《程序控制指令中断》课件

程序控制指令中断程序控制指令中断是一种由程序指令触发的中断。当处理器执行到特定的指令时，会触发中断，并跳转到中断处理程序执行。这种中断方式允许程序员在特定时刻执行一些特殊的任务，例如处理外部事件或进行系统初始化。什么是程序中断程序执行流程程序中断是指程序正常执行过程中，由于内部或外部事件的发生，导致程序执行流程被暂时打断，转而执行中断服务程序的过程。中断源中断源可以是硬件设备的请求，例如键盘按下、鼠标点击，也可以是软件指令，例如除零错误、非法地址访问。中断服务程序中断服务程序是一个专门用于处理中断事件的子程序，它会根据中断源的不同，执行相应的操作。程序中断的特点异步性程序中断由外部事件触发，与当前正在执行的程序无关。这意味着中断的发生时间是不可预测的。突发性中断的发生时间是不可预知的，而且会打断正在执行的程序，因此需要及时处理。程序中断的功能提高效率中断机制可以有效地处理多个任务，提高CPU的利用率，避免长时间等待。实时性中断机制可以及时响应外部事件，确保系统能够及时处理紧急情况。灵活性中断机制允许系统在执行主程序的同时，处理来自外部的各种事件，提高了系统的灵活性。可靠性中断机制可以有效地处理系统错误，确保系统的稳定运行。程序中断的分类11.硬件中断由外部硬件设备发出的中断请求信号触发。22.软件中断通过执行特定的软件指令来实现，常用于系统调用。33.可屏蔽中断可以通过软件或硬件手段控制是否响应中断请求。44.不可屏蔽中断无法屏蔽的中断请求，通常用于紧急情况处理。硬件中断外部事件硬件中断由外部设备触发，例如键盘按下、鼠标移动、定时器溢出等。中断请求当外部设备发生中断事件时，会向CPU发送中断请求信号。中断处理CPU接收中断请求后，会暂停当前程序执行，转而执行中断处理程序。软件中断指令执行通过执行特定的指令来触发中断，例如INT指令。程序控制由程序员主动调用，用于实现特定功能，例如调试或异常处理。用户操作用户通过键盘、鼠标等输入设备发送中断请求。可屏蔽中断和不可屏蔽中断可屏蔽中断可屏蔽中断可以通过程序设置屏蔽，例如，在处理重要任务时屏蔽无关中断。不可屏蔽中断不可屏蔽中断无法被程序屏蔽，通常用于处理紧急事件，例如系统错误或硬件故障。中断向量表中断向量表是CPU用来存储中断服务程序入口地址的表格。每个中断源都对应一个中断向量表中的条目。当发生中断时，CPU会根据中断源号在中断向量表中找到相应的条目，并跳转到对应的中断服务程序。中断向量表是一个固定地址的内存区域，通常位于低地址空间。它包含了所有中断源的入口地址，方便CPU快速找到相应的服务程序。中断处理过程中断请求当CPU执行程序时，外部设备或软件发出中断请求，请求CPU暂停当前正在执行的任务，转而去处理中断事件。中断响应CPU检测到中断请求后，会暂停当前的任务，并进入中断响应阶段。此时，CPU会保存当前程序执行状态，包括程序计数器、状态寄存器等信息，以便中断处理完成后恢复到中断前的状态。中断向量表CPU根据中断类型，在中断向量表中查找对应中断服务程序的地址，并跳转到该地址，开始执行中断处理程序。中断处理中断服务程序会根据中断类型进行相应的处理，例如读写数据、执行任务等，并将处理结果反馈给外部设备或软件。中断返回中断处理完成后，中断服务程序会恢复CPU的中断状态，并执行中断返回指令，将CPU控制权返回给之前中断的程序，继续执行中断前的任务。中断响应时间中断响应时间是指从中断请求发出到CPU开始执行中断处理程序所花费的时间。中断响应时间是衡量系统实时性能的重要指标，它直接影响着系统对外部事件的响应速度。100ns典型值现代计算机系统通常在几十到几百纳秒之间。10us范围可以根据硬件设计和系统配置进行优化。中断嵌套中断嵌套概念在处理一个中断时，另一个中断请求到来，当前中断被暂停，转而处理新的中断请求。嵌套级别中断嵌套级别取决于处理器架构和中断控制器设计，通常有限制。中断处理顺序嵌套中断的处理顺序取决于中断优先级，优先级高的中断先被处理。中断优先级11.优先级级别中断优先级是指中断请求的先后顺序，用于处理多个中断请求时优先处理高优先级中断请求。22.优先级分配优先级分配可以是固定的，也可以是动态的，根据系统需求灵活分配。33.优先级实现优先级可以通过硬件或软件实现，例如使用中断控制器或优先级寄存器。中断处理程序的编写1中断处理程序结构定义中断服务例程（ISR）2中断向量表设置中断向量表3中断控制器配置中断控制器编写中断处理程序的过程需要明确中断处理程序的结构，并根据实际需求配置中断控制器和中断向量表。中断处理程序结构通常包括：保存现场、处理中断、恢复现场、返回。中断屏蔽中断屏蔽的意义中断屏蔽是指禁止特定中断的响应。这样可以避免某些中断的发生，从而提高系统效率。例如，当需要进行重要的操作时，可以暂时屏蔽一些不必要的外部中断，以确保操作的顺利完成。中断屏蔽的实现中断屏蔽通常通过设置中断控制器寄存器来实现。中断控制器提供了一些寄存器，用于控制每个中断源的屏蔽状态。通过对这些寄存器的位进行设置，可以屏蔽或启用特定的中断。中断的入口和出口中断入口CPU响应中断请求，保存当前程序状态，跳转到中断处理程序。中断出口中断处理程序执行完毕，恢复CPU状态，返回到被中断程序。中断处理程序的结构中断服务例程中断服务例程是中断处理程序的核心，它负责处理中断事件并恢复正常程序执行。中断处理状态保存保存中断发生时的处理器状态，包括程序计数器、寄存器等信息，以便恢复执行。时间处理根据中断类型执行相应操作，例如处理硬件中断，更新系统时间，或执行其他任务。返回恢复中断发生前的处理器状态并返回到被中断的程序，继续执行。中断处理程序的设计原则11.快速响应中断处理程序应快速响应中断请求，以确保系统及时处理中断事件。22.保持原子性中断处理程序执行期间，应避免其他中断打断，以确保代码逻辑的完整性。33.减少代码长度中断处理程序应尽可能简洁，减少代码长度，提高执行效率。44.保护现场中断发生时，应保存当前程序执行的上下文信息，以便中断结束后恢复正常运行。中断控制器定义中断控制器是计算机系统中专门用于管理中断请求的硬件模块。它接收来自各种设备的外部中断请求，并将它们发送给CPU进行处理。功能中断控制器的主要功能是接收、处理和传递中断请求，并提供中断优先级管理、中断屏蔽和中断向量表等功能。8259A中断控制器8259A是可编程中断控制器，用于管理外部中断请求，分配中断优先级，并向CPU发出中断请求。它可以管理8个外部中断源，并通过级联方式扩展到更多中断源，支持可屏蔽和不可屏蔽中断，为中断处理提供灵活的控制。8259A的工作过程8259A是一款可编程中断控制器，它负责接收来自系统中各个设备的中断请求，并将其传递给CPU。它还负责管理中断优先级，并确保中断处理的顺序。1中断请求设备发送中断请求信号给8259A。2中断识别8259A识别中断请求来源。3中断优先级8259A根据优先级排序中断。4中断传递8259A向CPU发送中断信号。中断服务程序执行完毕后，8259A会将中断请求清除，并等待下一个中断请求的到来。8259A的编程接口初始化命令字ICW用于设置8259A的工作模式、中断向量地址、级联方式等。操作命令字OCW用于控制中断请求的接收、屏蔽、优先级等。中断服务程序ISRs中断处理程序，在中断发生时被调用，处理中断事件。中断向量表IVT存储中断向量地址，指向中断处理程序的入口地址。实例分析：LED闪烁程序1程序初始化初始化LED端口，设定LED初始状态为熄灭。2中断处理定时器中断触发时，改变LED端口状态，实现LED的亮灭交替。3循环执行循环执行中断处理程序，确保LED持续闪烁。实例分析：按键中断程序按键中断程序是单片机应用中常见的程序，它允许用户通过按键来触发特定的操作。该程序通常包括按键检测、中断处理和响应三个部分。1按键检测通过检测按键的状态变化，识别按键按下或释放的事件。2中断处理当按键事件触发中断时，系统会进入中断服务程序，执行相应的操作。3响应根据按键事件执行相应的任务，例如点亮LED灯、控制电机或播放声音。按键中断程序的设计需要考虑按键的类型、连接方式以及中断处理的逻辑。通常会使用外部中断引脚来连接按键，并编写中断服务程序来响应按键事件。实例分析：定时器中断程序定时器中断配置设置定时器工作模式、计数初值、中断优先级等参数。使用8253/8254或其他定时器芯片。中断服务程序在定时器中断发生时，执行相应的程序逻辑，例如更新计数器、控制LED闪烁或其他任务。硬件中断定时器达到预设时间，触发中断信号，中断控制器识别中断请求，跳转到中断服务程序执行。实例分析：外部中断程序外部中断程序是程序控制指令中断的一个重要应用，在嵌入式系统中经常被用于响应外部事件，例如按键按下、传感器触发等。1中断源配置首先要配置外部中断源，例如选择中断引脚、触发方式等。2中断处理程序编写中断处理程序，处理外部事件，例如读取传感器数据、控制LED等。3中断服务函数在中断服务函数中，调用中断处理程序，完成相应操作。4中断返回中断处理完成后，返回到主程序继续执行。外部中断程序的设计需要考虑中断响应时间、中断嵌套等因素，以确保程序能够正常工作。中断性能分析响应时间（微秒）处理时间（微秒）中断性能分析可以帮助我们了解不同类型中断的响应时间和处理时间，有助于优化中断服务程序。中断响应时间指从中断信号发出到中断服务程序开始执行的时间，而中断处理时间指中断服务程序执行完成所花费的时间。中断服务程序的优化提高效率优化中断服务程序可以减少响应时间，提高系统的效率。减少代码量优化代码结构，减少不必要的代码，提高程序的可读性和可维护性。节省资源优化内存分配，减少内存占用，提高程序的稳定性。中断管理策略11.中断优先级中断优先级用于确定多个中断同时发生时，哪个中断应该优先处理。22.中断