的保护与恢复。（2）实现现场信息的保护。（3）实现中断优先级的排队。（4）实现中断的嵌套。中断服务2

(高优先级)主程序中断服务14.中断系统的功能5.中断优先级

当多个中断源请求中断时，CPU响应优先级高的中断，挂起优先级低的中断。当CPU运行中断服务子程序时，又有新的更高优先级中断申请进入，CPU要挂起原中断进入更高级的中断服务子程序，实现中断嵌套。1.软件查询方式图7.2软件查询优先级管理电路图7.3软件查询中断流程图2.硬件方式图7.4菊花链优先级排队电路图7.5菊花链逻辑电路3.矢量中断优先级

利用专用的可编程中断控制器管理中断优先级，又称专用芯片中断管理方式。典型的可编程中断控制器是8259A。图7.68086中断类型1.外部中断（硬件中断）（1）非屏蔽中断NMI（类型号2）

有效，不受FR中IF的影响，常用于

处理系统的重大故障。（2）可屏蔽的中断INTR高电平有效，CPU是否响应，取决于FR中IF的状态。常用于各种外设的中断。2.内部中断（软件中断）通常由三种情况引起：（1）INTn指令中断（n为中断类型号）（2）处理CPU某些错误的中断①除法错中断（中断类型号0）②溢出中断（INTO）（中断类型号4）8086系统中，中断优先级的次序为：高低内部中断(除法错、INTO、INTn)NMIINTR单步中断7.2.2中断优先级§7.3中断处理过程一个完整的中断处理过程为：①中断请求（中断源提出）②中断检测（判断是何种类型中断）③中断响应④执行中断服务程序⑤中断返回7.3.1

8086CPU对中断的响应流程CPU响应中断要有三个条件：①外设提出中断申请；②本中断位未被屏蔽；③中断允许（可用指令STI开中断）。满足上述条件，则CPU在当前指令执行完后响应中断。1.一般的中断响应过程CPU在每一个指令周期的最后一个总线周期的最后一个T状态采样INTR或NMI信号线。若发现有中断申请，则不进入取指周期，而转入中断响应周期。

下面以INTR为例，说明8086CPU响应中断的过程。2.8086CPU响应外部中断的过程执行一条指令最后一个总线周期的最后一个T状态？有INTR？中断开放？(FR中的IF=1?)关中断CLI(置FR中IF=0)断点地址(IP.CS)入栈FR入栈转入相应中断服务程序保护现场中断服务处理恢复现场开中断STI(置FR中IF=1)中断返回IRET取下一条指令NoNoNoYesYesYes图7.8

8086CPU响应

INTR的过程图7.9中断向量表

中断向量(中断服务程序入口地址)在表中的地址=中断类型号×4BIOS负责0～1FH共32个中断向量的装入。用户若想装入自己的中断向量到向量表中的，可用以下方法：2.中断向量的装入（1）用STOS指令填空中断向量表假设类型号60H的中断向量为

CLI

CLD

MOV AX,0

MOV ES,AX

MOV DI,460H ;DI指向表中对应位置

MOV AX,OFFSET_INTR ;取偏移地址

STOSW ;AL[DI],AH[DI+1],DI+2DIMOV AX,SEG_INTR ;取段基址

STOSW

STI

SEG_INTR:OFFSET_INTR。（2）利用MOV指令写入中断向量

CLI

MOV AX,00H

MOV ES,AX

MOV BX,460H;BX指向表中对应位置

MOV AX,OFFSET_INTR

MOV ES:[BX],AX ;装入偏移地址

MOV AX,SEG_INTR

MOV ES:[BX+2],AX ;装入段基址（3）利用DOS功能调用“INT21H”的

AH=25H装入中断向量MOV AL,60H ;类型号AL

MOV AH,25H ;功能号25HAH

MOV DX,SEG_INTR

MOV DS,DX

MOV DX,OFFSET_INTR ;DS:DX=中断向量

INT 21H图7.108086转入中断处理程序的过程3.8086CPU转入中断服务程序的过程（1）取类型号；（2）计算向量地址；（3）根据向量地址查表，将偏移地址送

IP，段基址送CS；（4）转入中断服务程序，进行中断处理。§7.48259A可编程中断控制器

在PC机中，可以使用可编程中断控制器

Intel8259A来扩展外部中断。（2）每一级中断均可以屏蔽。（3）在中断响应周期，8259A可提供相应的

中断向量。（4）可编程使8259A工作在多种不同的方式。（1）1片8259A能管理8级中断，通过级联用

9片8259A可构成64级主从式中断系统。8259A的主要功能：图7.118259A内部结构逻辑框图7.4.18259A内部结构与引脚信号1.数据总线缓冲器8位、双向、三态缓冲器，8259A通过它与CPU进行数据和命令的传送。D0～D7直接与CPU数据总线的低8位连接。2.读/写控制逻辑CPU通常利用：OUT指令，IN指令，

接收来自CPU的读写命令RD、WR，片选信号CS及端口选择信号A0。读写操作由这四个信号的组合控制实现。3.中断请求寄存器IRR8位寄存器，用于存放请求服务的中断源，并使对应位置“1”（IRi＝1），直到IRi

得到响应。4.中断服务寄存器ISR8位寄存器，用于存放当前正在处理的中断级，并使对应位置“1”。中断嵌套时，可能多个位置“1”。5.中断屏蔽寄存器IMR8位寄存器，可对IRR起屏蔽作用，由软件设置屏蔽位。某位置“1”，对应IRi禁止产生中断。6.优先权分析器PR

实现优先权的判断与处理。对刚进来的中断与正在服务中的中断进行优先权的比较分析，将具有最高优先权的中断请求送入中断服务寄存器ISR，并向CPU提出中断请求。7.控制逻辑

按初始化设置的工作方式，控制8259A各部件的工作，并向CPU发出INT信号，以及接收CPU的INTA信号。

8.级联缓冲/比较器

用于级联控制，扩展外中断。在级联工作时，1片8259A作主片，其余（1~8片）8259A作从片，最多可管理64级向量优先级中断。图7.128259A的引脚图7.4.28259A的工作原理中断请求寄存器IRR优先权分析器PR中断服务寄存器ISR控制逻辑中断屏蔽寄存器IMRIR0IR7···外设中断请求INTAINTCPU若响应中断，往8259A回送两个负脉冲。第一个负脉冲到达，8259A做3件事：①使IRR锁存功能失效；②使ISR中相应位置“1”；③使IRR相应位置“0”。第二个负脉冲到达，8259A完成操作：①将中断类型码（ICW2）送D7～D0；②若工作在中断自动结束方式下，将ISR中相应位清“0”。7.4.38259A的工作方式1.设置优先级的方式①普通全嵌套方式②特殊全嵌套方式③优先级自动循环方式④优先级特殊循环方式（1）普通全嵌套方式

8259默认方式，中断请求按优先级0～7处理，0级最高。一个中断被响应时：①送出中断类型码→数据总线；②ISR对应位ISn→1；③进入中断服务程序。（2）特殊全嵌套方式

处理某一级中断时，可响应同级中断请求。一般用于8259A级连系统中。特殊全嵌套方式使用时，应使：①主片工作在特殊全嵌套方式；②从片工作在其它优先级方式。整个级连系统仍处在从片的优先级方式。（3）优先级自动循环方式

一般用在系统中多个中断源优先级相等的场合。这种方式的中断优先级队列是变化的。一个设备受到中断服务后，其优先级自动降为最低。初始优先级队列：IR0、IR1、…、IR7。例：IR0处理完后，优先级队列为IR1～IR7、IR0

IR4处理完后，优先级队列为IR5～IR3、IR4（4）优先级特殊循环方式

初始最低优先级由编程确定，最高优先级也由此而定。如：初始最低优先级定为IR5，则最高优先级为IR6。2.屏蔽中断源的方式（1）普通屏蔽方式

通过屏蔽寄存器屏蔽对应位的中断请求输入。（2）特殊屏蔽方式

设置某一屏蔽位时，会同时使ISR中的对应位清0。从而开放了其它级别较低的中断。特殊屏蔽方式总是在中断处理程序中使用的。3.结束中断处理的方式中断处理结束的动作是使ISn位清0。（1）中断自动结束方式

系统一进入中断过程，8259A自动将ISR中对应位ISn清除。这种方式只能用于系统中只有一片8259A，且多个中断不会嵌套的情况。（2）一般中断结束方式

用于全嵌套情况，由中断服务程序的最后一条中断结束命令清除最高的IS位。（3）特殊中断结束方式

在中断结束命令中指出要清除ISR中哪个IS位。这种方式用于非全嵌套情况，此时，由ISR无法确定当前正在处理的是哪级中断。4.连接系统总线的方式（1）缓冲方式

多片8259A级连系统中，8259A通过总线驱动器与数据总线相连的方式。在这种方式下，要将的SP/EN端连总线驱动器的允许端。（2）非缓冲方式

小系统中，直接将8259A与数据总线相连。对单片或多片8259A，SP/EN有不同接法。5.引入中断请求的方式即外设→8259A的信号。（1）边沿触发方式

中断请求输入端出现的上升沿作为中断请求信号。（2）电平触发方式

中断请求输入端出现的高电平作为中断请求信号。在电平触发方式下，中断请求得到响应后，输入端应及时撤除高电平。（3）中断查询方式

外设仍通过向8259A发中断请求信号要求CPU服务，但8259A不使用INT信号向CPU发中断请求信号。

CPU使用软件查询确认中断源。7.4.48259A的初始化命令字和操作命令字

初始化命令字ICW和操作命令字OCW确定8259A的工作状态和操作方式，由CPU发出。

ICW：确定8259A的工作状态，在系统复位后写入。

OCW：控制8259A的操作方式，如中断屏蔽、中断结束、优先级循环方式等。可在初始化后任何时刻写入。8259A只有两个端口地址A0=0偶地址端口1奇地址端口具体地址依实际连线而定。PC机中，两个端口地址分别是：20H，21H。写入命令字时，要注意端口地址写入的顺序有关的标志位1.初始化命令字初始化命令字完成的功能：①设定中断请求触发方式：高电平/上升沿。②设定8259A工作方式：单片/级联。③设定中断类型号基值：IR0对应的中断类型号。④设定优先级设置方式。⑤设定自动中断结束方式。ICW1～ICW4必须按顺序写入，且ICW1→偶地址端口；ICW2

～ICW4→奇地址端口。（1）ICW1—芯片控制初始化字

设定IRi触发方式，是否单片使用，是否写入ICW4。01LTIMSNGLIC4A0D7D6D5D4D3D2D1D0标志位：以区别OCW2~3格式：LTIM1高电平触发0触发=SNGL1单片使用0级联使用=IC41后面写入ICW40不写入ICW4=（2）ICW2—设置中断类型号初始化字

设置中断类型号的高5位，中断类型号的低3位由引入中断请求的引脚IR0～IR7产生。1T7T6T5T4T3A0D7D6D5D4D3D2D1D0中断类型号高5位格式：T7T6T5T4T3T2T1T0由ICW2规定0

0

00

0

10

1

01

1

1IR0IR1IR2IR7（3）ICW3—标识主片/从片初始化字

只有在一个系统中包含多片8259A时，该初始化字才有意义。此时，ICW1中D1位SNGL=0。

ICW3的具体格式与本片为主片还是从片有关。①写给主片的ICW31S7S6S5S4S3S2S1S0A0D7D6D5D4D3D2D1D0Si=1,表示主片IRi上接有从片。②写给从片的ICW3100000ID2ID1ID0A0D7D6D5D4D3D2D1D0从片的标志码ID2ID1ID0该从片00

0接入主片的IR000

1接入主片的IR111

1接入主片的IR7例：写出下面级连方式主/从片的ICW3。IR5INT主片从片ICW3=00100000ICW3=00000101（4）ICW4—方式控制初始化字100SFNMBUFM/SAEOI1A0D7D6D5D4D3D2D1D00标志位用于8088/8086系统

只有在ICW1中D0位IC4=1时才用。格式：1缓冲方式0 非缓冲方式①SFNM:规定8259A中断的嵌套方式②BUF=0一般全嵌套方式1 特殊全嵌套方式③M/S:BUF=1时，1主8259A0从8259AM/S=BUF=0时，M/S无意义。④AEOI:规定中断的结束方式，即如何使ISR

中对应位置0。AEOI=1自动中断结束方式：当CPU发出第二个INTA后，ISR中的相应位复位，此时，不能实现中断嵌套。AEOI=0非自动中断结束方式：由程序发出EOI命令(由8259A的OCW实现)，使ISR中相应位复位。

对8259A进行初始化编程后，8259A作好了接收中断请求输入的准备，在8259A工作期间可由操作命令字OCW1～OCW3规定其各种工作方式,如中断屏蔽，中断优先级次序，中断结束方式等。2.8259A的操作命令字（1）OCW1—中断屏蔽操作命令字设置或消除IMR的各个位。1A0D7D0M7M0……………………Mi=1屏蔽由IRi引入的中断请求0允许由IRi引入的中断请求（2）OCW2—优先权循环方式和中断结束方式操作字0RSLEOI00L2L1L0A0D7D6D5D4D3D2D1D0标志位功能：①设定优先级循环方式。②设定非自动结束中断方式。格式D7(R)=0固定优先权方式：

IR0

IR1…IR7

优先级循环方式：

SL=0，优先级自动循环

SL=1，优先级特殊循环D6(SL)=0L2L1L0位编码无效1L2L1L0位编码有效例1：R=1，SL=0设定为优先权自动循环方式IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0初始优先权为：76543210若IRR=01010000当

IR4

服务完毕后，优先权为：21076543最低最高例2：R=1，SL=1设置为优先权特殊循环方式此时，L2L1L0

规定循环开始时的最低优先权若OCW2为：1100101IR5优先权最低则循环开始时优先权为：IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR010765432D5(EOI)：中断结束命令位。EOI=1SL=0一般中断结束：将OCW2写入8259A后，将刚

刚被服务的ISn对应位复位。SL=1特殊中断结束：

写入OCW2后，使L2L1L0指定

的ISn位复位。D2D1D0(L2L1L0)：①特殊中断结束时，指定要清

除的ISn位。②特殊优先级循环时，指定循环开始时最低优先级中断IRi。例3：①OCW2＝11000011B

特殊优先级，优先级由高至低为

IR4,IR5,IR6,IR7,IR0,IR1,IR2,IR3。②OCW2＝01100010B

特殊中断结束命令，清除IS2。③OCW2＝11100100BL2～L1所指的中断结束后，进行优先级轮换，即IR4中断服务完毕后，使IS4复位，IR4变为最低优先级。（3）OCW300ESMMSMM01PRRRISA0D7D0标志位功能：①设置和撤消特殊屏蔽方式。②设置中断查询方式。③设置读8259A内部寄存器命令。格式：①设置和撤消特殊屏蔽工作方式

正常的屏蔽方式由OCW1设置

IMR实现

特殊的屏蔽工作方式

因此，可以通过设置或撤消特殊的屏蔽工作方式，动态改变优先权的结构。正常的屏蔽方式设置特殊的屏蔽方式只要IMR中的对应位没有置“1”，8259A就可以接受其中断请求。撤消特殊的屏蔽方式正常的屏蔽方式②为CPU读取8259A内部寄存器提供选择IN AL,INTA1 ;IMRAL8259A中的IMR由OCW1设置，对应奇地址端口，可以写入，也可以读出。8259A中IRR、ISR只能读出，不能写入，都对应偶地址端口。此时，可先写入OCW3，OCW3中的RR、RIS规定从偶地址端口读出的是IRR或ISR的值。MOV AL,OCW3OUT INTA0,ALIN AL,INTA0 ;若COW3中RRRIS则读出的是11 ISR10 IRR③使8259A和CPU的通信方式由中断方式

查询方式

当中断源超过64个时，可令CPU关中断，用查询方式为中断源服务。

令OCW3中的P=1，写入OCW3后，若之前有IRi有效，8259A把CPU的下一个读信号看作信号，使ISR中最高优先权的某一位置位，同时送查询字至DB。MOV AL,OCW3 ;其中P=1

OUT INTA0,AL ;发OCW3

IN AL,INTA0 ;读偶地址端口此时，AL中的数据（查询字）：IW2W1W0D7D0当前最高优先权IRi对应的编码0

0

00

0

11

1

1IR0IR1IR7通过该查询字，CPU得到当前级别最高的中断请求IRi，然后转入该中断处理程序。8259A