1、第7章 中斷系統(tǒng)和中斷控制器8259A,7.1 中斷的基本概念 中斷：是指CPU在正常運(yùn)行程序時(shí)，由于內(nèi)部或外部事件引起CPU暫時(shí)中止執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請(qǐng)求CPU為其服務(wù)的那個(gè)外設(shè)或事件的服務(wù)程序，待該服務(wù)程序執(zhí)行完后又返回到被中止的程序這樣一個(gè)過(guò)程。 中斷源：能發(fā)出中斷申請(qǐng)的外設(shè)或引起中斷的原因。,中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)： 并行操作：指CPU和多個(gè)外設(shè)并行操作。 分時(shí)操作：指CPU可分時(shí)執(zhí)行多個(gè)用戶程序和多道作業(yè)。 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理、 故障處理。 基本功能調(diào)用：通過(guò)軟件中斷可實(shí)現(xiàn)DOS功能調(diào)用和基本BIOS調(diào)用。 提高了CPU的利用效率。,中斷處理過(guò)程,1.中斷過(guò)程, 對(duì)于不同的微機(jī)系統(tǒng)，CPU中斷

2、處理的具體過(guò)程不盡相同，但是一個(gè)完整的中斷基本過(guò)程應(yīng)包括五個(gè)基本過(guò)程：,7.1.2,（1） 軟件查詢方式 軟件查詢優(yōu)先方式是最簡(jiǎn)單的中斷優(yōu)先處理方式。圖6.5顯示了采用軟件查詢方式的接口電路。,7.1.3 中斷優(yōu)先權(quán),軟件查詢方式流程圖,（2）硬件優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路, 簡(jiǎn)單硬件方式中斷優(yōu)先權(quán)編碼鏈法或鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路。,中斷優(yōu)先權(quán)編碼電路主要由硬件編碼器和比較器組成。由編碼器送出優(yōu)先權(quán)最高的編碼，由此編碼獲得相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址。由比較器判別只有比當(dāng)前優(yōu)先權(quán)高的中斷請(qǐng)求才能送到CPU引腳。,鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路由硬件邏輯電路代替查詢程序。各中斷源通過(guò)一個(gè)特定的信號(hào)串行連接成鏈。無(wú)中斷請(qǐng)求時(shí)，

3、該信號(hào)可串行通過(guò)；鏈中某個(gè)中斷源由中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)后，該信號(hào)在中斷源出截止，只有該中斷源前的中斷源可以打斷CPU的服務(wù)程序。即：排在最前面的中斷源為優(yōu)先權(quán)最高的，排在最后面的為優(yōu)先權(quán)最低。, 專用硬件方式可編程的中斷控制器。采用可編程中斷控制器，是當(dāng)前微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中解決中斷優(yōu)先權(quán)管理的常用辦法。,如8259A，它具有8個(gè)優(yōu)先權(quán)控制，級(jí)聯(lián)后可擴(kuò)展至64級(jí)優(yōu)先權(quán)控制，且每級(jí)中斷都可設(shè)置為允許或屏蔽。,8086/8088的中斷系統(tǒng),1.中斷分類 8086/8088CPU可以處理256種類型的中斷源，這些中斷源可分為外部(硬件)中斷和內(nèi)部(軟件)中斷兩大類。 內(nèi)部中斷：由執(zhí)行指令引起 外部中斷：

4、由CPU得引腳線INTR、NMI引起。,2.中斷向量表 在8086系統(tǒng)中，允許引入256種類型中斷源（類型碼為0255），相應(yīng)有256個(gè)中斷服務(wù)程序首址。存放中斷地址的一段內(nèi)存空間稱中斷向量表。,7.2,7.2.1 中斷指令,1、中斷指令格式：INT n 或 INT ;n=0255,為中斷類型碼分別為 ;雙/單字節(jié)指令,指令的操作： (SP) (SP)-2,(SP+1),(SP) (FR) (IF) 0,(TF) 0 (SP) (SP)-2,(SP+1),(SP) (CS) (SP) (SP)-2,(SP+1),(SP) (IP) (IP) (n4) (CS) (n4+2),7.2.1 中斷指

5、令,2、溢出中斷指令格式：INTO ;單字節(jié)指令,操作同INT n,n=4. 用于代符號(hào)數(shù)加減后溢出產(chǎn)生的中斷. 通常放在一條算術(shù)運(yùn)算指令后面.,7.2.1 中斷指令,3、中斷返回指令格式：IRET,指令的操作： (IP) (SP+1),(SP) (SP) (SP)+2 (CS) (SP+1),(SP) (SP) (SP)+2 (FR) (SP+1),(SP) (SP) (SP)+2,注意入棧和出棧的順序!,7.2.2 中斷分類,8086/8088中的各種中斷的響應(yīng)和處理過(guò)程是不相同的。主要區(qū)別在于如何獲取相應(yīng)的中斷類型碼。,內(nèi)部中斷,除法錯(cuò)誤：除數(shù)為0或商超過(guò)寄存器表達(dá)范圍。,單步中斷：TF

6、1，自動(dòng)產(chǎn)生單步中斷。一般用在調(diào)試程序中。,斷點(diǎn)中斷：與單步中斷類似。用在調(diào)試程序中。,溢出中斷：OF為1時(shí)，執(zhí)行INTO進(jìn)入。,溢出中斷：OF為1時(shí)，執(zhí)行INTO進(jìn)入。,1.NMI CPU采樣NMI引腳的中斷請(qǐng)求時(shí)，自動(dòng)提供中斷類型號(hào)2，然后根據(jù)中斷類型號(hào)，查找中斷向量表指針，其后的處理與內(nèi)部中斷一樣。NMI上的請(qǐng)求信號(hào)有效寬度要大于2個(gè)時(shí)鐘周期., 8086/8088CPU為外部設(shè)備提供了兩條硬件中斷信號(hào)線，即NMI和INTR中斷請(qǐng)求信號(hào)。,外部中斷硬中斷,2.INTR IF=1時(shí),INTR引腳上由中斷請(qǐng)求信號(hào),CPU響應(yīng),從而進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。 STI,開中斷,CLI,關(guān)中斷.,8086

7、系統(tǒng)內(nèi)存地址的一些專用區(qū)域, 0000003FFH 1KB 空間用于存放中斷向量表，可存放256個(gè)中斷服務(wù)程序的入口地址，每個(gè)地址占4字節(jié)。 B0000B0FFFH 4KB 為單色顯示器顯示緩沖區(qū) ，存放屏幕當(dāng)前顯示字符的ASCII碼。 B8000BBFFFH 16KB 為彩色顯示器顯示緩沖區(qū)，存放屏幕當(dāng)前像素代碼。 FFFF0H 啟動(dòng)地址。一般用來(lái)存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到系統(tǒng)初始化程序。,7.2.3 中斷向量表,中斷服務(wù)程序的入口地址,用兩個(gè)字節(jié)表示.低字為入口的偏移地址,高字為入口的斷基址.,已知中斷向量表如下： _ 0004CH 59H _ 0004DH ECH _ 0004EH 0

8、0H _ 0004FH F0H _ A.中斷類型號(hào)是多少？ B.中斷服務(wù)程序的入口地址是多少？,- 4c /4 = 13h 13h - f000:ec59,例:,思考:,某中斷源的中斷類型碼為2AH，該中斷源的中斷服務(wù)入口地址為2000H：FF23H，試畫出中斷向量表圖,7.3 中斷控制器8259A,Intel8259A是一種可編程的中斷控制器（PIC），有如下功能： 可為CPU管理和處理8個(gè)中斷源電路的中斷，并對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)先級(jí)管理。 可與其它8個(gè)8259A芯片組成主從式中斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)64級(jí)中斷源控制。 優(yōu)先級(jí)方式在執(zhí)行程序時(shí)可動(dòng)態(tài)改變，有多種中斷管理方式。 每一中斷源中斷都可以屏蔽或允許，可

9、通過(guò)編程選擇。 能自動(dòng)送出中斷類型號(hào)，使CPU方便的找到中斷服務(wù)程序的入口地址。 允許中斷嵌套。,7.3.1 8259A的主要功能,7.3.2 8259A的結(jié)構(gòu)及引腳,一、8259A的引腳 芯片采用 雙列直插式 28引腳封裝， 各引腳的 信號(hào)功能 如圖所示,二、8259A內(nèi)部功能結(jié)構(gòu),1、中斷請(qǐng)求寄存器IRR,用于鎖存所有IRi引腳輸入的中斷請(qǐng)求信號(hào)。,2、優(yōu)先權(quán)判別器PR,進(jìn)行優(yōu)先權(quán)管理。 中斷嵌套原則：高優(yōu)先權(quán)中斷可以打斷低優(yōu)先權(quán)中斷；同級(jí)不能互相打斷；低優(yōu)先權(quán)不能打斷高優(yōu)先權(quán)中斷。,3、中斷服務(wù)寄存器ISR,用于記錄已被中斷響應(yīng)的中斷。,4、中斷屏蔽寄存器IMR,用于存放中斷的屏蔽信息，

10、當(dāng)IMR某位被置位，對(duì)應(yīng)位的中斷請(qǐng)求就被屏蔽。,5、數(shù)據(jù)總線緩沖器,8259A與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。,6、讀/寫控制邏輯,接受CPU的控制信號(hào)，完成規(guī)定的寫入操作，讀IRR、ISR和IMR。,7、級(jí)聯(lián)緩沖/比較器,實(shí)現(xiàn)8259A級(jí)聯(lián)。,8、控制邏輯,控制片內(nèi)工作，根據(jù)IRR、IMR的內(nèi)容和PR判斷結(jié)果。向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，接受CPU的中斷相應(yīng)信號(hào)。,8259A是28個(gè)引腳的雙列直插芯片，其引腳如圖 所示。 D7D0雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線，它可直接與數(shù)據(jù)總線連接。 IR0IR7中斷請(qǐng)求輸入線，其中IR優(yōu)先權(quán)最高，IR7最低。 INT中斷請(qǐng)求輸出，接CPU的中斷請(qǐng)求線INTR。 INTA 中斷響應(yīng)輸

11、入，接受CPU發(fā)來(lái)的中斷響應(yīng)信號(hào)。,8259A的引線,（2 ）, CS片選信號(hào)線，當(dāng)該腳為低電平時(shí)，8259A被選中。 WR寫控制信號(hào)線，當(dāng)為低電平時(shí)，CPU向8259A寫入控制信號(hào)。 RD讀控制信號(hào)線，當(dāng)為低時(shí)，可將8259A內(nèi)部寄存器的信息讀至數(shù)據(jù)總線。 A0用以選擇8259A內(nèi)部不同寄存器。通常與地址總線A0相連接。 CAS0CAS2級(jí)連信號(hào)，對(duì)于主8259A，它們是輸出線，而對(duì)于從8259A，它們是輸入線。 SP/EN從程序/緩沖器允許信號(hào)，是一個(gè)雙功能信號(hào)。,7.3.3、8259A的工作過(guò)程,若允許嵌套，PR依據(jù)ISR的狀態(tài)，判斷新的中斷請(qǐng)求優(yōu)先權(quán)是否高于正在服務(wù)的中斷，是則送出IN

12、T1。 服務(wù)結(jié)束，8259A清除ISR響應(yīng)位。,7.3.4 8259A的工作方式,1、中斷請(qǐng)求觸發(fā)方式,當(dāng)IR3得到 中斷服務(wù)后,（1）電平觸發(fā) 性質(zhì)：IR7IR0的中斷申請(qǐng)端出現(xiàn)高電平，觸發(fā)中斷服務(wù)。 特點(diǎn)：響應(yīng)后，必須撤除申請(qǐng)，否則發(fā)生二次中斷申請(qǐng)。,（2）邊沿觸發(fā) 性質(zhì)：IR7IR0的中斷申請(qǐng)端出現(xiàn)低電平向高電平跳變時(shí)，觸發(fā)中斷服務(wù) 特點(diǎn)：申請(qǐng)端一直保持高電平，不會(huì)誤判。,7.3.4 8259A的工作方式,2、屏蔽中斷源方式： 由8259A的內(nèi)部屏蔽寄存器IMR決定。有一般屏蔽方式和特殊屏蔽方式兩種。,當(dāng)IR3得到 中斷服務(wù)后,（1）一般屏蔽方式 性質(zhì)：通過(guò)編程置操作命令字OCW1的相應(yīng)

13、位為1，則使對(duì)應(yīng)中斷源被屏蔽。為0，則使對(duì)應(yīng)中斷源不被屏蔽。用輸出命令將OCW2寫入IMR中實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn)：使某些中斷源可以申請(qǐng)服務(wù)，某些被屏蔽不能申請(qǐng)中斷服務(wù)。,（2）特殊屏蔽方式 性質(zhì)：通過(guò)編程置操作命令字OCW3的D6D5=11，進(jìn)入工作方式。通過(guò)編程置操作命令字OCW3的D6D5=10，退出工作方式。 特點(diǎn)：使某些優(yōu)先權(quán)低的中斷源可以申請(qǐng)服務(wù)，某些優(yōu)先權(quán)低的中斷源被屏蔽不能申請(qǐng)中斷服務(wù)。,7.3.4 8259A的工作方式,當(dāng)IR3得到 中斷服務(wù)后,3、中斷優(yōu)先權(quán)設(shè)置方式：,（1）普通全嵌套方式（固定優(yōu)先級(jí)方式）： 默認(rèn)方式，IR0最高，IR7最低,（2）特殊全嵌套方式： 基本同普通全嵌套

14、方式， 但可以進(jìn)行同級(jí)嵌套。,（3）優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)方式： 初始優(yōu)先級(jí)順序IR0最高，IR7最低。 當(dāng)其中一個(gè)中斷源受到服務(wù)， 則它為最低優(yōu)先權(quán)。 同時(shí)置比它低一級(jí)中斷源為最高級(jí)， 其它自動(dòng)循環(huán)排列。,（4）優(yōu)先級(jí)指定（特殊）循環(huán)方式： 當(dāng)一中斷源指定為最低優(yōu)先權(quán)， 則比它低一級(jí)中斷源為最高級(jí)，其它順序排列。 如：指定IR3為最低，則優(yōu)先級(jí)順序?yàn)镮R4， IR5，IR6，IR7，IR0，IR1， IR2 ， IR3 。,7.3.4 8259A的工作方式,4、中斷結(jié)束(EOI)方式 結(jié)束中斷處理是將中斷服務(wù)寄存器中對(duì)應(yīng)的位置0。結(jié)束中斷處理方式有三類： （1）一般中斷結(jié)束方式（EOI）：通過(guò)編程置

15、初始化命令字ICW4的D1=0，設(shè)置。通過(guò)編程置操作命令字OCW2的D7D6D5=001，執(zhí)行輸出命令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)結(jié)束。 特點(diǎn)：使當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器（ISR）中優(yōu)先權(quán)級(jí)別最高的對(duì)應(yīng)位清0，即結(jié)束。 （2）特殊中斷結(jié)束方式（SEOI）：通過(guò)編程置ICW4的D1=0，設(shè)置。然后通過(guò)編程置操作命令字OCW2的D7D6D5=X11，D2D1D0給出想結(jié)束的中斷源號(hào)。使結(jié)束。 特點(diǎn)：使指定中斷服務(wù)寄存器（ISR）中的中斷源對(duì)應(yīng)位清0，即結(jié)束。 （3）自動(dòng)中斷結(jié)束方式（AEOI）：通過(guò)編程置ICW4的D1=1實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn)：只適用于一片8259A，且各中斷不發(fā)生嵌套。中斷服務(wù)寄存器（ISR）中的中斷源對(duì)應(yīng)位清

16、0由硬件自動(dòng)完成，但正在處理的中斷服務(wù)程序并沒有結(jié)束。,當(dāng)IR3得到 中斷服務(wù)后,7.3.4 8259A的工作方式,當(dāng)IR3得到 中斷服務(wù)后,5、連接總線方式,（1）緩沖方式 性質(zhì)：通過(guò)編程置初始化命令字ICW4的D3=1，進(jìn)入工作方式。8259A的SP/EN ：輸出低電平作為啟動(dòng)信號(hào)。 特點(diǎn)：應(yīng)用于多片級(jí)連的大系統(tǒng)中，通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器和數(shù)據(jù)總線相連。,（2）非緩沖方式 性質(zhì)：通過(guò)編程置初始化命令字ICW1的D3=0，進(jìn)入工作方式。 特點(diǎn)：申請(qǐng)端一直保持高電平，不會(huì)誤判。8259A直接和數(shù)據(jù)總線相連,8259A工作之前需要用兩類控制字對(duì)它進(jìn)行工作方式的設(shè)定和啟動(dòng)它進(jìn)行規(guī)定的操作。 第一類是初始化

17、命令字ICW1ICW4，它通常是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)由初始化程序設(shè)置的，一旦設(shè)定一般在系統(tǒng)各種過(guò)程不在改變。 第二類是操作命令字OCW1OCW3，它是由應(yīng)用程序設(shè)定，用來(lái)對(duì)中斷處理過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。, 初始化命令字,ICW1的格式芯片控制字,1 = 需要ICW4 0 = 不需要ICW4,偶地址,A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,ICW1識(shí) 別 位,1 = 單片 0 = 級(jí)連,1 = 電平觸發(fā) 0 = 邊沿觸發(fā),ICW2的格式定義中斷類型碼,奇地址,A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,中斷類型碼的高5位,中斷類型碼的低3位，自動(dòng)填入,IR0：000

18、， IR1：001 IR2：010， IR3：011 IR4：100， IR5：101 IR6：110， IR7：111,ICW3的格式主/從片初始化,ICW4的格式方式控制字,8259A初始化流程, 8259A的操作命令字,（1） 操作命令字OCW1屏蔽操作命令字,該命令字用來(lái)設(shè)置或清除對(duì)中斷的屏蔽稱中斷屏蔽命令字。其格式如圖所示。,OCW1的格式,中斷屏蔽 1 = 置屏蔽 0 = 復(fù)位屏蔽,奇地址,A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,該命令字用來(lái)設(shè)置優(yōu)先級(jí)循環(huán)和中斷結(jié)束方式。 其格式如圖所示。,（2） 操作命令字OCW2中斷方式命令字,OCW2的格式,中斷級(jí)編碼 IR0 0 0 0 IR1 0 0 1 IR2 0 1 0 IR3 0 1 1 IR4 1 0 0 IR5 1 0 1 IR6 1 1 0 IR7 1 1 1,偶地址,A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1