第5章中断技术

第五章中断技术中断的基本概念中断系统PC机中断系统可编程中断控制器8259A中断的基本概念CPU获取外部设备事务处理请求的方式：查询方式中断方式事务处理请求的响应及执行过程CPU数据缓冲器件外设7外设6外设5外设0事务处理请求1:无0:有逻辑与门INTR查询方式中断方式事务处理请求的软件识别过程重复查询：开始读缓冲器的值有请求请求处理请求处理请求处理760执行其他任务否是1.查询请求来源2.程序跳转查询方式查询方式：按序依次检查外设对应的状态变化，依据预先设定的规则，判断有无事务处理请求，有则执行事务处理，无则继续。优点：简单缺点：加重CPU负担浪费计算资源中断方式什么是程序？计算机如何执行程序？什么是程序的入口地址？如何找到程序的如口地址？事务处理就是执行预先编写的设备控制程序事务处理请求事务处理请求中断请求信号事务处理程序中断服务程序事务处理程序入口中断服务程序入口(中断向量)中断的过程中断请求中断响应中断识别中断处理中断返回保留断点保护现场获取中断服务程序的入口地址执行中断服务程序恢复现场重置断点基本概念CPU在正常运行程序时，由于内部/外部事件或由程序预先安排的事件，引起CPU中断正在运行的程序，而转达到为内部/外部事件或为预先安排的事件服务的程序中去。服务完毕，再返回去继续执行被暂中断的程序。中断过程：中断处理的隐操作：程序状态及程序断点地址的进栈及出栈。中断请求中断响应中断服务中断结束中断处理中断源发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。外设中断指令中断程序性中断硬件故障中断内部中断外部中断异常中断软件中断可屏蔽中断非屏蔽中断异常事件引起中断指令引起INTR中断NMI中断中断识别获取中断服务程序入口地址的方法。软件查询（轮询）法 软件查询，入口地址固定，子程序调用中断向量法 中断源与中断(类型)号 中断号与中断向量 中断向量与中断向量表中断优先级并发中断（中断嵌套）的处理技术当有多个中断源同时请求时，CPU就要识别出是哪些中断源有中断请求，辨别和比较它们的优先权（Priority），先响应优先权级别最高的中断申请。另外，当CPU正在处理中断时，也要能响应更高级的中断申请，而屏蔽掉同级或较低级的中断请求。要判别和确定各个中断源的中断优先权，可以用软件和硬件两种方法。软件采用查询技术。当CPU响应中断后，就用软件查询以确定是哪些外设申请中断，并判断它们的优先权。中断优先级——解决问题中断嵌套对同时产生的中断：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对非同时产生的中断：低优先级的中断程序允许被高优先级的中断源所中断中断优先级（续）

原则：按机器故障、DMA、外围硬件、软件递减。结果：CPU专用>DMA>外围硬件>BIOS>DOS>自由即基本按中断向量表排序。外围硬件一般可由用户修改其优先权。中断处理执行中断服务程序 软件现场保护（关键/使用的寄存器值入堆栈） 事务处理程序 软件现场恢复（从堆栈中恢复关键/使用寄存器的值）中断系统的功能中断系统应具有如下功能：（1）实现中断及返回（2）能实现优先权排队（3）中断嵌套处理PC微机中断系统IBMPC/XT中有三种类型的中断：（1）内部中断，即软件中断。包括被零除、单步、溢出和中断指令（包括断点中断）等。这是由8086执行指令产生的中断。（2）非屏蔽中断NMI。在IBMPC/XT中若存储器的读写奇偶校验错，或者是由8087的异常状态产生的中断都送至8086的NMI输入端要求处理。（3）可屏蔽中断INTR。这是由外部设备通过一片8259A产生的中断请求。PC微机中断源除法错中断溢出中断单步中断软件中断非屏蔽中断可屏蔽中断256个中断源内部中断外部中断PC机的中断向量表存放各类中断的中断服务程序的入口地址每个入口占用4Bytes，低字为段内偏移，高字为段基址表的地址位于内存的00000H～003FFH，大小为1KB，共256个入口PCs机中断响应和处理流程图中断的可屏蔽性1．非屏蔽中断 出现在NMI线上的中断请求，不受标志位IF的影响，在当前指令执行完以后，CPU就响应。2．可屏蔽中断出现在INTR线上的请求信号是电平触发的，它的出现是异步的，在CPU内部是由CLK的上升沿来同步的。在INTR线上的中断请求信号（即有效的高电平）必须保持到当前指令的结束。常用软件中断中断号功能中断号功能10H视频服务中断13H软硬盘控制中断14H串行口中断15H各种IO设备中断16H键盘中断17H并行打印口中断20H返回DOS21HDOS功能调用23HCtrl+Break处理24HDOS严重错误33H鼠标中断2FH31HDOS保护方式接口BIOS、DOS、自由中断的汇编调用方式：INTn；n为中断向量号，如INT10H、INT21H可编程中断控制器8259A功能说明外部特性内部特性工作方式初始化应用示例功能优先级排队管理：（完全嵌套、循环优先级、特定屏蔽）接受和扩充外部设备的中断请求（8—64）提供中断类型号（可编程控制）进行中断请求的屏蔽和开放（8、15或更多，向量/查询中断）外部特性CPU侧：DB0~DB7；外设侧：IR0~IR7；级联：CS；RD、WR、A0；SP/EN、CAS0~CAS2。INT、INTA；逻辑部件逻辑部件（续）&INTISR编码中断请求优先级编码器中断请求寄存器IRRIR0IR7……&&&&&&&&中断屏蔽寄存器IMRD0D7…≥1比较器B0B1B2A>BA0A1A2工作方式中断触发方式边沿触发(0->1)、电平触发(1)、中断查询连接系统总线的方式缓冲方式、非缓冲方式屏蔽中断源的方式通常屏蔽、特殊屏蔽优先级排队的方式全嵌套、特殊全嵌套(常用于多片级联时)、自动轮换、指定轮换结束中断的处理方式自动结束、非自动结束中断操作功能及命令7个命令和2个命令端口命令字定点分配命令端口地址+按序写命令端口地址分配表初始化命令字ICW1请求触发方式设置及片数选择命令附加操作：复位芯片(清除IMR，完全嵌套，IR0最高)初始化命令字ICW2IRi的中断类型号=ICW2的高5位+I例：如果ICW2为08H，则IR3的中断类型号（中断向量）为08H+03H=0BH中断类型号设置命令初始化命令字ICW3级联的结构形式初始化命令字ICW3（续1）主片和从片进行设置主片：S7~S0分别对应相应的IR号的引脚，为1的位对应的引脚接有从片；从片：ID2~ID1的编号是该从片接到主片的IR引脚的IR号。主从片设置命令初始化命令字ICW3（续2）主片请求：与非级联一致。从片请求：与非级联一致，但其INT送到主片，服从主片的请求规则。从片响应：通过CAS线译码，选中时在收到第二个INTA后，返回中断类型号。主片响应：收到第一个INTA后，对从片的IR请求，在第一个INTA下降沿从CAS线送出该IR编码；否则，在第二个INTA返回中断类型号。级联方式的中断请求及响应过程D0：用于8位(0)/16位(1)微机；D1：非中断自动结束(0)/自动结束(1)方式；从片非自动结束时，主、从片均需发EOI命令。D2：缓冲方式(D3=1)时的主从片级联位置设置，从片(0)/主片(1)；D3：非缓冲(0)/缓冲(1)方式；D4：全嵌套(0)/特殊全嵌套(1)方式。初始化命令字ICW4特殊完全嵌套、缓冲方式、中断结束方式设置命令初始化过程操作命令字OCW1通常中断屏蔽设置

特征位：D4D3=00；功能：结束方式和优先权轮转管理；

结束方式管理：D6D5=01，非自动[不指定]；D6D5=11，非自动[指定]。

优先权管理：D7=0，优先权固定；D7=1，优先权轮转。操作命令字OCW2PRRRIS功能应用010读取IRR内容OUT20H，0AHINAL，20H011读取ISR内容OUT20H，0BHINAL，20H00*不读取任何寄存器内容1**读取查询字信息OUT20H，0CHINAL，20H操作命令字OCW3ESMMSMM功能0*该操作对特殊屏蔽无效10取消特定屏蔽11设置特定屏蔽设置方法：用OCW1屏蔽部分IR[含自己]，用OCW3置SMM即可。

取消方法：用OCW3取消特定屏蔽，用OCW1取消被屏蔽的IR。特定屏蔽管理需先设定OCW3的D2位（P）为1。I=0，无中断请求；I=1，有中断请求。W2~W0，正在申请中断的若干中断源中优先级最高的中断源的编码。

查询命令字格式读IMR、ISR、IRRIMR：直接读奇地址ISR和IRR：能过预设OCW3的D0，D1后读偶地址应用(早期PC，单片)应用(PC微机，双片级联)主片的初始化INTM00 EQU 020H ;主8259A端口0INTM01 EQU 021H ;主8259A端口1 ……MOV AL,00010001B ;ICW1:边沿触发,要ICW4;级联方式,要ICW3.OUT INTM00,ALJMP SHORT$+2 ;I/O端口延时MOV AL,00001000B ;ICW2:设置主片的中断向量,起始的中断向量为08HOUT INTM01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00000100B ;ICW3:表示从8259A的INT输出是连接到主片的IR2.OUT INTM01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00010001B ;ICW4:非总线缓冲,特殊全嵌套,非自动EOIOUT INTM01,ALJMP SHORT$+2……从片的初始化INTS00 EQU 0A0H ;从8259A端口0INTS01 EQU 0A1H ;从8259A端口1 ……MOV AL,00010001B ;ICW1边沿触发，要ICW4;级联方式，要ICW3.OUT INTS00,ALJMP SHORT$+2MOV AL,01110000B ;ICW2:设置从片的中断向量,起始的中断向量为70HOUT INTS01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00000010B ;ICW3:设置从片的识别标志,指定对应主片的IR2.OUT INTS01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00000001B ;ICW4:非总线缓冲,全嵌套,非自动中断结束.OUT INTS01,ALJMP SHORT$+2……中断编程的注意点1.使