1、主講：禹定臣,微機原理及接口技術(shù),信息工程學(xué)院,第7章 8086中斷系統(tǒng)與中斷控制器,微機原理與接口技術(shù),中斷的基本概念 8086中斷系統(tǒng) 中斷處理過程 可編程中斷控制器8259A,主要內(nèi)容,7.1 概述,圖7.1 中斷示意圖,1. 什么是中斷？,7.1.1 基本概念,（1）實現(xiàn)CPU 與外設(shè)的并行工作， 提高了 CPU 的效率。,（2）實現(xiàn)實時處理。,（3）實現(xiàn)故障處理。,2. 應(yīng)用中斷技術(shù)的優(yōu)點,引起中斷的原因，產(chǎn)生中斷請求的來源。,通常有以下幾種：, 一般的I/O 設(shè)備，如鍵盤、打印機等。 實時時鐘。 硬件故障。 中斷指令或軟件故障，如程序錯、運算 錯、調(diào)試程序而設(shè)置的中斷（例如設(shè)置 斷

2、點，單步運行等）。,3. 中斷源,（1）實現(xiàn)斷點地址的保護與恢復(fù)。 （2）實現(xiàn)現(xiàn)場信息的保護。 （3）實現(xiàn)中斷優(yōu)先級的排隊。 （4）實現(xiàn)中斷的嵌套。,4. 中斷系統(tǒng)的功能,5. 中斷優(yōu)先級,當(dāng)多個中斷源請求中斷時，CPU響應(yīng)優(yōu)先級高的中斷，掛起優(yōu)先級低的中斷。當(dāng)CPU運行中斷服務(wù)子程序時，又有新的更高優(yōu)先級中斷申請進入， CPU要掛起原中斷進入更高級的中斷服務(wù)子程序，實現(xiàn)中斷嵌套。,7.1.2 實現(xiàn)中斷優(yōu)先級的方法,軟件查詢方式 硬件方式 菊花鏈法 矢量中斷優(yōu)先級,1. 軟件查詢方式,圖7.2 軟件查詢優(yōu)先級管理電路,圖7.3 軟件查詢中斷流程圖,采用軟件查詢方式的特點：, 詢問的次序，即為優(yōu)

3、先權(quán)的次序。 硬件簡單。 由查詢轉(zhuǎn)至相應(yīng)的服務(wù)程序的時間長， 尤其在中斷源較多的情況。,2. 硬件方式,圖7.4 菊花鏈優(yōu)先級排隊電路,圖7.5 菊花鏈邏輯電路,3. 矢量中斷優(yōu)先級,利用專用的可編程中斷控制器管理中斷優(yōu)先級，又稱專用芯片中斷管理方式。典型的可編程中斷控制器是8259A。,7.2 8086的中斷系統(tǒng),8086有256種中斷，分為兩大類：,7.2.1 中斷類型,外部中斷(硬件中斷) 內(nèi)部中斷（軟件中斷）,圖7.6 8086中斷類型,1. 外部中斷 （硬件中斷）,（1）非屏蔽中斷 NMI（類型號2）,有效，不受FR 中IF 的影響，常用于 處理系統(tǒng)的重大故障。,（2）可屏蔽的中斷I

4、NTR,高電平有效，CPU 是否響應(yīng)，取決于 FR 中IF 的狀態(tài)。常用于各種外設(shè)的中斷。,2. 內(nèi)部中斷（軟件中斷）,通常由三種情況引起：,（1）INT n 指令中斷 （n 為中斷類型號）,（2）處理 CPU 某些錯誤的中斷, 除法錯中斷 （中斷類型號0） 溢出中斷 （INTO）（中斷類型號4）,（3）為調(diào)試程序設(shè)置的中斷, 單步中斷,當(dāng) FR 中TF = 1時，每執(zhí)行一條指令，CPU 產(chǎn)生類型為1 的單步中斷。, 斷點中斷,設(shè)置斷點實際上是把指令 “INT 3” 插入到程序中，CPU 每執(zhí)行到斷點處的 “INT 3”指令，便產(chǎn)生類型為3 的中斷。,8086 系統(tǒng)中，中斷優(yōu)先級的次序為：,7

5、.2.2 中斷優(yōu)先級,7.3 中斷處理過程,一個完整的中斷處理過程為： 中斷請求（中斷源提出） 中斷檢測（判斷是何種類型中斷） 中斷響應(yīng) 執(zhí)行中斷服務(wù)程序 中斷返回,7.3.1 8086CPU對中斷的響應(yīng)流程,CPU響應(yīng)中斷要有三個條件： 外設(shè)提出中斷申請； 本中斷位未被屏蔽； 中斷允許（可用指令STI開中斷）。 滿足上述條件，則CPU在當(dāng)前指令執(zhí)行完后響應(yīng)中斷。,1. 一般的中斷響應(yīng)過程,圖7.7 中斷響應(yīng)流程,CPU 在每一個指令周期的最后一個總線周期的最后一個T狀態(tài)采樣INTR 或NMI 信號線。若發(fā)現(xiàn)有中斷申請，則不進入取指周期，而轉(zhuǎn)入中斷響應(yīng)周期。,下面以INTR 為例，說明8086

6、 CPU 響應(yīng)中斷的過程。,2. 8086CPU響應(yīng)外部中斷的過程,執(zhí)行一條指令,最后一個總線周期的最后一個T狀態(tài)？,有INTR？,中斷開放？ (FR中的IF=1?),關(guān)中斷CLI (置FR中IF=0),斷點地址(IP. CS)入棧,FR 入棧,轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序,保護現(xiàn)場,中斷服務(wù)處理,恢復(fù)現(xiàn)場,開中斷STI (置FR中IF=1),中斷返回IRET,取下一條指令,No,No,No,Yes,Yes,Yes,圖7.8 8086CPU 響應(yīng) INTR 的過程,討論：,（1）為什么要在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行 STI 指令？ （2）STI 指令在中斷服務(wù)程序中的不同 位置時，對CPU 處理中斷有何影響？

7、,CPU 響應(yīng)中斷后，如何得到中斷服務(wù)程序的入口地址，轉(zhuǎn)入到中斷服務(wù)程序？8086CPU 通過建立中斷向量表的方法解決。,7.3.2 中斷向量和中斷向量表,1. 中斷向量表,圖7.9 中斷向量表,中斷向量 (中斷服務(wù)程序入口地址) 在表中的地址 = 中斷類型號 4,BIOS 負責(zé)01FH 共32個中斷向量的裝入。用戶若想裝入自己的中斷向量到向量表中的，可用以下方法：,2. 中斷向量的裝入,（1）用STOS 指令填空中斷向量表,假設(shè)類型號60H 的中斷向量為,CLICLDMOVAX, 0MOVES, AXMOV DI, 460H; DI 指向表中對應(yīng)位置MOVAX, OFFSET_INTR; 取

8、偏移地址STOSW; ALDI,AHDI+1, DI+2DI MOV AX, SEG_INTR; 取段基址STOSWSTI,SEG_INTR: OFFSET_INTR。,（2）利用MOV 指令寫入中斷向量,CLIMOVAX, 00HMOVES, AXMOVBX, 460H; BX 指向表中對應(yīng)位置MOVAX, OFFSET_INTRMOVES:BX, AX; 裝入偏移地址MOVAX, SEG_INTRMOVES:BX+2, AX; 裝入段基址,（3）利用DOS 功能調(diào)用“ INT 21H ” 的 AH = 25 H 裝入中斷向量,MOVAL, 60H; 類型號ALMOVAH, 25H; 功能號

9、25HAHMOVDX, SEG_INTRMOVDS, DXMOVDX, OFFSET_INTR; DS:DX=中斷向量INT21H,圖7.10 8086轉(zhuǎn)入中斷處理程序的過程,3. 8086CPU轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的過程,（1）取類型號； （2）計算向量地址； （3）根據(jù)向量地址查表，將偏移地址送 IP，段基址送CS； （4）轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，進行中斷處理。,7.4 8259A可編程中斷控制器,在PC機中，可以使用可編程中斷控制器 Intel 8259A 來擴展外部中斷。,（2）每一級中斷均可以屏蔽。 （3）在中斷響應(yīng)周期，8259A 可提供相應(yīng)的 中斷向量。 （4）可編程使8259A 工作在多

10、種不同的方式。,（1）1片8259A 能管理8級中斷，通過級聯(lián)用 9片8259A可構(gòu)成64 級主從式中斷系統(tǒng)。,8259A的主要功能：,圖7.11 8259A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯框圖,7.4.1 8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號,1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器,8位、雙向、三態(tài)緩沖器，8259A通過它與 CPU 進行數(shù)據(jù)和命令的傳送。,D0D7直接與CPU 數(shù)據(jù)總線的低8位連接。,2. 讀/寫控制邏輯,CPU 通常利用：,OUT 指令，,IN 指令，,接收來自CPU的讀寫命令RD、WR，片選信號CS及端口選擇信號A0。讀寫操作由這四個信號的組合控制實現(xiàn)。,3. 中斷請求寄存器 IRR,8位寄存器，用于存放請求服務(wù)

11、的中斷源，并使對應(yīng)位置“1”（ IRi1），直到IRi 得到響應(yīng)。,4. 中斷服務(wù)寄存器 ISR,8位寄存器，用于存放當(dāng)前正在處理的中斷級，并使對應(yīng)位置“1”。中斷嵌套時，可能多個位置“1”。,5. 中斷屏蔽寄存器 IMR,8位寄存器，可對IRR起屏蔽作用，由軟件設(shè)置屏蔽位。某位置 “1”，對應(yīng) IRi 禁止產(chǎn)生中斷。,6. 優(yōu)先權(quán)分析器PR,實現(xiàn)優(yōu)先權(quán)的判斷與處理。對剛進來的中斷與正在服務(wù)中的中斷進行優(yōu)先權(quán)的比較分析，將具有最高優(yōu)先權(quán)的中斷請求送入中斷服務(wù)寄存器 ISR，并向 CPU提出中斷請求。,7. 控制邏輯,按初始化設(shè)置的工作方式，控制8259A 各部件的工作，并向CPU發(fā)出INT信號

12、，以及接收CPU 的INTA信號。,8. 級聯(lián)緩沖/比較器,用于級聯(lián)控制，擴展外中斷。 在級聯(lián)工作時，1片8259A作主片，其余（1 8片） 8259A 作從片，最多可管理64 級向量優(yōu)先級中斷。,圖7.12 8259A 的引腳圖,7.4.2 8259A的工作原理,CPU若響應(yīng)中斷，往8259A回送兩個負脈沖。 第一個負脈沖到達， 8259A做3件事： 使IRR鎖存功能失效； 使ISR中相應(yīng)位置“1”； 使IRR相應(yīng)位置“0”。 第二個負脈沖到達， 8259A完成操作： 將中斷類型碼（ICW2）送D7D0； 若工作在中斷自動結(jié)束方式下，將ISR中相 應(yīng)位清“0”。,7.4.3 8259A的工作

13、方式,1. 設(shè)置優(yōu)先級的方式,普通全嵌套方式 特殊全嵌套方式 優(yōu)先級自動循環(huán)方式 優(yōu)先級特殊循環(huán)方式,（1）普通全嵌套方式,8259默認方式，中斷請求按優(yōu)先級07 處理，0級最高。 一個中斷被響應(yīng)時： 送出中斷類型碼數(shù)據(jù)總線； ISR對應(yīng)位ISn 1； 進入中斷服務(wù)程序。,（2）特殊全嵌套方式,處理某一級中斷時，可響應(yīng)同級中斷請求。一般用于8259A級連系統(tǒng)中。 特殊全嵌套方式使用時，應(yīng)使： 主片工作在特殊全嵌套方式； 從片工作在其它優(yōu)先級方式。 整個級連系統(tǒng)仍處在從片的優(yōu)先級方式。,（3）優(yōu)先級自動循環(huán)方式,一般用在系統(tǒng)中多個中斷源優(yōu)先級相等的場合。 這種方式的中斷優(yōu)先級隊列是變化的。一個設(shè)

14、備受到中斷服務(wù)后，其優(yōu)先級自動降為最低。 初始優(yōu)先級隊列：IR0、IR1、IR7。 例：IR0處理完后，優(yōu)先級隊列為IR1IR7、IR0 IR4處理完后，優(yōu)先級隊列為IR5IR3、IR4,（4）優(yōu)先級特殊循環(huán)方式,初始最低優(yōu)先級由編程確定，最高優(yōu)先級也由此而定。 如：初始最低優(yōu)先級定為IR5，則最高優(yōu)先級為IR6。,2. 屏蔽中斷源的方式,（1）普通屏蔽方式,通過屏蔽寄存器屏蔽對應(yīng)位的中斷請求輸入。,（2）特殊屏蔽方式,設(shè)置某一屏蔽位時，會同時使ISR中的對應(yīng)位清0。從而開放了其它級別較低的中斷。 特殊屏蔽方式總是在中斷處理程序中使用的。,3. 結(jié)束中斷處理的方式,中斷處理結(jié)束的動作是使ISn

15、 位清0。,（1）中斷自動結(jié)束方式,系統(tǒng)一進入中斷過程，8259A自動將ISR中對應(yīng)位ISn清除。 這種方式只能用于系統(tǒng)中只有一片8259A，且多個中斷不會嵌套的情況。,（2）一般中斷結(jié)束方式,用于全嵌套情況，由中斷服務(wù)程序的最后一條中斷結(jié)束命令清除最高的IS位。,（3）特殊中斷結(jié)束方式,在中斷結(jié)束命令中指出要清除ISR中哪個IS位。 這種方式用于非全嵌套情況，此時，由ISR無法確定當(dāng)前正在處理的是哪級中斷。,4. 連接系統(tǒng)總線的方式,（1）緩沖方式,多片8259A級連系統(tǒng)中， 8259A通過總線驅(qū)動器與數(shù)據(jù)總線相連的方式。 在這種方式下，要將的 SP/ EN 端連總線驅(qū)動器的允許端。,（2）

16、非緩沖方式,小系統(tǒng)中，直接將8259A與數(shù)據(jù)總線相連。對單片或多片8259A， SP/ EN 有不同接法。,5. 引入中斷請求的方式,即外設(shè) 8259A的信號。,（1）邊沿觸發(fā)方式,中斷請求輸入端出現(xiàn)的上升沿作為中斷請求信號。,（2）電平觸發(fā)方式,中斷請求輸入端出現(xiàn)的高電平作為中斷請求信號。 在電平觸發(fā)方式下，中斷請求得到響應(yīng)后，輸入端應(yīng)及時撤除高電平。,（3）中斷查詢方式,外設(shè)仍通過向8259A發(fā)中斷請求信號要求CPU服務(wù)，但8259A不使用INT信號向CPU發(fā)中斷請求信號。 CPU使用軟件查詢確認中斷源。,7.4.4 8259A的初始化命令字和操作命令字,初始化命令字 ICW和操作命令字O

17、CW確定8259A的工作狀態(tài)和操作方式，由CPU發(fā)出。 ICW：確定8259A的工作狀態(tài)，在系統(tǒng)復(fù)位后寫入。 OCW：控制8259A的操作方式，如中斷屏蔽、中斷結(jié)束、優(yōu)先級循環(huán)方式等?？稍诔跏蓟笕魏螘r刻寫入。,8259A 只有兩個端口地址,A0=,0 偶地址端口,1 奇地址端口,具體地址依實際連線而定。,PC機中，兩個端口地址分別是：20H，21H。,寫入命令字時，要注意,端口地址,寫入的順序,有關(guān)的標志位,1. 初始化命令字,初始化命令字完成的功能： 設(shè)定中斷請求觸發(fā)方式：高電平/上升沿。 設(shè)定8259A工作方式：單片/級聯(lián)。 設(shè)定中斷類型號基值：IR0對應(yīng)的中斷類 型號。 設(shè)定優(yōu)先級設(shè)置

18、方式。 設(shè)定自動中斷結(jié)束方式。,ICW1ICW4必須按順序?qū)懭?，且ICW1偶地址端口；ICW2 ICW4 奇地址端口。,（1）ICW1 芯片控制初始化字,設(shè)定IRi 觸發(fā)方式，是否單片使用，是否寫入ICW4。,0,1,LTIM,SNGL,IC4,A0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,標志位：以區(qū)別OCW2 3,格式：,LTIM,1 高電平觸發(fā),0 觸發(fā),=,SNGL,1 單片使用,0 級聯(lián)使用,=,IC4,1 后面寫入ICW4,0 不寫入ICW4,=,（2）ICW2 設(shè)置中斷類型號初始化字,設(shè)置中斷類型號的高5位，中斷類型號的低3位由引入中斷請求的引腳IR0IR7產(chǎn)生。,格式：

19、,T7 T6 T5 T4 T3 T2 T1 T0,由ICW2規(guī)定,0 0 0,0 0 1,0 1 0,1 1 1,IR0,IR1,IR2,IR7,（3）ICW3 標識主片/從片初始化字,只有在一個系統(tǒng)中包含多片8259A時，該初始化字才有意義。此時，ICW1中D1位SNGL = 0。 ICW3的具體格式與本片為主片還是從片有關(guān)。, 寫給主片的ICW3,Si = 1, 表示主片IRi上接有從片。, 寫給從片的ICW3,例：寫出下面級連方式主/從片的ICW3。,IR5,INT,主片,從片,ICW3 = 00100000,ICW3 = 00000101,（4）ICW4 方式控制初始化字,只有在ICW

20、1中D0位IC4 = 1時才用。,格式：,1 緩沖方式,0非緩沖方式, SFNM: 規(guī)定8259A中斷的嵌套方式, BUF,=,0 一般全嵌套方式,1特殊全嵌套方式, M/S:,BUF = 1時，,1 主8259A,0 從8259A,M/S =,BUF = 0時，M/S無意義。, AEOI: 規(guī)定中斷的結(jié)束方式，即如何使ISR 中對應(yīng)位置0。,AEOI = 1 自動中斷結(jié)束方式：,當(dāng)CPU 發(fā)出第二個INTA后，ISR 中的相應(yīng)位復(fù)位，此時，不能實現(xiàn)中斷嵌套。,AEOI = 0 非自動中斷結(jié)束方式：,由程序發(fā)出EOI 命令 (由8259A 的OCW 實現(xiàn))，使ISR 中相應(yīng)位復(fù)位。,對8259

21、A 進行初始化編程后，8259A作好了接收中斷請求輸入的準備，在8259A 工作期間可由操作命令字OCW1OCW3規(guī)定其各種工作方式,如中斷屏蔽，中斷優(yōu)先級次序，中斷結(jié)束方式等。,2. 8259A的操作命令字,（1）OCW1 中斷屏蔽操作命令字,設(shè)置或消除IMR 的各個位。,Mi =,1 屏蔽由IRi引入的中斷請求,0 允許由IRi引入的中斷請求,（2）OCW2 優(yōu)先權(quán)循環(huán)方式和 中斷結(jié)束方式操作字,功能： 設(shè)定優(yōu)先級循環(huán)方式。 設(shè)定非自動結(jié)束中斷方式。,格式,D7 (R) =,0 固定優(yōu)先權(quán)方式： IR0 IR1 IR7,優(yōu)先級循環(huán)方式： SL = 0，優(yōu)先級自動循環(huán) SL = 1，優(yōu)先級特

22、殊循環(huán),D6(SL) =,0 L2L1L0位編碼無效,1 L2L1L0位編碼有效,例1：R = 1，SL = 0 設(shè)定為優(yōu)先權(quán)自動循環(huán)方式,IR7,IR6,IR5,IR4,IR3,IR2,IR1,IR0,初始優(yōu)先權(quán)為：,7,6,5,4,3,2,1,0,若IRR =,0,1,0,1,0,0,0,0,當(dāng) IR4 服務(wù)完畢后，優(yōu)先權(quán)為：,2,1,0,7,6,5,4,3,最低,最高,例2：R = 1，SL = 1 設(shè)置為優(yōu)先權(quán)特殊循環(huán)方式,此時，L2L1L0 規(guī)定循環(huán)開始時的最低優(yōu)先權(quán),若OCW2為：,1 1 0 0 1 0 1,IR5優(yōu)先權(quán)最低,則循環(huán)開始時優(yōu)先權(quán)為：,IR7,IR6,IR5,IR4

23、,IR3,IR2,IR1,IR0,1,0,7,6,5,4,3,2,D5(EOI)：中斷結(jié)束命令位。,EOI =1,SL = 0 一般中斷結(jié)束： 將OCW2寫入8259A后，將剛 剛被服務(wù)的ISn對應(yīng)位復(fù)位。,SL = 1 特殊中斷結(jié)束： 寫入OCW2后，使L2L1L0指定 的ISn位復(fù)位。,D2D1D0(L2L1L0)： 特殊中斷結(jié)束時，指定要清 除的ISn位。 特殊優(yōu)先級循環(huán)時，指定循 環(huán)開始時最低優(yōu)先級中斷IRi。,例3： OCW211000011B 特殊優(yōu)先級，優(yōu)先級由高至低為 IR4, IR5, IR6, IR7, IR0, IR1, IR2, IR3。 OCW201100010B 特

24、殊中斷結(jié)束命令，清除IS2。 OCW211100100B L2L1所指的中斷結(jié)束后，進行優(yōu) 先級輪換，即IR4中斷服務(wù)完畢后， 使IS4復(fù)位，IR4變?yōu)樽畹蛢?yōu)先級。,（3）OCW3,功能： 設(shè)置和撤消特殊屏蔽方式。 設(shè)置中斷查詢方式。 設(shè)置讀8259A內(nèi)部寄存器命令。,格式：, 設(shè)置和撤消特殊屏蔽工作方式,正常的屏蔽方式,由OCW1設(shè)置 IMR 實現(xiàn),特殊的屏蔽工作方式,因此，可以通過設(shè)置或撤消特殊的屏蔽工作方式，動態(tài)改變優(yōu)先權(quán)的結(jié)構(gòu)。, 為CPU 讀取8259A內(nèi)部寄存器提供選擇,INAL, INTA1; IMR AL,8259A 中的IMR由OCW1設(shè)置，對應(yīng)奇地址端口，可以寫入，也可以讀

25、出。,8259A 中IRR、ISR 只能讀出，不能寫入，都對應(yīng)偶地址端口。此時，可先寫入OCW3，OCW3中的RR、RIS 規(guī)定從偶地址端口讀出的是IRR 或ISR 的值。, 使8259A 和CPU 的通信方式由中斷方式 查詢方式,當(dāng)中斷源超過64個時，可令CPU 關(guān)中斷，用查詢方式為中斷源服務(wù)。,令OCW3 中的P = 1，寫入OCW3后，若之前有IRi有效，8259A 把CPU 的下一個讀信號看作 信號，使ISR 中最高優(yōu)先權(quán)的某一位置位，同時送查詢字至DB。,MOVAL, OCW3; 其中 P=1OUTINTA0, AL; 發(fā)OCW3INAL, INTA0; 讀偶地址端口,此時，AL 中的數(shù)據(jù)（查詢字）：,I,W2,W1,W0,D7,D0,當(dāng)前最高優(yōu)先權(quán)IRi對應(yīng)的編 碼,0 0 0,0 0 1,1 1 1,IR0,IR1,IR7,通過該查詢字，CPU得到當(dāng)前級別最高的中斷請求IRi，然后轉(zhuǎn)入該中斷處理程序。,8259A 只占兩個端口，但ICW