1、第八章 中斷技術(shù)、DMA控制器,主 要 內(nèi) 容,中斷的基本原理 中斷的實現(xiàn)方法 中斷控制器8259A DMA控制器8237,中 斷 的 基 本 原 理,所謂中斷，就是指當CPU正在執(zhí)行程序時，外設(shè)(或其它中斷源)向CPU發(fā)出請求，CPU暫停當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)向該外設(shè)服務(或稱中斷服務)程序，當中斷服務程序運行結(jié)束后，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。,中 斷 的 基 本 原 理,中斷過程 包括：中斷請求，中斷判優(yōu)，中斷響應，中斷處理，中斷返回五個過程。 中斷優(yōu)先權(quán) 軟件查詢法 是在CPU響應中斷后，用軟件查詢以確定是哪些外設(shè)申請中斷，并判斷它們的優(yōu)先權(quán),中 斷 的 基 本 原 理,硬件優(yōu)先權(quán)排隊電路

2、中斷優(yōu)先權(quán)排隊電路 可用硬件編碼器和比較器組成的優(yōu)先權(quán)排隊電路,中 斷 的 基 本 原 理,硬件優(yōu)先權(quán)排隊電路 鏈式優(yōu)先權(quán)排隊電路也稱雛菊花鏈 將所有的中斷源排成一個鏈。各中斷源在鏈中的前后順序是根據(jù)中斷源優(yōu)先級別的高低來排列。排在鏈前面的優(yōu)先級最高。,中 斷 的 基 本 原 理,中斷響應 中斷響應的條件： 有中斷請求信號 中斷請求沒有被屏蔽 中斷是開放的 CPU在現(xiàn)行指令執(zhí)行結(jié)束時響應中斷,中 斷 的 基 本 原 理,中斷響應 關(guān)中斷 保存斷點 保護現(xiàn)場 給出中斷服務程序入口地址，并轉(zhuǎn)入該服務程序 恢復現(xiàn)場 從中斷返回,8086 8088 中 斷 系 統(tǒng),8086/8088的中斷源 8086

3、/8088系統(tǒng)的中斷源分為外部中斷（中斷源來自CPU外部）和內(nèi)部中斷（來自CPU內(nèi)部的中斷） 內(nèi)部中斷 除法溢出中斷0號中斷 單步中斷1號中斷 INT指令中斷 溢出中斷4號中斷,8086 8088 中 斷 系 統(tǒng),外部中斷 非屏蔽中斷 非屏蔽中斷的優(yōu)先權(quán)高于可屏蔽中斷。其中斷請求信號是發(fā)生在NMI上的電壓跳變（邊沿觸發(fā)）。 可屏蔽中斷 出現(xiàn)在INTR線上的請求信號是電平觸發(fā)的。只有當中斷允許標志位IF為1時，CPU才能響應INTR的中斷請求。如果IF為0，即使INTR端有中斷請求信號CPU也不會響應。這種情況稱為中斷屏蔽。,8086 8088 中 斷 系 統(tǒng),中斷向量表 8086/8088系統(tǒng)

4、支持最多256個中斷，對應每一個中斷，都有一個中斷服務程序，該中斷服務程序的入口地址稱為中斷向量。每個中斷向量占用4個字節(jié)，前兩個字節(jié)為服務程序的IP（偏移量），后兩個字節(jié)為服務程序的CS（段地址）。,8259A 中 斷 控 制 器,8259A的結(jié)構(gòu)及邏輯功能 功能 管理和控制80 x86的外部中斷請求 實現(xiàn)中斷判優(yōu) 提供中斷向量 屏蔽中斷輸入 使用單片8259A可以管理8級中斷，采用級聯(lián)方式，最多可管理64級中斷,8259A 中 斷 控 制 器,結(jié)構(gòu),8259A 中 斷 控 制 器,結(jié)構(gòu) 中斷請求寄存器IRR 優(yōu)先級分析器 中斷服務寄存器ISR 中斷屏蔽寄存器IMR 數(shù)據(jù)總線緩沖器 讀/寫邏

5、輯 級聯(lián)緩沖器,8259A 中 斷 控 制 器,8259A的引腳,8259A 中 斷 控 制 器,中斷響應過程 （1）外部設(shè)備在中斷請求輸入線（IR7 IR0）上發(fā)了中斷請求，使中斷請求寄存器IRR的相應位置位。 （2）IRR的內(nèi)容與IMR的內(nèi)容相“與”，結(jié)果送給優(yōu)先級分析器。中斷優(yōu)先級分析器把優(yōu)先級最高的中斷請求送到控制電路。 （3）控制電路將接收到的中斷請求向CPU輸出INT信號。,8259A 中 斷 控 制 器,中斷響應過程 （4）若CPU是處在開中斷狀態(tài)，則在當前指令執(zhí)行完以后，接收到INT信號，輸出一個中斷響應脈沖，進入第一個中斷響應周期。 （5）8259A的腳上收到脈沖信號，就將最

6、高優(yōu)先級所對應的IRR位清除，并將對應的ISR位置位。 （6）CPU啟動第二個中斷響應周期，輸出另一個脈沖，在這個周期8259A向數(shù)據(jù)總線輸出一個中斷向量碼。 （7）CPU讀取該中斷向量碼，把它乘以4，得到中斷服務程序入口地址，轉(zhuǎn)入該中斷服務程序。這樣一個中斷響應周期就完成了。,8259A 中 斷 控 制 器,8259A的編程 8259A的初始化編程 由CPU向8259A寫初始化命令字ICW 初始化命令字ICW的格式及功能如下 1、ICW1 2、ICW2,8259A 中 斷 控 制 器,3、ICW3 4、ICW4,8259A 中 斷 控 制 器,8259A的工作方式編程 1、OCW1是中斷屏蔽

7、命令字，D7D0分別控制對應的IRQ7IRQ0上的中斷請求被屏蔽還是開放?！?”是屏蔽，“0”是開放。 2、OCW2是用來設(shè)置中斷優(yōu)先級循環(huán)方式和發(fā)送EOI命令。通過偶地址寫OCW2且命令字的D4D3位都是“0”，標志著是對OCW2設(shè)置，若D4D3位是01則是OCW3，D4為1則是ICW1。,8259A 中 斷 控 制 器,3、OCW3用于控制讀中斷狀態(tài)、查詢及屏蔽方式，此時要求8259A的引腳A0為0即偶地址。 例：設(shè)8259A初始化后屏蔽IR2，設(shè)置特殊屏蔽方式，允許開放優(yōu)先級低的中斷。設(shè)端口地址為20H和21H。,8259A 中 斷 控 制 器,8259A的操作方式 查詢方式 中斷屏蔽

8、緩沖模式 中斷嵌套模式 中斷優(yōu)先權(quán)旋轉(zhuǎn) 中斷結(jié)束命令 讀8259A狀態(tài) 8259A的級聯(lián),可 編 程 DMA 控 制 器 8237A,利用DMA方式傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)的傳送過程完全由硬件控制，這種電路稱為DMA控制器（DMAC）。需要數(shù)據(jù)傳送時，DMAC向CPU提出申請，CPU讓出總線控制權(quán)，由DMAC直接控制地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，讓存儲器與高速的外部設(shè)備直接交換數(shù)據(jù)，CPU不再干預，這樣大大減少了中間過程，提高了數(shù)據(jù)傳送速度。,可 編 程 DMA 控 制 器 8237A,8237A的結(jié)構(gòu)和功能 引腳信號,可 編 程 DMA 控 制 器 8237A,內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8237A有4個獨立的DMA

9、通道，24個內(nèi)部寄存器。,可 編 程 DMA 控 制 器 8237A,內(nèi)部寄存器 基址寄存器和當前地址寄存器 基字節(jié)計數(shù)寄存器和當前字節(jié)計數(shù)寄存器 暫時地址寄存器 狀態(tài)寄存器 命令寄存器 暫存寄存器 方式寄存器 屏蔽寄存器 請求寄存器 8237A的先后觸發(fā)器 此觸發(fā)器保證16位寄存器的讀寫操作，以先低字節(jié)后高字節(jié)的順序操作。,可 編 程 DMA 控 制 器 8237A,8237A的工作方式 單字節(jié)傳送方式 DMA傳送時，僅傳送一個字節(jié)。 塊傳送方式 塊傳送方式由一個DMA請求啟動傳送整個一個數(shù)據(jù)塊，在整個數(shù)據(jù)傳送期間，系統(tǒng)總線一直被DMAC所控制，每傳送一個數(shù)據(jù)，計數(shù)寄存器的值減1。 請求傳送

10、方式 在請求傳送方式下8237A被編程為連續(xù)傳送，直至遇到T/C或外部來的 為止，或者直到DREQ不再有效為止。 級聯(lián)方式 多個8237A進行級聯(lián)時，將其中一個DMAC作為主片，其他作為從片。,可 編 程 DMA 控 制 器 8237A,8237A初始化編程 設(shè)置方式寄存器 PC機BIOS在初始化時，將方式寄存器初始化為單字節(jié)傳送方式、地址遞增、通道0為讀傳送、自動預置（方式字為58H）、通道1、2、3為校驗傳送、禁止自動預置，其方式字為41H、42H、43H。 設(shè)置命令寄存器 初始化必須設(shè)置命令寄存器，以確定其工作時序、優(yōu)先級方式、DREQ和DACK的有效電平及是否允許工作等。 清除先后觸發(fā)

11、器 先/后觸發(fā)器是一個指針，當它為0時，對低字節(jié)進行操作，當它為1時，對高字節(jié)進行操作。,可 編 程 DMA 控 制 器 8237A,設(shè)置地址和字節(jié)計數(shù)器 8237A每個通道有四個16位的寄存器。這四個寄存器是基地址寄存器和當前地址寄存器以及基本字節(jié)計數(shù)寄存器和當前字節(jié)計數(shù)寄存器。 清除屏蔽寄存器 屏蔽寄存器是一個4位寄存器，每一位代表一個通道。當它為1時，向該通道的DMA請求被禁止；為0時，則允許。,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,8253的結(jié)構(gòu)和功能 8253采用N溝道MOS工藝制成，有三個獨立的16位計數(shù)器，只需要一組5V電源。 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu),可 編 程 DMA 控

12、制 器 8237A,8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)總線緩沖器 它是8位雙向三態(tài)緩沖器，可直接連接到數(shù)據(jù)總線上。初始化編程時，CPU寫入8253的方式控制字和計數(shù)初值、CPU從計數(shù)器中讀取的當前計數(shù)值都經(jīng)這里傳送。 讀/寫控制邏輯 產(chǎn)生相應的控制信號，來選擇讀/寫操作的端口及控制數(shù)據(jù)的傳送方向。 計數(shù)器0、1、2 三個計數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，但相互獨立。計數(shù)器從時鐘輸入端接收時鐘脈沖或事件計數(shù)脈沖。 控制字寄存器 控制字寄存器是8位的，只能寫不能讀。寫入的內(nèi)容包括計數(shù)器的工作方式或計數(shù)器的初值,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,8253的引腳信號 8253的功能 定時 計數(shù),可 編 程 定

13、時 器 計 數(shù) 器 8253,8253的方式控制字 （1）SC1、SC0：用于選擇計數(shù)器 SC1 SC0 選擇的計數(shù)器 0 0 計數(shù)器0 0 1 計數(shù)器1 1 0 計數(shù)器2 （2）RW1、RW0：讀/寫控制位 RW1 RW0 操作 0 0 計數(shù)器鎖存 0 1 讀/寫低字節(jié) 1 0 讀/寫高字節(jié) 1 1 先讀/寫低字節(jié)，后讀/寫高字節(jié),可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,（3）M2、M1、M0：方式選擇位 M2 M1 M0 方式選擇 0 0 0 方式0 0 0 1 方式1 0 1 0 方式2 0 1 1 方式3 1 0 0 方式4 1 0 1 方式5 （4）BCD：選擇計數(shù)格式。BCD

14、=1，十進制計數(shù)。BCD=0，二進制計數(shù)。,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,8253的工作方式 方式0計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷 在這種方式下，寫入控制字之后，輸出端OUT為低電平作為初始電平，并且在計數(shù)值到達0之前一直保持低電平。當計數(shù)到達0時，輸出端OUT為高電平，并且一直保持高電平，除非寫入新的計數(shù)值。,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,方式1可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 寫入控制字之后，輸出端OUT以高電平作為起始電平，計數(shù)初值送到初值寄存器后，再經(jīng)過一個時鐘周期，便送到計數(shù)執(zhí)行部件。另一方面，門控信號GATE上升沿到來時，邊沿觸發(fā)器觸發(fā)，下一個時鐘脈沖時，輸出端OUT變?yōu)?/p>

15、低電平，并在計數(shù)到達0以前一直保持低電平。,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,方式2一分頻器 寫入控制字之后，輸出端OUT變?yōu)楦唠娖阶鳛槌跏紶顟B(tài)，當計數(shù)初值寫入初值寄存器后，下一個時鐘脈沖時，計數(shù)器初值被寫到計數(shù)執(zhí)行部件，然后計數(shù)執(zhí)行部件作減1計數(shù)。減到1（不是減到0）時，輸出OUT變?yōu)榈碗娖健?可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,方式3方波發(fā)生器 寫入控制字之后，輸出端OUT出現(xiàn)高電平作為起始電平。計數(shù)初值送到初值寄存器后，下一個時鐘脈沖到來時，計數(shù)執(zhí)行部件獲得初始計數(shù)值，并開始作減1計數(shù)。當計數(shù)計到一半時，輸出變?yōu)榈碗娖?，計?shù)器繼續(xù)作減1計數(shù)，計數(shù)到終值時，輸出變?yōu)楦?/p>

16、電平，從而完成一個周期。之后，馬上自動進入下一個周期。由此不斷進行下去，產(chǎn)生周期為N個時鐘脈沖寬度的輸出。,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,方式4軟件觸發(fā)的選通 寫入控制字之后，輸出端 OUT變?yōu)楦唠娖阶鳛槌跏茧娖?，計?shù)初值送到初值寄存器，再經(jīng)過一個時鐘周期，計數(shù)執(zhí)行部件獲得計數(shù)初值，并開始計數(shù)。當計數(shù)器減到0的時候，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?，此低電平持續(xù)一個時鐘周期，然后又自動變?yōu)楦唠娖讲⒁恢本S持高電平。一般將此負脈沖作為選通信號。當計數(shù)值N被送到計數(shù)初值寄存器后，在下一個時鐘周期，計數(shù)初值被送到計數(shù)執(zhí)部件，之后，計數(shù)執(zhí)行部件作減1計數(shù)，又經(jīng)過N個時鐘周期后，才輸出一個負脈沖作為

17、選通脈沖。,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,硬件觸發(fā)的選通 寫入控制字之后，輸出端OUT出現(xiàn)高電平作為起始電平。寫入計數(shù)值之后，必須有門控信號GATE的上升沿到來，才在下一個時鐘周期將計數(shù)初值送到計數(shù)執(zhí)行部件。此后，計數(shù)執(zhí)行部件作減1計數(shù)，計數(shù)到達0的時候，輸出端出現(xiàn)一個寬度為1個時鐘周期的負脈沖，然后又自動變?yōu)楦唠娖?，并將持續(xù)不變。此輸出負脈沖可以用作選通脈沖，它是通過硬件電路產(chǎn)生的門控信號上升沿觸發(fā)后得到的，所以叫硬件觸發(fā)的選通脈沖。,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,8253的初始化編程 系統(tǒng)初始化時，由BIOS對8253進行初始化，并進行檢查，程序如下： 1.對計數(shù)器0的初始化 CLI ；關(guān)中斷 MOV AL,36H ；選擇計數(shù)器0，雙字節(jié)，方式3，二進制計數(shù)的控制字 OUT 43H,AL ；送控制字寄存器 MOV AL,0 ；置初值為0 OUT 40H,AL ；把低字節(jié)（LSB）送到定時器（計數(shù)器）寄存器 OUT 40H,AL ；把高字節(jié)（MSB）送到定時器（計數(shù)器）寄存器,可 編 程 定 時 器 計 數(shù) 器 8253,8253的初始化編程 2對計數(shù)器1的初始化 MOV AL，54H ；選擇計數(shù)器1，寫低字節(jié)，方式2，M進制計