第08章 中斷技術(shù)及8259A使用

1、中斷技術(shù)及中斷技術(shù)及8259A的使用的使用教學(xué)重點(diǎn) （1）中斷基本概念 （2）8086中斷系統(tǒng) （3）可編程中斷控制器8259A教學(xué)要求理解： 1）中斷、中斷源、中斷向量、中斷過(guò)程； 2）8086中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、中斷類(lèi)型碼、中斷過(guò)程； 3）8259A 的功能、編程及使用方法；掌握： 1）8086中斷方式及中斷入口地址形成方式； 2）8086中斷處理過(guò)程； 3）8259A的初始化方法；第第8章章 中斷技術(shù)及中斷技術(shù)及8259A的使用的使用8.1 中斷的概述中斷的概述 8.2 中斷的一般過(guò)程中斷的一般過(guò)程 8.3 8086中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 8.4 中斷控制器中斷控制器8259A8.1 中斷的概述中斷

2、的概述 中斷是微機(jī)原理中的一種非常重要的技術(shù)，也是CPU和外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種很有效的方法 中斷的概念中斷的概念 所謂中斷（Interrupt），是指計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)有某些緊急事件或外設(shè)請(qǐng)求發(fā)生時(shí)，迫使CPU暫時(shí)中斷現(xiàn)行程序的運(yùn)行而去處理緊急情況或外設(shè)請(qǐng)求，即去執(zhí)行其對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序；等到事件處理完畢，又返回原程序的中斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。這個(gè)過(guò)程和機(jī)制稱(chēng)為中斷。 中斷的用途中斷的用途 CPU與I/O設(shè)備并行工作實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理多道程序或多重任務(wù)的運(yùn)行故障處理中斷源及其來(lái)源分類(lèi)中斷源及其來(lái)源分類(lèi) 引起中斷的原因，或能發(fā)出中斷申請(qǐng)的來(lái)源，稱(chēng)為中斷源。 通常中斷源有以下幾種：一般

3、的輸入、輸出設(shè)備。如鍵盤(pán)、紙帶讀入機(jī)、行打印機(jī)等。數(shù)據(jù)通道中斷源。如磁盤(pán)、磁帶等。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 故障源 為調(diào)試程序而設(shè)置的中斷源中斷的分類(lèi) 就其性質(zhì)講，可分為內(nèi)部中斷和外部中斷 所謂外部中斷，一般是指I/O設(shè)備或其它硬件電路所引起的中斷。它的特點(diǎn)是通過(guò)硬件向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)常稱(chēng)外部中斷為硬件中斷。外部中斷又分為非屏蔽中斷（NMI）和可屏蔽中斷（INTR）。 所謂內(nèi)部中斷，主要指CPU內(nèi)部的中斷，是通過(guò)指令設(shè)置的中斷。所以?xún)?nèi)部中斷也稱(chēng)為軟件中斷。使用軟件中斷，其功能類(lèi)似于子程序調(diào)用。只是這些子程序大部分是系統(tǒng)提供的，所以這類(lèi)子程序的調(diào)用相當(dāng)于高級(jí)語(yǔ)言中的庫(kù)函數(shù)的調(diào)用。 8.2 中斷的一般過(guò)

4、程中斷的一般過(guò)程 中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷返回中斷請(qǐng)求 中斷請(qǐng)求信號(hào)是由中斷源向CPU發(fā)出的。中斷源可以是外部事件，也可以是CPU的內(nèi)部事件。外部事件的中斷請(qǐng)求是外部設(shè)備向CPU中斷請(qǐng)求引腳發(fā)出的電平或邊沿信號(hào)。內(nèi)部事件的中斷請(qǐng)求可以是CPU執(zhí)行一條中斷指令使CPU進(jìn)入中斷處理過(guò)程，也可以是CPU執(zhí)行程序的結(jié)果使CPU進(jìn)入中斷處理過(guò)程。 中斷響應(yīng) 若為非屏蔽中斷申請(qǐng)，則CPU執(zhí)行完正在執(zhí)行的那一條指令后，做好保護(hù)工作即可去響應(yīng)； 若為可屏蔽中斷申請(qǐng)，CPU只有得到允許才能去響應(yīng)。這就是說(shuō)CPU能否在接到中斷申請(qǐng)后立即響應(yīng)要視情況而定。 對(duì)可屏蔽的中斷申請(qǐng)，CPU要響應(yīng)，必須滿足以下三個(gè)條件

5、：p 無(wú)總線請(qǐng)求；p CPU允許中斷；p CPU執(zhí)行完現(xiàn)行指令。 CPU響應(yīng)中斷要自動(dòng)完成三項(xiàng)任務(wù)：u 關(guān)閉中斷；u CS，IP以及PSW的內(nèi)容推入堆棧（保護(hù)斷點(diǎn)）；u 取得中斷服務(wù)程序入口地址，進(jìn)入中斷服務(wù)。中斷服務(wù) 中斷服務(wù)包括以下六個(gè)過(guò)程： 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)中斷 中斷服務(wù)程序 關(guān)中斷 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)中斷返回 中斷返回 在中斷服務(wù)程序最后安排一條中斷返回指令，使斷點(diǎn)送回程序計(jì)數(shù)器IP，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。 8.3 8086中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)NMIINTR硬件中斷可屏蔽中斷請(qǐng)求INT n 指令非屏蔽中斷請(qǐng)求中 斷 邏 輯INT3指令I(lǐng)NTO指令單步中斷除數(shù)為0中 斷中斷控制系統(tǒng)(8259A)808

6、6的中斷分類(lèi)軟件中斷中斷向量及中斷向量表中斷向量及中斷向量表 所謂中斷向量，實(shí)際上就是中斷處理子程序的入口地址，每個(gè)中斷類(lèi)型對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷向量。 8086的中斷系統(tǒng)是以位于內(nèi)存0段的03FFH區(qū)域的中斷向量表為基礎(chǔ)的，中斷向量表中最多可以容納256個(gè)中斷向量。 中斷向量并不是任意存放的。一個(gè)中斷向量占4個(gè)存儲(chǔ)單元，其中，前2個(gè)單元存放中斷處理子程序入口地址的偏移量（IP），低位在前，高位在后，后2個(gè)單元存放中斷處理子程序入口地址的段地址（CS），同樣也是低位在前、高位在后。按照中斷類(lèi)型的序號(hào)，對(duì)應(yīng)的中斷向量在內(nèi)存的0段0單元開(kāi)始有規(guī)則地進(jìn)行排列。8086中斷處理的優(yōu)先級(jí)中斷處理的優(yōu)先級(jí) 8086

7、CPU的中斷優(yōu)先權(quán)排列從高到低為： 除法出錯(cuò)中斷，溢出中斷，INT n, 斷點(diǎn)中斷 NMI INTR 單步中斷8086中斷類(lèi)型號(hào)的獲取方法中斷類(lèi)型號(hào)的獲取方法 有兩種方法獲取類(lèi)型號(hào)。 第一種是用指令直接獲取。對(duì)于類(lèi)型號(hào)04的中斷，由于8086CPU已規(guī)定了產(chǎn)生中斷的原因，所以可以直接獲取類(lèi)型號(hào)。而INT N類(lèi)型的中斷可以由指令直接得到中斷類(lèi)型號(hào)。 第二種是由外部引入的INTR中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)必須由硬件提供中斷類(lèi)型號(hào)。在可屏蔽中斷響應(yīng)周期進(jìn)行到第二個(gè)周期時(shí)，類(lèi)型號(hào)放入數(shù)據(jù)總線，CPU從數(shù)據(jù)總線上獲取類(lèi)型號(hào) 8086中斷過(guò)程之內(nèi)部中斷過(guò)程中斷過(guò)程之內(nèi)部中斷過(guò)程 首先將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容壓入堆

8、棧中。置TF=0，暫停單步中斷，并置IF=0，用以屏蔽以后的可屏蔽中斷。斷點(diǎn)地址CS：IP壓入堆棧。識(shí)別中斷源，首先獲取中斷類(lèi)型號(hào)，并將其乘4，得到存儲(chǔ)中斷向量的起始地址，進(jìn)而取得中斷向量。將中斷向量中的高地址的字送入CS寄存器，將低地址的字送IP寄存器中。執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序最后一條指令為IRET，這條指令的功能保證了從堆棧中彈出斷點(diǎn)IP和CS的內(nèi)容，并存入各自的寄存器中，并接著彈出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，恢復(fù)斷點(diǎn)的狀態(tài)標(biāo)志。CPU按CS和IP指示的內(nèi)容正確地返回了程序的斷點(diǎn)處，程序從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行。8086中斷過(guò)程之非屏蔽中斷過(guò)程中斷過(guò)程之非屏蔽中斷過(guò)程 CPU一旦響應(yīng)了中斷請(qǐng)求，首先

9、將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容壓入堆棧中。置TF=0，暫停單步中斷，并置IF=0，用以屏蔽以后的中斷。斷點(diǎn)地址CS：IP壓入堆棧。識(shí)別中斷源，首先由中斷類(lèi)型號(hào)02H查中斷向量表讀取中斷服務(wù)程序的入口地址到CS和IP中。執(zhí)行中斷服務(wù)程序。執(zhí)行中斷返回指令I(lǐng)RET，這條指令的功能保證了從堆棧中彈出斷點(diǎn)IP和CS的內(nèi)容，并存入各自的寄存器中，并接著彈出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，恢復(fù)斷點(diǎn)的狀態(tài)標(biāo)志。CPU按CS和IP指示的內(nèi)容正確地返回了程序的斷點(diǎn)處，程序從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行。8086中斷過(guò)程之可屏蔽中斷過(guò)程中斷過(guò)程之可屏蔽中斷過(guò)程 執(zhí)行中斷響應(yīng)周期發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)， 從數(shù)據(jù)總線讀取中斷類(lèi)型號(hào)。如果當(dāng)時(shí)IF=0，那么可屏蔽的

10、中斷源被屏蔽。當(dāng)IF=1時(shí)，CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令（有重復(fù)前綴的字符串操作指令除外）后將響應(yīng)它所收到的中斷請(qǐng)求。如果有幾個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷，則CPU只響應(yīng)其中優(yōu)先級(jí)最高的。CPU一旦響應(yīng)了中斷請(qǐng)求，首先將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容壓入堆棧中。置TF=0，暫停單步中斷，并置IF=0，用以禁止CPU響應(yīng)新的可屏蔽中斷請(qǐng)求。將指示斷點(diǎn)的指令指針寄存器IP及代碼段寄存器CS的內(nèi)容壓入堆棧。識(shí)別中斷源，首先獲取中斷類(lèi)型號(hào)，并將其乘4，得到存儲(chǔ)中斷向量的起始地址，進(jìn)而取得中斷向量。將中斷向量中的高地址的字送入CS寄存器，將低地址的字送IP寄存器，于是開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序最后一條指令為IRET，這條指

11、令的功能保證了從堆棧中彈出斷點(diǎn)IP和CS的內(nèi)容，并存入各自的寄存器中，并接著彈出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，恢復(fù)斷點(diǎn)的狀態(tài)標(biāo)志。CPU按CS和IP指示的內(nèi)容正確地返回了程序的斷點(diǎn)處，程序從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行。8.4 中斷控制器中斷控制器8259A Intel 8259A的功能的功能 8259A的結(jié)構(gòu)及引腳的結(jié)構(gòu)及引腳 8259A的中斷管理方式的中斷管理方式 Intel 8259A的功能的功能 Intel 8259A是與8080/8085系列以及8088/8086系列兼容的可編程的中斷控制器。它的主要功能為：具有8級(jí)優(yōu)先權(quán)控制，通過(guò)級(jí)連可擴(kuò)展至64級(jí)優(yōu)先權(quán)控制。每一級(jí)中斷都可以屏蔽或允許。在中斷響應(yīng)周期，82

12、59A可提供相應(yīng)的中斷類(lèi)型號(hào)，從而能迅速地轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序。 8259A有幾種工作方式，可以通過(guò)編程來(lái)進(jìn)行選擇。8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 中斷請(qǐng)求寄存器（IRR） 該寄存器用來(lái)存放由外部輸入的中斷請(qǐng)求信號(hào)IR7IR0，當(dāng)某個(gè)輸入端為高電平時(shí)，該寄存器的相應(yīng)位置“1”。 中斷服務(wù)寄存器（ISR） 該寄存器記錄正在處理中的中斷請(qǐng)求，當(dāng)任何一級(jí)中斷被響應(yīng)，CPU正在執(zhí)行它的中斷服務(wù)程序時(shí)，ISR寄存器中的相應(yīng)位置“1”，一直保持到該級(jí)中斷處理過(guò)程結(jié)束為止。多重中斷情況下，ISR寄存器中可有多位被同時(shí)置“1”。 優(yōu)先權(quán)判別器（PR） 當(dāng)輸入端IR7IR0中有多個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，由PR判定哪個(gè)中斷請(qǐng)

13、求具有最高優(yōu)先權(quán)，并在脈沖期間把它置入中斷服務(wù)寄存器ISR的相應(yīng)位。 8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的說(shuō)明8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的說(shuō)明（續(xù)）中斷屏蔽寄存器（IMR） 該寄存器中存放有關(guān)被屏蔽的中斷線上的信息。當(dāng)某位置“1”時(shí)，表示禁止這一級(jí)中斷請(qǐng)求進(jìn)入系統(tǒng)，通過(guò)IMR寄存器可實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)中斷的有選擇的屏蔽。級(jí)聯(lián)緩沖/比較器 一片8259A只能接收8級(jí)中斷，當(dāng)超過(guò)8級(jí)時(shí)，可用多片8259A級(jí)聯(lián)使用，構(gòu)成主從關(guān)系。對(duì)于主8259A，其級(jí)聯(lián)信號(hào)CAS2CAS0是輸出信號(hào)，而對(duì)于從8259A，級(jí)聯(lián)信號(hào)CAS2CAS0是輸入信號(hào)。 此時(shí)，主8259A的 端為“1”，從8259A的 端為“0”，且從8259A的INT輸

14、出接到主8259的中斷輸入端IR上，因而可把中斷擴(kuò)展到64級(jí)。 SPSP8259A的管腳分配的管腳分配 8259中斷優(yōu)先權(quán)管理方式完全嵌套方式自動(dòng)循環(huán)方式中斷屏蔽方式特殊完全嵌套方式 1.完全嵌套方式 在此種方式下，8259A的中斷請(qǐng)求輸入端引入的中斷具有固定的優(yōu)先權(quán)排隊(duì)順序，IR0為最高優(yōu)先級(jí)，IRl為次高優(yōu)先級(jí)，依次類(lèi)推，IR7為最低優(yōu)先級(jí)。同時(shí)，高優(yōu)先級(jí)的中斷可進(jìn)入低優(yōu)先級(jí)，但低優(yōu)先級(jí)不能進(jìn)入高優(yōu)先級(jí)或同等優(yōu)先級(jí)。 2.自動(dòng)循環(huán)方式 在完全嵌套方式下，中斷請(qǐng)求IR0IR7的優(yōu)先級(jí)別是固定不變的，使得從IR0引入的中斷總是具有最高優(yōu)先權(quán)。在某些情況下，我們需要能改變這種優(yōu)先級(jí)別，這時(shí)，可采

15、用自動(dòng)循環(huán)方式。在這種方式下，從IR0IR7引入的中斷輪流具有最高優(yōu)先權(quán)。因?yàn)?，?dāng)任何一級(jí)中斷被處理完，它的優(yōu)先級(jí)別就被改變?yōu)樽畹?，而最高?yōu)先級(jí)分配給該中斷的下一級(jí)中斷。例如：現(xiàn)正為IR3引入的中斷服務(wù)，若服務(wù)完畢，IR3為最低優(yōu)先級(jí)，IR4有最高優(yōu)先級(jí)，IR5有次高優(yōu)先級(jí)，依次排列。3.中斷屏蔽方式 用中斷屏蔽方式管理優(yōu)先權(quán)有兩種方法：第一，普通屏蔽方式。這種方式是在中斷屏蔽寄存器IMR中，將某一位或幾位置“1”來(lái)屏蔽掉相應(yīng)級(jí)別的中斷請(qǐng)求。CPU在執(zhí)行主程序時(shí)將IMR寄存器的相應(yīng)位置“1”，也可在CPU執(zhí)行某級(jí)的中斷服務(wù)中，禁止比它高的中斷進(jìn)入，在服務(wù)程序中將IMR寄存器的相應(yīng)位置“1”屏蔽

16、。第二，采用特殊屏蔽方式，這時(shí)可以使低優(yōu)先級(jí)別的中斷進(jìn)入正在服務(wù)的高優(yōu)先級(jí)別中。 4.特殊完全嵌套方式 特殊完全嵌套方式用在8259A有級(jí)聯(lián)的情況。當(dāng)任何一個(gè)8259A片接收到一個(gè)中斷請(qǐng)求，經(jīng)本8259A判別確定為當(dāng)前最高優(yōu)先級(jí)，則響應(yīng)這一中斷，通過(guò)INT端向8259A主片相應(yīng)的IR端提出中斷請(qǐng)求。如果這時(shí)8259A主片中ISR相應(yīng)位已置“1”，則說(shuō)明該8259A從片的其它輸入端已提出過(guò)申請(qǐng)，且正在服務(wù)。8259A從片的判優(yōu)電路判別到剛申請(qǐng)的中斷優(yōu)先級(jí)最高，故應(yīng)停止現(xiàn)行中斷服務(wù)轉(zhuǎn)去為剛申請(qǐng)的中斷服務(wù)。在8259A有級(jí)聯(lián)的情況下，按完全嵌套方式管理優(yōu)先權(quán)：顯然，接在主片IR3上的從片比接在IR4

17、上的從片具有高的優(yōu)先權(quán)，而主片上IR0，IR1，IR2上的中斷比從片具有高優(yōu)先權(quán)。 8259A中斷結(jié)束的管理方式完全嵌套情況的方法自動(dòng)循環(huán)情況的方法特殊完全嵌套情況方法完全嵌套情況下的中斷結(jié)束方法一般EOI方式，當(dāng)任何一級(jí)中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，給8259A傳送一個(gè)EOI命令，8259A將ISR寄存器中級(jí)別最高的置“1”位清“0”，這種方式只有在當(dāng)前結(jié)束的中斷總是尚未處理完的級(jí)別最高的中斷時(shí)，才能使用這種結(jié)束方式。如果在中斷服務(wù)中修改過(guò)中斷級(jí)別，則不能采用這種方式。特殊EOI方式，在一般EOI方式的基礎(chǔ)上，當(dāng)中斷服務(wù)程序結(jié)束給8259A發(fā)出 EOI命令的同時(shí)，將當(dāng)前結(jié)束的中斷級(jí)別也傳送給8259A

18、，這就被稱(chēng)作特殊EOI方式。在這種情況下，8259A將ISR寄存器中指定級(jí)別的相應(yīng)置“1”位清“0”。這種方式適合于任何情況下使用。自動(dòng)EOI方式，CPU進(jìn)入中斷響應(yīng)總線周期的第二個(gè)中斷響應(yīng)信號(hào)結(jié)束時(shí)，自動(dòng)將ISR寄存器相應(yīng)置“1”位清“0”。中斷結(jié)束時(shí)，不需要向8259A送EOI命令，這是一種最簡(jiǎn)單的結(jié)束方式。但是存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，任何一級(jí)中斷在執(zhí)行中斷服務(wù)程序期間，在8259A中沒(méi)有留下任何標(biāo)志，如果在此過(guò)程中，出現(xiàn)了新的中斷請(qǐng)求，則只要CPU允許中斷，不管出現(xiàn)的中斷級(jí)別如何，都將打斷正在執(zhí)行的中斷服務(wù)而被優(yōu)先執(zhí)行，這顯然是不合理的。因此，使用自動(dòng)EOI結(jié)束方式，只有在一些以預(yù)定速率發(fā)生中斷，且不會(huì)發(fā)生同級(jí)中斷互相打斷或低級(jí)中斷打斷高級(jí)中斷的情況下。自動(dòng)循環(huán)情況下的中斷結(jié)束方式一般EOI方式 當(dāng)任何一級(jí)中斷服務(wù)處理完畢，給8259A送一個(gè)一般EOI結(jié)束命令，8259A將ISR寄存器中級(jí)別最高的置“1”位清“0”，同時(shí)賦給它最低優(yōu)先級(jí)，將最高優(yōu)先級(jí)賦給原來(lái)比它低一級(jí)的中斷請(qǐng)求，其它中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)別以循環(huán)方式類(lèi)推。特殊EOI方式 這種方式主要用在自動(dòng)循環(huán)優(yōu)先權(quán)管理方式下又有嵌套的情況。在一般EOI方式下，結(jié)束一個(gè)中斷就將它置為最低優(yōu)先級(jí)。若在服務(wù)程序中安排了一條優(yōu)先權(quán)置位指令，使得優(yōu)先權(quán)次序發(fā)生了變化，就必須使用特殊EOI方式，在向8259A發(fā)結(jié)束命令的同時(shí)，將其中斷