第5章中斷技術(shù)

第五章中斷技術(shù)中斷的基本概念中斷系統(tǒng)PC機(jī)中斷系統(tǒng)可編程中斷控制器8259A中斷的基本概念CPU獲取外部設(shè)備事務(wù)處理請(qǐng)求的方式：查詢(xún)方式中斷方式事務(wù)處理請(qǐng)求的響應(yīng)及執(zhí)行過(guò)程CPU數(shù)據(jù)緩沖器件外設(shè)7外設(shè)6外設(shè)5外設(shè)0事務(wù)處理請(qǐng)求1:無(wú)0:有邏輯與門(mén)INTR查詢(xún)方式中斷方式事務(wù)處理請(qǐng)求的軟件識(shí)別過(guò)程重復(fù)查詢(xún)：開(kāi)始讀緩沖器的值有請(qǐng)求請(qǐng)求處理請(qǐng)求處理請(qǐng)求處理760執(zhí)行其他任務(wù)否是1.查詢(xún)請(qǐng)求來(lái)源2.程序跳轉(zhuǎn)查詢(xún)方式查詢(xún)方式：按序依次檢查外設(shè)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變化，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，判斷有無(wú)事務(wù)處理請(qǐng)求，有則執(zhí)行事務(wù)處理，無(wú)則繼續(xù)。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：加重CPU負(fù)擔(dān)浪費(fèi)計(jì)算資源中斷方式什么是程序？計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行程序？什么是程序的入口地址？如何找到程序的如口地址？事務(wù)處理就是執(zhí)行預(yù)先編寫(xiě)的設(shè)備控制程序事務(wù)處理請(qǐng)求事務(wù)處理請(qǐng)求中斷請(qǐng)求信號(hào)事務(wù)處理程序中斷服務(wù)程序事務(wù)處理程序入口中斷服務(wù)程序入口(中斷向量)中斷的過(guò)程中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)中斷識(shí)別中斷處理中斷返回保留斷點(diǎn)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)獲取中斷服務(wù)程序的入口地址執(zhí)行中斷服務(wù)程序恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)重置斷點(diǎn)基本概念CPU在正常運(yùn)行程序時(shí)，由于內(nèi)部/外部事件或由程序預(yù)先安排的事件，引起CPU中斷正在運(yùn)行的程序，而轉(zhuǎn)達(dá)到為內(nèi)部/外部事件或?yàn)轭A(yù)先安排的事件服務(wù)的程序中去。服務(wù)完畢，再返回去繼續(xù)執(zhí)行被暫中斷的程序。中斷過(guò)程：中斷處理的隱操作：程序狀態(tài)及程序斷點(diǎn)地址的進(jìn)棧及出棧。中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷結(jié)束中斷處理中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求的外部設(shè)備或引起中斷的內(nèi)部原因稱(chēng)為中斷源。外設(shè)中斷指令中斷程序性中斷硬件故障中斷內(nèi)部中斷外部中斷異常中斷軟件中斷可屏蔽中斷非屏蔽中斷異常事件引起中斷指令引起INTR中斷NMI中斷中斷識(shí)別獲取中斷服務(wù)程序入口地址的方法。軟件查詢(xún)（輪詢(xún)）法 軟件查詢(xún)，入口地址固定，子程序調(diào)用中斷向量法 中斷源與中斷(類(lèi)型)號(hào) 中斷號(hào)與中斷向量 中斷向量與中斷向量表中斷優(yōu)先級(jí)并發(fā)中斷（中斷嵌套）的處理技術(shù)當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求時(shí)，CPU就要識(shí)別出是哪些中斷源有中斷請(qǐng)求，辨別和比較它們的優(yōu)先權(quán)（Priority），先響應(yīng)優(yōu)先權(quán)級(jí)別最高的中斷申請(qǐng)。另外，當(dāng)CPU正在處理中斷時(shí)，也要能響應(yīng)更高級(jí)的中斷申請(qǐng)，而屏蔽掉同級(jí)或較低級(jí)的中斷請(qǐng)求。要判別和確定各個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)，可以用軟件和硬件兩種方法。軟件采用查詢(xún)技術(shù)。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，就用軟件查詢(xún)以確定是哪些外設(shè)申請(qǐng)中斷，并判斷它們的優(yōu)先權(quán)。中斷優(yōu)先級(jí)——解決問(wèn)題中斷嵌套對(duì)同時(shí)產(chǎn)生的中斷：首先處理優(yōu)先級(jí)別較高的中斷；若優(yōu)先級(jí)別相同，則按先來(lái)先服務(wù)的原則對(duì)非同時(shí)產(chǎn)生的中斷：低優(yōu)先級(jí)的中斷程序允許被高優(yōu)先級(jí)的中斷源所中斷中斷優(yōu)先級(jí)（續(xù)）

原則：按機(jī)器故障、DMA、外圍硬件、軟件遞減。結(jié)果：CPU專(zhuān)用>DMA>外圍硬件>BIOS>DOS>自由即基本按中斷向量表排序。外圍硬件一般可由用戶(hù)修改其優(yōu)先權(quán)。中斷處理執(zhí)行中斷服務(wù)程序 軟件現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)（關(guān)鍵/使用的寄存器值入堆棧） 事務(wù)處理程序 軟件現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)（從堆棧中恢復(fù)關(guān)鍵/使用寄存器的值）中斷系統(tǒng)的功能中斷系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：（1）實(shí)現(xiàn)中斷及返回（2）能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)（3）中斷嵌套處理PC微機(jī)中斷系統(tǒng)IBMPC/XT中有三種類(lèi)型的中斷：（1）內(nèi)部中斷，即軟件中斷。包括被零除、單步、溢出和中斷指令（包括斷點(diǎn)中斷）等。這是由8086執(zhí)行指令產(chǎn)生的中斷。（2）非屏蔽中斷NMI。在IBMPC/XT中若存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)，或者是由8087的異常狀態(tài)產(chǎn)生的中斷都送至8086的NMI輸入端要求處理。（3）可屏蔽中斷INTR。這是由外部設(shè)備通過(guò)一片8259A產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求。PC微機(jī)中斷源除法錯(cuò)中斷溢出中斷單步中斷軟件中斷非屏蔽中斷可屏蔽中斷256個(gè)中斷源內(nèi)部中斷外部中斷PC機(jī)的中斷向量表存放各類(lèi)中斷的中斷服務(wù)程序的入口地址每個(gè)入口占用4Bytes，低字為段內(nèi)偏移，高字為段基址表的地址位于內(nèi)存的00000H～003FFH，大小為1KB，共256個(gè)入口PCs機(jī)中斷響應(yīng)和處理流程圖中斷的可屏蔽性1．非屏蔽中斷 出現(xiàn)在NMI線上的中斷請(qǐng)求，不受標(biāo)志位IF的影響，在當(dāng)前指令執(zhí)行完以后，CPU就響應(yīng)。2．可屏蔽中斷出現(xiàn)在INTR線上的請(qǐng)求信號(hào)是電平觸發(fā)的，它的出現(xiàn)是異步的，在CPU內(nèi)部是由CLK的上升沿來(lái)同步的。在INTR線上的中斷請(qǐng)求信號(hào)（即有效的高電平）必須保持到當(dāng)前指令的結(jié)束。常用軟件中斷中斷號(hào)功能中斷號(hào)功能10H視頻服務(wù)中斷13H軟硬盤(pán)控制中斷14H串行口中斷15H各種IO設(shè)備中斷16H鍵盤(pán)中斷17H并行打印口中斷20H返回DOS21HDOS功能調(diào)用23HCtrl+Break處理24HDOS嚴(yán)重錯(cuò)誤33H鼠標(biāo)中斷2FH31HDOS保護(hù)方式接口BIOS、DOS、自由中斷的匯編調(diào)用方式：INTn；n為中斷向量號(hào)，如INT10H、INT21H可編程中斷控制器8259A功能說(shuō)明外部特性?xún)?nèi)部特性工作方式初始化應(yīng)用示例功能優(yōu)先級(jí)排隊(duì)管理：（完全嵌套、循環(huán)優(yōu)先級(jí)、特定屏蔽）接受和擴(kuò)充外部設(shè)備的中斷請(qǐng)求（8—64）提供中斷類(lèi)型號(hào)（可編程控制）進(jìn)行中斷請(qǐng)求的屏蔽和開(kāi)放（8、15或更多，向量/查詢(xún)中斷）外部特性CPU側(cè)：DB0~DB7；外設(shè)側(cè)：IR0~IR7；級(jí)聯(lián)：CS；RD、WR、A0；SP/EN、CAS0~CAS2。INT、INTA；邏輯部件邏輯部件（續(xù)）&INTISR編碼中斷請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)編碼器中斷請(qǐng)求寄存器IRRIR0IR7……&&&&&&&&中斷屏蔽寄存器IMRD0D7…≥1比較器B0B1B2A>BA0A1A2工作方式中斷觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)(0->1)、電平觸發(fā)(1)、中斷查詢(xún)連接系統(tǒng)總線的方式緩沖方式、非緩沖方式屏蔽中斷源的方式通常屏蔽、特殊屏蔽優(yōu)先級(jí)排隊(duì)的方式全嵌套、特殊全嵌套(常用于多片級(jí)聯(lián)時(shí))、自動(dòng)輪換、指定輪換結(jié)束中斷的處理方式自動(dòng)結(jié)束、非自動(dòng)結(jié)束中斷操作功能及命令7個(gè)命令和2個(gè)命令端口命令字定點(diǎn)分配命令端口地址+按序?qū)懨疃丝诘刂贩峙浔沓跏蓟钭諭CW1請(qǐng)求觸發(fā)方式設(shè)置及片數(shù)選擇命令附加操作：復(fù)位芯片(清除IMR，完全嵌套，IR0最高)初始化命令字ICW2IRi的中斷類(lèi)型號(hào)=ICW2的高5位+I例：如果ICW2為08H，則IR3的中斷類(lèi)型號(hào)（中斷向量）為08H+03H=0BH中斷類(lèi)型號(hào)設(shè)置命令初始化命令字ICW3級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式初始化命令字ICW3（續(xù)1）主片和從片進(jìn)行設(shè)置主片：S7~S0分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的IR號(hào)的引腳，為1的位對(duì)應(yīng)的引腳接有從片；從片：ID2~ID1的編號(hào)是該從片接到主片的IR引腳的IR號(hào)。主從片設(shè)置命令初始化命令字ICW3（續(xù)2）主片請(qǐng)求：與非級(jí)聯(lián)一致。從片請(qǐng)求：與非級(jí)聯(lián)一致，但其INT送到主片，服從主片的請(qǐng)求規(guī)則。從片響應(yīng)：通過(guò)CAS線譯碼，選中時(shí)在收到第二個(gè)INTA后，返回中斷類(lèi)型號(hào)。主片響應(yīng)：收到第一個(gè)INTA后，對(duì)從片的IR請(qǐng)求，在第一個(gè)INTA下降沿從CAS線送出該IR編碼；否則，在第二個(gè)INTA返回中斷類(lèi)型號(hào)。級(jí)聯(lián)方式的中斷請(qǐng)求及響應(yīng)過(guò)程D0：用于8位(0)/16位(1)微機(jī)；D1：非中斷自動(dòng)結(jié)束(0)/自動(dòng)結(jié)束(1)方式；從片非自動(dòng)結(jié)束時(shí)，主、從片均需發(fā)EOI命令。D2：緩沖方式(D3=1)時(shí)的主從片級(jí)聯(lián)位置設(shè)置，從片(0)/主片(1)；D3：非緩沖(0)/緩沖(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、緩沖方式、中斷結(jié)束方式設(shè)置命令初始化過(guò)程操作命令字OCW1通常中斷屏蔽設(shè)置

特征位：D4D3=00；功能：結(jié)束方式和優(yōu)先權(quán)輪轉(zhuǎn)管理；

結(jié)束方式管理：D6D5=01，非自動(dòng)[不指定]；D6D5=11，非自動(dòng)[指定]。

優(yōu)先權(quán)管理：D7=0，優(yōu)先權(quán)固定；D7=1，優(yōu)先權(quán)輪轉(zhuǎn)。操作命令字OCW2PRRRIS功能應(yīng)用010讀取IRR內(nèi)容OUT20H，0AHINAL，20H011讀取ISR內(nèi)容OUT20H，0BHINAL，20H00*不讀取任何寄存器內(nèi)容1**讀取查詢(xún)字信息OUT20H，0CHINAL，20H操作命令字OCW3ESMMSMM功能0*該操作對(duì)特殊屏蔽無(wú)效10取消特定屏蔽11設(shè)置特定屏蔽設(shè)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。特定屏蔽管理需先設(shè)定OCW3的D2位（P）為1。I=0，無(wú)中斷請(qǐng)求；I=1，有中斷請(qǐng)求。W2~W0，正在申請(qǐng)中斷的若干中斷源中優(yōu)先級(jí)最高的中斷源的編碼。

查詢(xún)命令字格式讀IMR、ISR、IRRIMR：直接讀奇地址ISR和IRR：能過(guò)預(yù)設(shè)OCW3的D0，D1后讀偶地址應(yīng)用(早期PC，單片)應(yīng)用(PC微機(jī)，雙片級(jí)聯(lián))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:邊沿觸發(fā),要ICW4;級(jí)聯(lián)方式,要ICW3.OUT INTM00,ALJMP SHORT$+2 ;I/O端口延時(shí)MOV AL,00001000B ;ICW2:設(shè)置主片的中斷向量,起始的中斷向量為08HOUT INTM01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00000100B ;ICW3:表示從8259A的INT輸出是連接到主片的IR2.OUT INTM01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00010001B ;ICW4:非總線緩沖,特殊全嵌套,非自動(dòng)EOIOUT INTM01,ALJMP SHORT$+2……從片的初始化INTS00 EQU 0A0H ;從8259A端口0INTS01 EQU 0A1H ;從8259A端口1 ……MOV AL,00010001B ;ICW1邊沿觸發(fā)，要ICW4;級(jí)聯(lián)方式，要ICW3.OUT INTS00,ALJMP SHORT$+2MOV AL,01110000B ;ICW2:設(shè)置從片的中斷向量,起始的中斷向量為70HOUT INTS01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00000010B ;ICW3:設(shè)置從片的識(shí)別標(biāo)志,指定對(duì)應(yīng)主片的IR2.OUT INTS01,ALJMP SHORT$+2MOV AL,00000001B ;ICW4:非總線緩沖,全嵌套,非自動(dòng)中斷結(jié)束.OUT INTS01,ALJMP SHORT$+2……中斷編程的注意點(diǎn)1.使