微機原理及應(yīng)用第7章課件

1、主要內(nèi)容： 中斷的基本概念 中斷處理過程 可編程中斷控制器8259A的結(jié)構(gòu)、功能 可編程中斷控制器8259A的初始化編程第七章 中斷技術(shù)什么是中斷?與生活場景的比較正在打球請求暫停暫停繼續(xù)比賽執(zhí)行程序事件發(fā)生事件處理繼續(xù)執(zhí)行程序中斷處理中斷請求及響應(yīng)實際場景計算機中斷返回7.1 中斷的基本概念中斷的用途 CPU的中斷功能的實現(xiàn)帶來了以下好處：1、同步處理2、實現(xiàn)了實時處理3、多道程序或多重任務(wù)的運行4、突發(fā)事件處理中斷的定義 CPU執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨機的事件(外部或內(nèi)部)，引起CPU暫時中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的服務(wù)程序(稱為中斷服務(wù)程序或中斷處理程序)，以處理該事件，該

2、事件處理完后又返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱為中斷。 能夠引起中斷的原因，或能夠發(fā)出中斷請求信號的外設(shè)?？善帘沃袛?(INTR)不可屏蔽中斷 (NMI)外部中斷（硬中斷）內(nèi)部中斷（軟中斷）（因執(zhí)行指令而引起）二、中斷源中斷源引起CPU中斷的事件中斷源。例如：外設(shè)請求輸入輸出數(shù)據(jù)，報告故障等事件掉電、硬件故障、軟件錯誤、非法操作、定時時間到等中斷源分為：外部中斷、內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷：CPU內(nèi)部執(zhí)行程序時自身產(chǎn)生的中斷外部中斷：CPU以外的設(shè)備、部件產(chǎn)生的中斷 8086/8088的外部中斷信號：INTR、NMIINTR可屏蔽中斷請求，高電平有效，受IF標(biāo)志的控制。IF=1時，執(zhí)行完當(dāng)前指令后C

3、PU對它作出響應(yīng)。 NMI非屏蔽中斷請求，上升沿有效，任何時候CPU都要響應(yīng)此中斷請求信號。中斷系統(tǒng)的功能 實現(xiàn)中斷及返回 中斷源發(fā)出中斷請求，CPU決定是否響應(yīng)：若響應(yīng)，則保護斷點和現(xiàn)場，轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)結(jié)束后，恢復(fù)現(xiàn)場和斷點，繼續(xù)執(zhí)行原程序。CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序1非預(yù)料事件1非預(yù)料事件是指事件發(fā)生的時間無法預(yù)知，即中斷源何時產(chǎn)生中斷不確定，是隨機的。中斷源產(chǎn)生中斷的隨機性，使中斷服務(wù)程序的執(zhí)行也具有隨機性，即何時執(zhí)行中斷服務(wù)程序不是在程序中安排好的。7.2 中斷處理過程及中斷源識別四個步驟：中斷請求中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷返回以下以外部中斷為主介紹這四個步驟。中斷處理過程1）中

4、斷請求外設(shè)接口（中斷源）發(fā)出中斷請求信號，送到CPU的INTR或NMI引腳；中斷請求信號：邊沿請求，電平請求例如，NMI為邊沿請求，INTR為電平請求中斷請求信號應(yīng)保持到中斷被處理為止；CPU響應(yīng)中斷后，中斷請求信號應(yīng)及時撤銷。在8086/8088系統(tǒng)中，外設(shè)的中斷要經(jīng)過8259A可編程中斷控制器(PIC)的排隊判優(yōu)后向CPU發(fā)出： (I/O接口) PIC CPU2）中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)CPU響應(yīng)可屏蔽中斷申請必須滿足3個條件: 無總線請求； CPU被允許中斷； CPU執(zhí)行完現(xiàn)行指令若NMI和 INTR 同時發(fā)生，則首先響應(yīng)NMI。2）中斷響應(yīng)（續(xù)）CPU中斷響應(yīng)時，要做下述三項工作：向中斷源發(fā)出

5、INTA中斷響應(yīng)信號；斷點保護，包括CS、IP和FLAGS （ PSW ）。這主要是保證中斷結(jié)束后能返回被中斷的程序。獲得中斷服務(wù)程序首地址（入口）。如何得到中斷處理程序的首地址？固定入口法中斷向量法常用IPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSP進入中斷服務(wù)程序時中斷處理 CPU響應(yīng)中斷后要自動完成三項任務(wù)1、關(guān)閉中斷；2、CS、IP以及FR的內(nèi)容推入堆棧；3、中斷服務(wù)程序段地址送入CS中，偏移地址送入IP中。 一旦CPU響應(yīng)中斷，就可轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序之中。中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)如下：3）中斷處理（中斷服務(wù)）PUSH AX；保護現(xiàn)場PUSH BXSTI；開中斷；中斷處理CLI；關(guān)中斷POP

6、BX；恢復(fù)現(xiàn)場POP AXSTI；開中斷IRET；中斷返回 4）中斷返回執(zhí)行中斷返回指令I(lǐng)RETIRET指令將使CPU把堆棧內(nèi)保存的斷點信息彈出到IP、CS和FLAG中，保證被中斷的程序從斷點處能夠繼續(xù)往下執(zhí)行。IPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPCSFLAG進入中斷服務(wù)程序時中斷返回后中斷響應(yīng)的時序中斷源識別計算機中的中斷源有很多，CPU必須識別是哪一個設(shè)備產(chǎn)生中斷。識別中斷源有兩個方法：軟件查詢。將中斷信號從數(shù)據(jù)總線讀入，用程序進行判別。中斷矢量法。由中斷源提供中斷類型號，CPU根據(jù)類型確定中斷源。（8086/8088即采用此

7、種方法）1查詢中斷（軟件識別中斷優(yōu)先權(quán)） 軟件查詢法判優(yōu)流程讀中斷請求寄存器外設(shè)1有請求？外設(shè)1中斷服務(wù)程序外設(shè)2有請求？外設(shè)2中斷服務(wù)程序外設(shè)8有請求？外設(shè)8中斷服務(wù)程序后續(xù)處理YNNNNYY硬件實現(xiàn)的中斷優(yōu)先權(quán)排隊電路7.3 8086的中斷系統(tǒng)7.3.1 外部中斷1.可屏蔽中斷2.非屏蔽中斷7.3.2 內(nèi)部中斷由執(zhí)行中斷指令I(lǐng)NT引起的中斷；由于CPU的某些錯誤引起的中斷；為調(diào)試程序設(shè)置中斷。1INT n 指令中斷2處理CPU某些錯誤的中斷(1) 除法錯中斷。(2) 溢出中斷（INTO）。3為調(diào)試程序設(shè)置的中斷。(1) 單步中斷。(2) 斷點中斷。 7.3.3中斷優(yōu)先級 優(yōu)先級從高到低順序

8、如下：內(nèi)部中斷NMIINTR單步中斷 中斷向量表每個中斷都分配有中斷類型碼，CPU通過中斷類型碼經(jīng)過處理要找到對應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷控制器CPUINTRINTAn中斷請求信號由中斷向量表將中斷類型碼和中斷服務(wù)程序的入口地址聯(lián)系起來。7.3.4 中斷向量和中斷向量表 中斷向量：即中斷服務(wù)子程序的入口地址，也就是中斷服務(wù)子程序的第一條指令在存儲器中的存放地址。.中斷向量表設(shè)置在系統(tǒng)RAM的最低端00000H003FFH的1K字節(jié)內(nèi)，前2個字節(jié)為中斷服務(wù)程序入口地址的偏移地址IP，后2個字節(jié)為服務(wù)程序的段基址CS。規(guī)定：中斷向量表中各向量等長，且處理程序入口地址在向量表中按中斷源的類型碼

9、排序。重要公式：向量地址=向量表的首地址 + 中斷類型碼4IPLIPHCSLCSH IPLIPHCSLCSH00000H003FFH中斷類型 0中斷類型 400010H中斷向量表表中共有256個中斷類型碼對應(yīng)的向量值(256*4=1K)每個向量占用4個字節(jié)，稱為中斷向量。7.3.5、中斷向量的裝入與修改MOVAX，00HMOVDS，AXMOVSI，60H*4；中斷類型號4SIMOVAX，OFFSET A；中斷服務(wù)程序偏移地址AXMOVSI，AXMOVAX，SEG A；中斷服務(wù)程序段地址AXMOVSI+2，AX1）、直接寫入法CLICLDMOVAX，0MOV ES，AXMOVDI，4*60HMO

10、VAX，OFFSET_INTRSTOSWMOVAX，SEG_INTRSTOSWSTI2） 使用串存儲指令實際上在PC機中，并不常采用用戶自行裝入中斷向量的做法。即便是系統(tǒng)尚未使用的中斷號，也不需用戶直接裝入中斷向量，而是采用中斷向量修改的方法使用系統(tǒng)的中斷資源。 2、中斷向量的修改中斷向量修改的步驟有3步：用35H號功能，獲取元中斷向量，并保存在字變量中。用25H號功能，設(shè)置新中斷向量，取代原中斷向量，以便當(dāng)中斷發(fā)生后，轉(zhuǎn)移到新中斷服務(wù)程序中去。新中斷服務(wù)程序完畢后，利用25H號功能恢復(fù)原中斷向量。MOVAH，35HMOVAL，nHINT21HMOVBX，ESMOVOLD_SEG，BXMOVO

11、LD_OFF，BXMOVAH，25HMOVAL，nHMOVDX，SEG_INTRMOVDS，DXMOVDX，OFFSET_INTRINT21HMOVAH，25HMOVAL，nHMOVDX，OLD_SEGMOVDS，DXMOVDX，OLD_OFFINT21H7.4 可編程中斷控制器8259APIC，Programmable Interrupt Controller可對8個中斷源實現(xiàn)優(yōu)先級控制 可擴展至對64個中斷源實現(xiàn)優(yōu)先級控制 可編程設(shè)置不同工作方式根據(jù)中斷源向x86提供不同中斷類型碼引腳分配及功能見教材8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)IRR 中斷請求寄存器 用來存放由外部輸入的中斷請求信號IR0IR7，

12、允許多位置1。ISR 中斷服務(wù)寄存器 保存、記錄正在處理中的中斷請求，當(dāng)任何一級中斷被響應(yīng)，CPU正在執(zhí)行它的中斷服務(wù)程序時，ISR相應(yīng)位置1。PR 優(yōu)先級判別器 對保存在IRR中的中斷請求進行優(yōu)先級識別，送出最高級別中斷請求到ISR中；當(dāng)出現(xiàn)多重中斷時，PR判定是否允許所出現(xiàn)的中斷去打斷正在處理的中斷。IMR 中斷屏蔽寄存器 實現(xiàn)對各級中斷的有選擇的屏蔽，當(dāng)某位為1，表示禁止這一級中斷請求進入系統(tǒng)7.4.1 8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) D7D0 RD WR A0 CS CAS0 CAS1 CAS2 SP/EN數(shù)據(jù)緩沖器讀寫邏輯級聯(lián)比較/緩沖控制邏輯 中斷屏蔽寄存器IMRISR PRIRRINTIN

13、TAIR0IR7VccGND7.5.1 8259A的工作過程8259A對中斷請求的處理過程如下：當(dāng)某IRi有效時，IRR相應(yīng)位置1若有效的IRi未被屏蔽，則向CPU發(fā)出中斷請求檢測到第1個INTA信號后，置ISRi=1，IRRi=0 檢測到第2個INTA信號后，把ISRi=1中最高優(yōu)先級的中斷類型碼放到DB上若工作在AEOI方式，在第2個INTA結(jié)束時，使ISRi復(fù)位；否則由CPU發(fā)出EOI命令使ISRi復(fù)位7.5.2 8259A的工作方式8259A的工作方式有如下幾類：中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套中斷結(jié)束處理方式 屏蔽中斷源的方式中斷觸發(fā)方式級聯(lián)工作方式中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套中斷優(yōu)先方式 兩類優(yōu)先

14、級控制方式：固定優(yōu)先級和循環(huán)優(yōu)先級固定優(yōu)先級方式所有中斷請求IRi的中斷優(yōu)先級固定不變優(yōu)先級排列順序可編程改變加電后8259A的默認(rèn)方式，默認(rèn)優(yōu)先級順序從高到低為IR0IR7IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR07654321032107654最低級最高級最高級最低級優(yōu)先級IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0默認(rèn)優(yōu)先級優(yōu)先級可編程改變中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套（續(xù)）循環(huán)優(yōu)先級方式 中斷源輪流處于最高優(yōu)先級，即自動中斷優(yōu)先級循環(huán)初始優(yōu)先級順序可用編程改變某中斷請求IRi被處理后，其優(yōu)先級別自動降為最低，原來比它低一級的中斷上升為最高級 IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1

15、IR07654321021076543最低級最高級最高級最低級ISR內(nèi)容IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0IR4的服務(wù)結(jié)束以前0101000001000000IR4的服務(wù)結(jié)束以后ISRi中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套（續(xù)）中斷嵌套方式在中斷處理過程中允許被更高優(yōu)先級的事件所中斷稱為中斷嵌套。8259A有兩種中斷嵌套方式：普通全嵌套方式（默認(rèn)方式） 一中斷正被處理時，只有更高優(yōu)先級的事件可以打斷當(dāng)前的中斷處理過程而被服務(wù)。特殊全嵌套方式 一中斷正被處理時，允許同級或更高優(yōu)先級的事件可以打斷當(dāng)前的中斷處理過程而被服務(wù)。注: 特殊全嵌套僅用于多個8259A級連時的主8259A，而不能用于從屬8

16、259A或單8259A系統(tǒng)。中斷結(jié)束處理方式當(dāng)某一IRi中斷被服務(wù)時，ISR中的相應(yīng)位ISRi=1。當(dāng)服務(wù)結(jié)束后，則必須清零該ISRi位。使ISRi=0是通過向8259A發(fā)出中斷結(jié)束命令（EOI命令）實現(xiàn)的。三種EOI命令自動EOI（AEOI）（自動EOI方式）非指定EOI（NSEOI）（正常EOI方式）指定EOI（SEOI）（特殊EOI方式） AEOI：在第2個INTA結(jié)束時，由8259A使ISRi自動復(fù)位；因不保留當(dāng)前正在服務(wù)的中斷的狀態(tài)，故AEOI不能用于中斷嵌套方式SEOI：由CPU發(fā)出一條SEOI命令，該EOI命令中指出了所要復(fù)位的ISR的位號。 用于特殊屏蔽方式NSEOI：由CPU

17、發(fā)出正常EOI命令，該EOI命令使ISRi=1的位中優(yōu)先級最高的那一位復(fù)位。用于普通全嵌套方式屏蔽中斷源的方式IMR屏蔽字決定了允許或禁止某位IRi所對應(yīng)的中斷：IMi=1 禁止， IMi=0 允許。特殊屏蔽方式：提供了允許較低優(yōu)先級的中斷能夠得到響應(yīng)的特殊手段。原理：假定當(dāng)前正在處理IR6，先進入特殊屏蔽方式，然后設(shè)置IM6=1。這時，除IR6外的所有中斷請求均能得到響應(yīng)。特殊屏蔽方式中只能用SEOI命令結(jié)束中斷。中斷觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)IRi出現(xiàn)上升沿表示有中斷請求 電平觸發(fā)IRi出現(xiàn)高電平表示有中斷請求在第1個INTA結(jié)束前，IRi必須保持高電平 級聯(lián)工作方式單片8259A可支持8個中斷源；

18、采用多片8259A級連，可最多支持64個中斷源。n片8259A可支持7n+1個中斷源；級連時只能有一片8259A為主片，其余的均為從屬片；涉及到的8259A引腳包括：CAS0-CAS2SP/ENIRiINT級連電路連接方法7.5.3 8259A的編程使用8259A的控制命令分為初始化命令字ICWICW1ICW4向8259A寫入ICW的過程稱為初始化編程操作命令字OCW OCW1OCW3向8259A寫入OCW的過程稱為操作方式編程8259A的初始化順序 8259的初始化流程如圖注意次序不可顛倒 寫ICW1寫ICW2級連？寫ICW3需ICW4?寫ICW4NNYY8259A的控制命令字初始化8259

19、A必須從ICW1開始寫ICW1意味著重新初始化8259A寫入ICW1后，8259A的狀態(tài)如下：清除ISR和IMR(全0)；將中斷優(yōu)先級設(shè)成初始狀態(tài)：IR0最高，IR7最低；設(shè)定為一般屏蔽方式；采用非自動中斷結(jié)束方式；狀態(tài)讀出邏輯預(yù)置為讀IRR。ICW1初始化字LTIM: 觸發(fā)方式=1 高電平觸發(fā)=0 上升沿觸發(fā)SNGL: 級連控制=1 單片=0 級連IC4: ICW4控制=1 要寫ICW4=0 不寫ICW4（默認(rèn)ICW4為全0）A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 x x x 1 LTIM x SNGL IC4ICW2中斷向量碼T7T3: 中斷向量碼的高5位T2T0: 最低3

20、位為中斷源的序號IRn000111分別對應(yīng)IR0IR7由8259A根據(jù)中斷源的序號自動填入 例如：若ICW2命令字為48H，則IR0的中斷向量碼為48H，IR7的中斷向量碼為4FH，等等。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 T7 T6 T5 T4 T3 x x xICW3級連控制字 主片的級聯(lián)控制字 Si=1 對應(yīng)IRi線上連接了從片 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0從片的級聯(lián)控制字 ID2ID0 標(biāo)識碼，說明本從片連接到主片的哪個IR引腳上。 000111分別對應(yīng)IR0IR7。 A0 D7D6 D5

21、D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 0 0 ID2 ID1 ID0ICW3級連控制字（續(xù)）ICW3必須與主從片的連接關(guān)系一致：例如，主片的IR4與從片的INT線連接，則主片的ICW3=10H，從片的ICW3=04H。中斷響應(yīng)時，主片通過級連線CAS2-CAS0送出被允許中斷的從片標(biāo)識碼，各從片用自己的ICW3與CAS2-CAS0比較，二者一致的從片才可發(fā)送中斷向量碼。ICW4中斷結(jié)束方式字 SFNM: 特殊全嵌套1 特殊全嵌套方式0 一般全嵌套方式AEOI: 自動EOI1 自動EOI方式0 非自動EOI方式A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 SFNMB

22、UF M/S AEOI 1BUF: 緩沖方式 M/S: 主/從緩沖選擇BUF M/S 1 1 緩沖方式/主PIC 1 0 緩沖方式/從PIC 0 x 非緩沖方式/正常8259A的操作命令字OCW OCW用于設(shè)置8259的工作狀態(tài)在初始化后寫入OCW的寫入順序可任意寫入地址要求：OCW1必須寫入奇地址端口(A0=1)OCW2，OCW3必須寫入偶地址端口(A0=0) OCW1中斷屏蔽字 Mi=1 中斷請求線IRi被屏蔽(不允許中斷) =0 允許該IRi中斷 OCW1將寫入IMR寄存器。A0=1時讀OCW1可讀出設(shè)置的IMR內(nèi)容。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 M7 M6

23、M5 M4 M3 M2 M1 M0OCW2中斷結(jié)束和優(yōu)先級循環(huán) L2L0: 優(yōu)先級編碼R: 優(yōu)先級自動循環(huán)SL: 指定優(yōu)先級EOI: 結(jié)束中斷命令 R SL EOI 0 0 1 非指定EOI 命令(NSEOI)，全嵌套方式 0 1 1 指定EOI 命令(SEOI)，全嵌套方式，按L2-L0編碼復(fù)位ISR 1 0 1 NSEOI 命令，優(yōu)先級自動循環(huán) 1 0 0 自動EOI，設(shè)置優(yōu)先級自動循環(huán) 0 0 0 自動EOI，取消優(yōu)先級自動循環(huán)(固定優(yōu)先級) 1 1 1 SEOI 命令，按L2-L0編碼循環(huán)優(yōu)先級(L2-L0設(shè)為最低優(yōu)先級) 1 1 0 按L2-L0編碼循環(huán)優(yōu)先級(L2-L0設(shè)為最低優(yōu)先

24、級) A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 R SL EOI 0 0 L2 L1 L0OCW3屏蔽方式和讀出控制字 ESMM: 允許使能特殊屏蔽方式SMM: 特殊屏蔽方式ESMM SMM1 1 特殊屏蔽方式置位1 0 特殊屏蔽方式復(fù)位0 x 非特殊屏蔽方式P(Polling): =1 查詢方式 =0 非查詢方式A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 ESMM SMM 0 1 P RR RISRR: 讀寄存器RIS: ISR/IRR選擇RR RIS1 1 讀ISR1 0 讀IRR0 x 無效OCW3（續(xù)）查詢方式允許8259A不工作于中斷方式，而是以查詢方式

25、工作。CPU先寫一個D2=1的OCW3，再對同一地址讀入，即可得到如下狀態(tài)字節(jié)： I x x x x R2 R1 R0 I=1表示有中斷請求，中斷請求號為R2-R0 此查詢步驟可反復(fù)執(zhí)行，以響應(yīng)多個同時發(fā)生 的中斷。 讀IRR/ISR：寫入此命令后，隨后再對同一地址讀，即可得到IRR或ISR的內(nèi)容。8259A內(nèi)部寄存器的尋址方法CSRDWRA0D4D3讀寫操作010000寫OCW2寫OCW3寫ICW1寫ICW2,ICW3,ICW4,OCW1(順序?qū)懭?00101x1xx00101xx讀出IRR、ISR讀出IMR需要CS、A0、RD、WR和D4、D3的配合內(nèi)部寄存器的訪問方法如下表： 8259A編程舉例按以下要求初始化8259A：接口地址為20H和21H；中斷為上升沿觸發(fā)；單片8259A；不寫ICW4；與IR0-IR3對應(yīng)的中斷向量碼為08H-0BH；IR4-IR7不使用。根據(jù)要求，各初始化參數(shù)及工作參數(shù)如下