第7章中斷及中斷控制器本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)中斷技術(shù)概述、808的6中斷類型中斷優(yōu)先權(quán)及其管理、中斷矢量中斷處理過程?可編程中斷控制器 及其應(yīng)用7-1本章知識重點(diǎn)7-1-中1斷技術(shù)的基本概念．1中斷的概念所謂“中斷”是指 在正常執(zhí)行程序時(shí)，由于內(nèi)部/外部事件或程序的預(yù)先安排引起暫時(shí)終止執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行請求 為其服務(wù)的服務(wù)程序，待該服務(wù)程序執(zhí)行完畢，又能自動(dòng)返回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。．2中斷源能引起中斷的外部設(shè)備或內(nèi)部原因稱為中斷源。按照與的位置關(guān)系可分為內(nèi)部中斷和外部中斷。內(nèi)部中斷是在處理某些特殊事件時(shí)所引起或通過內(nèi)部邏輯電路自己去調(diào)用的中斷。外部中斷是由于外部設(shè)備要求數(shù)據(jù)輸入/輸出操作時(shí)請求為之服務(wù)的一種中斷。通常中斷源有以下幾種：一（般1的）輸入/輸出設(shè)備，如鍵盤、打印機(jī)等。實(shí)（時(shí)2時(shí)）鐘。故（障3源）。軟（件4中）斷。3．中斷源識別識別中斷源通常有兩種方法：查詢中斷和矢量中斷。查詢中斷：就是用軟件查詢的方法確定中斷源。當(dāng) 收到中斷請求信號時(shí)，通過執(zhí)行一段查詢程序，從多個(gè)可能的外設(shè)中查詢申請中斷的外設(shè)。矢（量2中）斷：又稱向量中斷。每個(gè)中斷源預(yù)先指定一個(gè)矢量標(biāo)志，要求外設(shè)在提出中斷請求的同時(shí)，提供該中斷矢量標(biāo)志。當(dāng) 響應(yīng)某個(gè)中斷源的中斷請求時(shí)，控制邏輯就將該中斷源的矢量標(biāo)志送入 。 根據(jù)矢量標(biāo)志自動(dòng)找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)。這種中斷源識別方法比查詢中斷要快很多。4．中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)同步操作：中斷方式不僅可以實(shí)現(xiàn) 和外設(shè)之問的并行工作，而且 可命令多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，這大大提高 的利用率，也加快了輸?/輸出的速度。（2實(shí)）現(xiàn)實(shí)時(shí)處理：利用中斷技術(shù)可以及時(shí)處理隨機(jī)輸入到微型計(jì)算機(jī)的各種參數(shù)和信息，使微型計(jì)算機(jī)具備實(shí)時(shí)處理與控制的能力。故障處理： 可以就根據(jù)故障源發(fā)出的中斷請求，立即去執(zhí)行相應(yīng)的故障處理程序，自行處理故障而不必停機(jī)，因此提高了微型計(jì)算機(jī)工作的可靠性。7-1中-斷2系統(tǒng)1．中斷系統(tǒng)的功能（1能）實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。當(dāng)某個(gè)中斷源發(fā)出中斷請求，可決定是否響應(yīng)這個(gè)中斷請求。如果正在執(zhí)行更緊急、更重要的工作時(shí)，可以暫不響應(yīng)中斷。若允許響應(yīng)這個(gè)中斷請求，則必須在執(zhí)行完現(xiàn)行指令后，保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場，即把斷點(diǎn)處的I和值、各寄存器的內(nèi)容與標(biāo)志位的狀態(tài)壓入堆棧，然后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，同時(shí)清除中斷請求信號。當(dāng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，再恢復(fù)現(xiàn)場和斷點(diǎn)，使返回主程序繼續(xù)執(zhí)行，至此的一次中斷過程結(jié)束。其過程如圖7．1所示。圖7.中1斷的過程（2）能實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)在中斷系統(tǒng)中，一般要根據(jù)各中斷請求的輕重緩急分別處理，即給每個(gè)中斷源確定一個(gè)中斷優(yōu)先級別——中斷優(yōu)先權(quán)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)地對它們進(jìn)行排隊(duì)判優(yōu)，保證首先處理優(yōu)先級別高的中斷請求，待級別高的中斷請求處理完畢后，再響應(yīng)級別較低的中斷請求。（3能）實(shí)現(xiàn)中斷嵌套當(dāng)響應(yīng)某一中斷請求，并為其服務(wù)時(shí)，若有優(yōu)先權(quán)更高的中斷源發(fā)出中斷請求，則要求能打斷正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序，響應(yīng)更高級別的中斷請求。在高級別中斷請求處理完后，再返回被打斷的中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行，即實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。允許高優(yōu)先級中斷請求可以打斷低優(yōu)先級中斷服務(wù)，使對于急需處理的事件立即作出響應(yīng)。2．中斷類型80采8用6了矢量型的中斷結(jié)構(gòu)，共有25個(gè)6中斷矢量號，又稱中斷類型號。按照與的相對位置關(guān)系分為外部中斷和內(nèi)部中斷。內(nèi)部中斷也稱軟件中斷，是由處理器檢測到異常情況或執(zhí)行軟件中斷指令所引起的一種中斷。通常有除法出錯(cuò)中斷、I溢出中斷、I 中斷、斷點(diǎn)中斷和單步中斷等。外部中斷也稱硬件中斷，是由 的外部中斷請求信號觸發(fā)的一種中斷，分為不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷IT3．內(nèi)部中斷除法出錯(cuò)中斷：在執(zhí)行除法指令DI或IDW時(shí)，若發(fā)現(xiàn)除數(shù)為或商超過了目的寄存器所能表達(dá)的范圍，則 會(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)中斷類型碼為的內(nèi)部中斷。溢出中斷：若上一條指令執(zhí)行的結(jié)果使溢出標(biāo)志位 ，則執(zhí)行中斷指令I(lǐng)時(shí)，將引起中斷類型碼為4的內(nèi)部中斷。指令： 執(zhí)行一條I 中斷指令，就會(huì)發(fā)生一次中斷，其中為中斷類型碼范圍為? 5斷點(diǎn)中斷： 執(zhí)行單字節(jié)中斷指令I(lǐng)3就產(chǎn)生一個(gè)中斷類型碼為的內(nèi)部中斷，它主要用于程序調(diào)試。單步中斷：當(dāng)標(biāo)志寄存器中的標(biāo)志位為時(shí)， 就處于單步工作方式。這時(shí)在每條指令執(zhí)行完后自動(dòng)產(chǎn)生中斷類型碼為的內(nèi)部中斷，作為中斷處理過程的一部分，將自動(dòng)把標(biāo)志寄存器的內(nèi)容和斷點(diǎn)壓入堆棧保存起來，然后將和m清零。4．內(nèi)部中斷的特點(diǎn)中斷矢量號是由 自動(dòng)提供的，不需要執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期去讀取矢量號。除單步中斷外，所有內(nèi)部中斷都無法禁止，即都不能通過執(zhí)行 指令使I位清零來禁止對它們的響應(yīng)。除（單3步）中斷外，任何內(nèi)部中斷的優(yōu)先權(quán)都比外部中斷高。的中斷優(yōu)先權(quán)順序?yàn)椋簝?nèi)部中斷除法出錯(cuò)中斷、 指令中斷、 溢出中斷、斷點(diǎn)中斷）中斷；中斷和單步中斷。5．外部中斷有兩條外部中斷請求信號線： 和，用來輸入外設(shè)向 發(fā)出的中斷請求信號。非屏蔽中斷請求由引腳引入的是不可屏蔽中斷請求，采用邊沿觸發(fā)。它不受中斷允許標(biāo)志位m的影響，即使在關(guān)中斷 的情況下，也能在當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后就響應(yīng)上的中斷請求?？善帘沃袛嘤梢_引入的是可屏蔽中斷請求，采用電平觸發(fā)方式，高電平有效。在當(dāng)前指令周期的最后一個(gè)狀態(tài)采樣中斷請求線，若發(fā)現(xiàn)有可屏蔽中斷請求，將根據(jù)中斷允許標(biāo)志位的狀態(tài)決定是否響應(yīng)。如果 ，表示 處于關(guān)中斷狀態(tài)，屏蔽 線上的中斷， 不理會(huì)該中斷請求而繼續(xù)執(zhí)行下一條指令。如果 ，表示 處于開中斷狀態(tài)，允許 線上的中斷， 執(zhí)行完現(xiàn)行指令后轉(zhuǎn)入中斷響應(yīng)周期。注意：可屏蔽中斷的優(yōu)先權(quán)低于非屏蔽中斷。7-1中-斷3優(yōu)先權(quán)與中斷管理．1中斷優(yōu)先權(quán)實(shí)際的中斷系統(tǒng)中常常有多個(gè)中斷源，而中斷申請引腳往往只有一條中斷請求線。于是在多個(gè)中斷源同時(shí)請求時(shí)，必須首先確定為哪一個(gè)中斷源服務(wù)，要能辨別優(yōu)先權(quán)最高的中斷源并響應(yīng)之。當(dāng)在處理中斷時(shí)，也要能響應(yīng)更高級別的中斷申請，而屏蔽掉同級或較低級的中斷申請。通常有兩種方法解決中斷優(yōu)先權(quán)的識別問題。用（軟1件）查詢方法確定中斷優(yōu)先權(quán)。中斷優(yōu)先權(quán)由查詢順序決定，最先查詢的中斷源具有最高的優(yōu)先權(quán)。軟件查詢方法的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡單。軟件查詢的順序就是中斷優(yōu)先權(quán)的順序，不需要專門的優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路，可以直接修改軟件查詢順序來修改中斷優(yōu)先權(quán)，不必更改硬件。缺點(diǎn)是當(dāng)中斷源個(gè)數(shù)較多時(shí)，由逐位檢測查詢到轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序所耗費(fèi)的時(shí)間較長，中斷響應(yīng)速度慢，服務(wù)效率低。硬（件2優(yōu)）先權(quán)排隊(duì)電路硬件優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路形式眾多，有采用編碼器組成的，有采用鏈?zhǔn)诫娐返?。硬件鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路又稱為菊花環(huán)式優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路，它是利用外設(shè)連接在排隊(duì)電路的物理位置來決定其中斷優(yōu)先權(quán)的，排在最前面的優(yōu)先權(quán)最高，排在最后面的優(yōu)先權(quán)最低。．2中斷管理可管理種中斷。對每種中斷都指定一個(gè)中斷矢量號，每一種中斷矢量號都可以與一個(gè)中斷服務(wù)程序相對應(yīng)。中斷服務(wù)程序存放在存儲區(qū)域內(nèi)，而中斷服務(wù)程序的入口地址存放在內(nèi)存儲器的中斷矢量表內(nèi)。中斷矢量表是中斷矢量號與它相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的轉(zhuǎn)換表。當(dāng)處理中斷時(shí)，就需要指向中斷服務(wù)程序的入口地址。以中斷矢量為索引號，從中斷矢量表中取得中斷服務(wù)程序的入口地址因?yàn)槊總€(gè)中斷矢量號要占用4個(gè)字節(jié)單元。兩個(gè)高字節(jié)單元用來存放中斷服務(wù)程序入口的段地址，兩個(gè)低字節(jié)單元用來存放從段地址到中斷服務(wù)程序入地址的偏移值。故 個(gè)中斷矢量號要占用 個(gè)字節(jié)的存儲單元，地址范圍從 ? 。當(dāng)發(fā)生中斷矢量號為的中斷請求時(shí)，首先把矢量號乘以4得到中斷矢量表的地址，然后把中斷矢量表地址開始的兩個(gè)低字節(jié)單元內(nèi)容裝入寄存器，再把兩個(gè)高字節(jié)單元內(nèi)容裝入。寄存器，這樣就把控制引導(dǎo)到類型的中斷服務(wù)程序的起始地址，開始類型的中斷處理過程。因此，為了讓響應(yīng)中斷后能轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，就必須事前將中斷服務(wù)程序的入口地址置入中斷矢量表中。中斷矢量表分為3部分：專用中斷、備用中斷和用戶中斷。專用中斷：類型?類型4共有種類型。專用中斷的中斷服務(wù)程序的入口地址由系統(tǒng)負(fù)責(zé)裝入，用戶不能隨意修改。備用中斷：類型?類型F這是 t公司為軟、硬件開發(fā)保留的中斷類型，一般不允許用戶改作其他用途。用戶中斷：類型?類型，為用戶可用中斷，其中斷服務(wù)程序的入口地址由用戶程序負(fù)責(zé)裝入。這些中斷可由用戶定義為軟件中斷，由 指令引入，也可以通過引腳直接引入的或通過可編程中斷控制器 引入的可屏蔽中斷。3．微機(jī)系統(tǒng)的中斷處理過程中斷處理過程大致可分為中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回4個(gè)過程。（1中）斷請求cI在每條指令執(zhí)行結(jié)束后去采樣或查詢有無中斷請求信號。若查詢到有中斷請求，并且在允許響應(yīng)中斷的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入中斷響應(yīng)周期，由硬件完成關(guān)中斷、保存斷點(diǎn)、取中斷服務(wù)程序的入口地址等一系列操作，而后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序執(zhí)行中斷處理。由于外設(shè)的中斷請求是隨機(jī)發(fā)生的，系統(tǒng)中必須設(shè)置一個(gè)中斷請求觸發(fā)器把隨機(jī)輸入的中斷請求信號鎖存起來，并保持到響應(yīng)這個(gè)中斷請求后，才能清除。設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽寄存器，用輸出指令來控制它們的狀態(tài)，以決定其相應(yīng)中斷請求信號是否能發(fā)向。（2中）斷響應(yīng)若為非屏蔽中斷請求，則執(zhí)行完現(xiàn)行指令后，就立即響應(yīng)中斷。若要響應(yīng)可屏蔽中斷請求，必須滿足以個(gè)條件：①無總線請求；②cvt：允許中斷；③cvu執(zhí)行完現(xiàn)行指令。（3中）斷處理在中斷處理時(shí)要進(jìn)行以下操作：保護(hù)現(xiàn)場： 響應(yīng)中斷時(shí)自動(dòng)完成C、寄存器以及標(biāo)志寄存器 的保護(hù)。開中斷：主要是為了實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。中斷服務(wù)： 通過執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成對中斷情況的處理。（4中）斷返回中斷返回是由執(zhí)行中斷服務(wù)程序中的中斷返凹指令 來完成的。當(dāng) 執(zhí)行該指令時(shí)，自動(dòng)會(huì)把斷點(diǎn)地址從堆棧中彈出到和中，原來的標(biāo)志寄存器內(nèi)容壓入 a可編程中斷控制器的主要功能可編程中斷控制器的主要功能（1具）有8級中斷優(yōu)先權(quán)控制，通過級聯(lián)方式可擴(kuò)展到64級中斷優(yōu)先權(quán)控制。（2每）一級中斷都可以屏蔽或允許。在中斷響應(yīng)周期， 可提供相應(yīng)的中斷類型碼。有多種中斷管理方式，可通過編程來進(jìn)行選擇。的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾部分組成：1位數(shù)據(jù)總線緩沖器：它是 與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口，對 的控制字是通過它寫入的； 的狀態(tài)信息，通過它讀入P在中斷響應(yīng)周期， 送出的中斷矢量也是通過它傳送給的。讀/寫控制邏輯：該部件接收來自 的讀/寫命令，完成讀/寫操作。中斷屏蔽寄存器 M是對級中斷請求加以禁止和允許的寄存器。若某位置1,則與之對應(yīng)的中斷請求被禁止。中斷請求寄存器 R用來存放由外部輸入的外部中斷請求。當(dāng)某個(gè)輸入信號為高電平時(shí)，該寄存器的相應(yīng)位置1。中斷服務(wù)寄存器S用來存放所有『在進(jìn)行服務(wù)的中斷請求包括尚未服務(wù)完而中途被優(yōu)先權(quán)更高的中斷所打斷的中斷請求。若某位為“1”，表示正在為相應(yīng)的中斷源服務(wù)。（6）優(yōu)先權(quán)電路：用來識別各中斷請求信號的優(yōu)先級別。控制邏輯：按照編程設(shè)置的工作方式管理 的全部上作。級聯(lián)緩沖器/較器：這個(gè)功能部件在級聯(lián)方式的主從結(jié)構(gòu)中，用來存放和比較系統(tǒng)中各 的從沒各標(biāo)志 。中斷優(yōu)先權(quán)管理（1一）般完全嵌套方式在此方式下， 的中斷請求輸入端引入的中斷具有固定的優(yōu)先權(quán)排隊(duì)順序，為最高優(yōu)先級，.為次高優(yōu)先級……依次類推，為最低優(yōu)先級。同時(shí)，在某個(gè)級別的中斷請求正在被服務(wù)期間， 將禁止同級或較低級的中斷請求，但允許高優(yōu)先級的中斷打斷低優(yōu)先級的服務(wù),實(shí)現(xiàn)嵌套中斷。（2自）動(dòng)循環(huán)方式在這種方式下，從?引入的中斷輪流具有最高優(yōu)先權(quán)，當(dāng)任何一級中斷被處理完后,它的優(yōu)先級別就被改變?yōu)樽畹?而最高優(yōu)先級分配給該中斷的下一級中斷。（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：普通屏蔽方式：這種方式是在 中，將某一位或幾位置"I"，來屏蔽掉相應(yīng)級別的中斷請求。特殊屏蔽方式： 上作在特殊屏蔽方式時(shí)，所有未被屏蔽的優(yōu)先級中斷請求較高的和較低的均可在某個(gè)中斷過程中被響應(yīng)，即低優(yōu)先級別的中斷可以進(jìn)入『在服務(wù)的高優(yōu)先級別中,這種方式可以在中斷服務(wù)程序執(zhí)行期間動(dòng)態(tài)地改變系統(tǒng)的優(yōu)先結(jié)構(gòu)。（4特）殊完全嵌套方式在特殊完全嵌套方式下,當(dāng)處理某一級中斷時(shí),如果有同級的中斷請求,也會(huì)給予響應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)對同級中斷請求的特殊嵌套。4．中斷結(jié)束的管理（1一）般完全嵌套情況在一般完全嵌套方式下，可采崩種中斷結(jié)束方式：一般 方式：當(dāng)任何一級中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，給 發(fā)送一個(gè) 命令，將寄存器中級別最高的置…1位清零。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)中修改過中斷級別,則不能采用這種方式。指定方式：在一般 方式基礎(chǔ)上，當(dāng)中斷服務(wù)程序結(jié)束給 發(fā)出命令的

同時(shí)，將當(dāng)前結(jié)束的中斷級別也傳送給 5這就是特殊方式。在這種方式下，將 寄存器中指定級別的相應(yīng)置?1'位清零，適合于在任何情況下使用。自動(dòng) 方式：若 處于自動(dòng) 方式，則在第二個(gè)中斷響應(yīng)信號 結(jié)束時(shí)，自動(dòng)將1寄存器相應(yīng)置"J'位清零。中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，不需要向 送命令。只有在一些以預(yù)定速率發(fā)生中斷，且不會(huì)發(fā)生同級中斷互相打斷或低級中斷打斷高級中斷的情況下，才使用自動(dòng) 方式。自（動(dòng)2循）環(huán)方式不指定的 方式：當(dāng)任何一級中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，給 發(fā)一個(gè)不指定的命令，將 寄存器中級別最高的置…I'位清零，同時(shí)賦給它最低優(yōu)先級，將最高優(yōu)先級賦給比它低一級的中斷請求，其他中斷請求的優(yōu)先級別按自動(dòng)循環(huán)方式類推。指定 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。，在向發(fā)中斷結(jié)束命令的同時(shí)，將其中優(yōu)先級別也傳送給 。這樣，可根據(jù)用戶要求將寄存器中指定級別的相應(yīng)置"I"位清零，同時(shí)賦給它最低優(yōu)先級，其余中斷源的優(yōu)先級別按自動(dòng)循環(huán)方式類推。自動(dòng)方式： 在第二個(gè)中斷響應(yīng)信號 結(jié)束時(shí)，自動(dòng)將寄存器中的相應(yīng)置"1”位清零，并賦給它最低優(yōu)先級，其余中斷源的優(yōu)先級別按自動(dòng)循環(huán)方式類推。特（殊3完）全嵌套情況應(yīng)發(fā)出兩個(gè) 命令，一個(gè)送給主 5用來將主的1寄存器相應(yīng)位清零；另一個(gè)送給從 5用來將從 中的 寄存器相應(yīng)位清零。．5連接系統(tǒng)總線的方式緩沖方式：在多片 級聯(lián)的大系統(tǒng)中， 通過總線驅(qū)動(dòng)器與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。非緩沖方式：當(dāng)系統(tǒng)中只有單片 或只有幾片 工作在級聯(lián)方式時(shí)，可以將 直接與數(shù)據(jù)總