微機(jī)原理14162中斷處理過(guò)程

2023/9/21一、CPU響應(yīng)中斷的條件中斷響應(yīng)是指從CPU發(fā)現(xiàn)中斷請(qǐng)求，中止現(xiàn)行程序到調(diào)出中斷處理程序這一過(guò)程。§7.2中斷的處理過(guò)程第七章中斷對(duì)每個(gè)中斷源來(lái)說(shuō)，既要能發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，而且能保持這個(gè)信號(hào)，直至CPU響應(yīng)該請(qǐng)求后再將其清除。因此，每個(gè)中斷源都要有一個(gè)中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，如下圖中的觸發(fā)器A。⒈設(shè)置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器2023/9/22具有中斷屏蔽的接口電路§7.2中斷處理過(guò)程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2023/9/23⒉設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽，是指即使某個(gè)中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，也使該信號(hào)不起作用的措施。設(shè)置屏蔽的目的是為了增加控制的靈活性。方法是在每個(gè)外設(shè)的接口電路中設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽觸發(fā)器，用來(lái)控制其對(duì)應(yīng)外設(shè)所發(fā)出的中斷請(qǐng)求能否送到CPU，進(jìn)而又可把一組屏蔽觸發(fā)器(如8個(gè))組成一個(gè)中斷屏蔽寄存器端口，用輸出指令來(lái)控制其狀態(tài)，如上圖所示觸發(fā)器B

?！?.2中斷處理過(guò)程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2023/9/24⒊開放CPU內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器盡管外設(shè)有中斷請(qǐng)求，但CPU并不一定會(huì)響應(yīng)。因?yàn)?，在CPU內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)中斷允許觸發(fā)器，該觸發(fā)器的狀態(tài)決定CPU對(duì)外設(shè)的中斷是否響應(yīng)。CPU不響應(yīng)中斷，稱關(guān)中斷(中斷關(guān)閉)CPU響應(yīng)中斷，稱開中斷(中斷開放)中斷允許觸發(fā)器01§7.2中斷處理過(guò)程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2023/9/25當(dāng)CPU復(fù)位時(shí)，中斷允許觸發(fā)器處于關(guān)中斷狀態(tài)；中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后，CPU自動(dòng)關(guān)中斷；CPU執(zhí)行關(guān)中斷指令CLI后，中斷關(guān)閉。中斷允許觸發(fā)器的狀態(tài)可用指令CLI和STI來(lái)改變，下述三種情況可關(guān)閉中斷：§7.2中斷處理過(guò)程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2023/9/26中斷關(guān)閉與中斷屏蔽不同。中斷關(guān)閉對(duì)INTR上所有的可屏蔽中斷均不理睬；中斷屏蔽則只封鎖被屏蔽的那個(gè)中斷源，使其中斷請(qǐng)求不能到達(dá)CPU的INTR線上。即：不讓其中斷請(qǐng)求發(fā)往CPU，在接口中屏蔽INTR線上有中斷請(qǐng)求，但CPU當(dāng)時(shí)不能響應(yīng)，CPU內(nèi)部關(guān)閉屏蔽——關(guān)閉——§7.2中斷處理過(guò)程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2023/9/27⒋現(xiàn)行指令執(zhí)行完畢在滿足前三個(gè)條件后，CPU在執(zhí)行現(xiàn)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期的最后一個(gè)T狀態(tài)時(shí)，才去采樣中斷請(qǐng)求輸入線INTR，若發(fā)現(xiàn)有中斷請(qǐng)求，則把CPU內(nèi)部的中斷鎖存器置“1”，下一個(gè)機(jī)器周期就不進(jìn)入取指周期，而進(jìn)入中斷響應(yīng)周期?！?.2中斷處理過(guò)程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2023/9/28二、CPU對(duì)中斷的響應(yīng)CPU進(jìn)入中斷響應(yīng)周期后，中斷響應(yīng)過(guò)程如下：§7.2中斷處理過(guò)程1.關(guān)中斷2.保護(hù)斷點(diǎn)CPU在響應(yīng)中斷后，發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)INTA，同時(shí)內(nèi)部自動(dòng)關(guān)中斷，以禁止接受其它的中斷請(qǐng)求。把斷點(diǎn)處的IP及CS值入棧保存，以備中斷處理完后能正確返回?cái)帱c(diǎn)。2023/9/29§7.2中斷處理過(guò)程二、CPU對(duì)中斷的響應(yīng)4.保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)5.執(zhí)行中斷服務(wù)程序6.恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)7.開中斷及返回為了不使中斷服務(wù)程序的運(yùn)行影響主程序的狀態(tài)，必須把斷點(diǎn)處的相關(guān)寄存器及標(biāo)志寄存器壓棧保護(hù)。3.識(shí)別中斷源CPU要對(duì)中斷進(jìn)行處理，必須找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址，這就是中斷源的識(shí)別。2023/9/210三、中斷源的識(shí)別當(dāng)CPU響應(yīng)中斷、關(guān)中斷及保護(hù)斷點(diǎn)之后，就要尋找中斷源，找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址。這是中斷處理過(guò)程的重要的一環(huán)。識(shí)別中斷源有兩種方法，即查詢中斷和矢量中斷?！?.2中斷處理過(guò)程2023/9/211⒈查詢中斷查詢中斷采用軟件來(lái)識(shí)別中斷源，其方法是用程序依次讀出每一外設(shè)的中斷標(biāo)志位，通過(guò)測(cè)試這一標(biāo)志位來(lái)判斷它是否曾經(jīng)發(fā)生中斷請(qǐng)求，若該標(biāo)志位無(wú)效則繼續(xù)往下測(cè)試，直到被檢測(cè)的設(shè)備狀態(tài)(如中斷請(qǐng)求觸發(fā)器的狀態(tài))出現(xiàn)“1”時(shí)，中斷識(shí)別程序便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。若查完所有狀態(tài)，仍沒有任何設(shè)備請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，說(shuō)明是錯(cuò)誤所致，轉(zhuǎn)到出錯(cuò)處理。查詢過(guò)程如下圖所示：§7.2中斷處理過(guò)程三、中斷源的識(shí)別2023/9/212§7.2中斷處理過(guò)程三、中斷源的識(shí)別2023/9/213查詢中斷與數(shù)據(jù)的查詢傳送方式有本質(zhì)上的不同。查詢傳送方式需要CPU花費(fèi)大量時(shí)間不斷循環(huán)詢問(wèn)，以等待設(shè)備的“就緒”信號(hào)；而查詢中斷在外設(shè)無(wú)中斷請(qǐng)求時(shí)CPU照常執(zhí)行程序，只有當(dāng)CPU收到中斷請(qǐng)求，設(shè)備已“就緒”時(shí)，才查詢是誰(shuí)發(fā)出的中斷請(qǐng)求。因此查詢中斷是一種由中斷啟動(dòng)而不是由微處理器啟動(dòng)的“查詢”。§7.2中斷處理過(guò)程三、中斷源的識(shí)別查詢中斷通常用于比較簡(jiǎn)單的小系統(tǒng)中。對(duì)于中斷源較多的大系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，查詢需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。2023/9/214⒉矢量中斷§7.2中斷處理過(guò)程三、中斷源的識(shí)別矢量中斷是指在CPU中斷響應(yīng)周期內(nèi)，控制邏輯將發(fā)中斷請(qǐng)求的外設(shè)預(yù)先準(zhǔn)備好的一個(gè)地址送入CPU,CPU在硬件的支持下由該地址自動(dòng)找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口，并轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。外設(shè)提供給CPU的這一地址叫做中斷矢量，每個(gè)外設(shè)都預(yù)先設(shè)定一個(gè)自己的中斷矢量，中斷矢量與中斷源一一對(duì)應(yīng)。矢量中斷采用硬件來(lái)識(shí)別中斷源，需要花費(fèi)較多的硬件資源，但速度快，目前被廣泛采用。2023/9/215矢量中斷以硬件的開銷換取較快的中斷響應(yīng)速度，而查詢方式以軟件和時(shí)間為代價(jià)來(lái)節(jié)省硬件。有時(shí)混合使用這兩種技術(shù)可獲預(yù)期的較好效果，如在一個(gè)較大的中斷系統(tǒng)中，用矢量方法將中斷源分為若干小組，然后用查詢法迅速?gòu)慕M內(nèi)中識(shí)別出請(qǐng)求中斷的中斷源。這兩種方法結(jié)合比完全采用矢量中斷既經(jīng)濟(jì)，又不致對(duì)速度造成太大的影響?！?.2中斷處理過(guò)程三、中斷源的識(shí)別2023/9/216四、中斷優(yōu)先級(jí)實(shí)際應(yīng)用中，常遇到多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷，這時(shí)CPU必須確定先為哪個(gè)中斷服務(wù)。解決的方法是采用中斷優(yōu)先排隊(duì)，即把全部中斷源按其中斷的必要性和實(shí)時(shí)性以及處理的輕重緩急進(jìn)行排隊(duì)，給出優(yōu)先級(jí)。因此，中斷優(yōu)先級(jí)是指多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，CPU對(duì)中斷源響應(yīng)的順序。優(yōu)先權(quán)高的先被響應(yīng)?！?.2中斷處理過(guò)程另外，當(dāng)CPU正在處理中斷時(shí)，要能響應(yīng)優(yōu)先級(jí)更高的中斷請(qǐng)求，同時(shí)屏蔽同級(jí)或較低的中斷請(qǐng)求。即多重中斷或中斷嵌套的問(wèn)題。2023/9/217⒈軟件查詢優(yōu)先方式這是最簡(jiǎn)單的中斷優(yōu)先級(jí)處理方式。右圖是軟件查詢方式的接口電路，下頁(yè)圖為其流程圖?！?.2中斷處理過(guò)程四、中斷優(yōu)先級(jí)2023/9/218實(shí)現(xiàn)方法：將8個(gè)外設(shè)的中斷請(qǐng)求觸發(fā)器組合為一個(gè)端口，并給這個(gè)端口賦以設(shè)備號(hào)(口地址)，§7.2中斷處理過(guò)程四、中斷優(yōu)先級(jí)2023/9/219然后，把各外設(shè)的中斷請(qǐng)求信號(hào)相或后作為INTR信號(hào)。任何外設(shè)有中斷請(qǐng)求時(shí)，都可向CPU發(fā)出INTR信號(hào)。CPU響應(yīng)中斷后，把中斷寄存器的狀態(tài)作為一個(gè)輸入端口讀進(jìn)CPU，然后逐位檢測(cè)其狀態(tài)，若有中斷請(qǐng)求就轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，這樣優(yōu)先級(jí)的級(jí)別取決于軟件查詢的順序，先測(cè)試的中斷源具有較高的優(yōu)先級(jí)。該方式的優(yōu)點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單，不需要硬件排隊(duì)電路。但在中斷源較多時(shí)，軟件查詢的時(shí)間較長(zhǎng)?！?.2中斷處理過(guò)程四、中斷優(yōu)先級(jí)2023/9/220⒉硬件查詢優(yōu)先方式常用的硬件查詢優(yōu)先方式有兩種：優(yōu)先級(jí)中斷鏈?zhǔn)噶績(jī)?yōu)先權(quán)排隊(duì)§7.2中斷處理過(guò)程四、中斷優(yōu)先級(jí)2023/9/221排隊(duì)鏈優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)①優(yōu)先級(jí)中斷鏈§7.2中斷處理過(guò)程四、中斷優(yōu)先級(jí)2023/9/222當(dāng)中斷請(qǐng)求得到響應(yīng)時(shí)，中斷響應(yīng)信號(hào)就傳送到優(yōu)先級(jí)最高的I/O設(shè)備，并按串行方式往下傳送。若某設(shè)備有中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)信號(hào)就不再往下傳送，而中止在該設(shè)備上，從而允許該設(shè)備使用總線與CPU交換信息，該設(shè)備以后的中斷就被屏蔽了。顯然，排在鏈的最前面的優(yōu)先級(jí)最高。各中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)按其在鏈?zhǔn)脚抨?duì)電路中的先后次序決定。§7.2中斷處理過(guò)程四、中斷優(yōu)先級(jí)2023/9/223用硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)的另一種方法是使用優(yōu)