微原-第八章

nullnull第8章 中断系统与可编程中断控制器8259A 8.1 中断系统一、中断系统中的名词概念 中断是指CPU暂停正在执行的程序，转去执行处理中断事件的中断服务程序，待执行完中断服务程序再返回到原被中断的程序继续执行。 8.1 中断系统●中断8.1 中断系统一、中断系统中的名词概念8.1 中断系统●中断源及分类内部中断源：中断源位于微处理器内部， 如程序异常、陷阱中断、软件中断等 外部中断源：中断源在微处理器的外部，如外部故障、外部事件、I/O事件等 通常称引起中断的事件为中断源。8.1 中断系统一、中断系统中的名词概念8.1 中断系统●中断类型号 为了能使CPU识别中断源，从而能正确地转向该中断源对应的中断服务程序入口，通常用若干位二进制编码来给中断源编号，该编号称为中断类型号。8.1 中断系统一、中断系统中的名词概念8.1 中断系统●中断断点 由于中断的发生，某个程序被暂停执行。该程序中即将执行，但由于中断而没有被执行的那条指令（即中断发生时CPU正在执行指令的下一条指令）的地址称为中断断点，简称断点 8.1 中断系统一、中断系统中的名词概念8.1 中断系统●中断服务程序 中断服务程序：处理中断事件的程序段称为。如除法错中断服务程序、输入输出中断服务程序等。 中断服务程序与一般的子程序对比：子程序的调用是由程序设定，因此是确定的而中断服务程序由某个事件引发，它的发生往往是随机的、不确定的。 8.1 中断系统一、中断系统中的名词概念8.1 中断系统●中断系统 为实现计算机的中断功能而配置的相关硬件、软件的集合称为中断系统。8.1 中断系统二、中断工作方式的特点8.1 中断系统●并行处理能力 ●实时处理能力 ●故障处理能力 ●多道程序或多重任务的运行 8.1 中断系统三、中断管理8.1 中断系统●对中断全过程的控制 中断源发出中断请求时，微处理器能决定是否响应这一中断。若允许响应这个中断请求，微处理器能在保护断点后，将控制转移到相应的中断服务程序去，中断处理完后，微处理器又能返回到断点处继续执行被中断的程序。 8.1 中断系统三、中断管理8.1 中断系统●中断源的识别 在多个中断源共存的系统中，当有中断发生时，CPU需要识别是那个中断源发出的请求 软件方法：软件查询中断源的状态来识别 硬件方法：需硬件提供中断类型号来识别8.1 中断系统三、中断管理8.1 中断系统●中断的优先权 对于系统中的所有中断源，必须根据中断的性质及处理的轻重缓急对中断源进行排队，并给予优先权。所谓优先权，是指有多个中断源同时提出中断请求时，微处理器响应中断的优先次序。 8.1 中断系统三、中断管理8.1 中断系统●中断嵌套 8.1 中断系统四、中断过程8.1 中断系统 对于不同类型的中断源，微处理器的响应及处理过程不完全一样，大致过程为 中断源请求中断中断响应中断服务8.1 中断系统四、中断过程8.1 中断系统●中断源请求中断外部中断源：由外部硬件产生可屏蔽或不可屏蔽中断的请求信号。 内部中断源：在程序运行过程中发生了指令异常或其他情况。8.1 中断系统四、中断过程8.1 中断系统●中断响应▲响应可屏蔽中断条件： 1、微处理器处于中断允许状态（IF=1） 2、没有不可屏蔽中断请求和总线请求 3、当前指令执行结束▲响应不可屏蔽中断条件： 1、没有总线请求 2、当前指令执行结束8.1 中断系统四、中断过程8.1 中断系统●中断响应▲响应内部中断条件： 当前指令执行结束 ▲中断响应过程如下：8.1 中断系统四、中断过程8.1 中断系统●中断服务8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统 8086用8位二进制码 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示一个中断类型，共有256个中断，可分为两大类： 可屏蔽中断 外部中断 非可屏蔽中断 中断 除法错中断 单步中断 内部中断 断点中断 溢出中断 软中断8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统8086中断结构8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统●外部可屏蔽中断 可屏蔽中断由INTR引入，受标志寄存器中的中断允许标志位IF的控制。IF=0时，微处理器不响应INTR的中断请求，IF=1时，微处理器响应INTR的中断请求。 8086的可屏蔽中断源由可编程中断控制器8259A统一管理，INTR中断的类型码可以是8~255 。8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统●外部不可屏蔽中断 不可屏蔽中断由NMI引脚引入，微处理器对NMI中断请求的响应，不受中断允许标志位IF控制。不管IF的状态如何，只要NMI信号有效，8086现行指令执行结束，没有DMA请求，都会立即响应NMI中断请求。NMI中断类型码固定为2 。8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统●除法错中断 在执行DIV（无符号数除法）或IDIV（有符号数除法）指令时，若发现除数为零或商超过寄存器所能表达的范围（商溢出），8086微处理器立即执行中断类型码为0的内部中断。 8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统●单步中断 8086标志寄存器中有一个陷阱标志位TF，若TF=1，则微处理器每执行完一条指令就引起一个中断类型码为1的内部中断。它用于实现单步操作，是一种强有力的调试手段。8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统●断点中断 INT 3指令产生一个中断码为3的内部中断，称为断点中断。在程序调试过程中，需要跟踪程序走向、了解程序执行过程的中间结果时，可以用INT 3指令临时替换原有的指令，称为设置断点。8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统●溢出中断 8086标志寄存器中有一个溢出标志位OF，若上一条指令的执行结果使OF=1，则INTO指令引起中断类型码为4的内部中断；否则此指令不起作用，程序顺序执行下一条指令。8.2 8086中断系统一、8086微处理器的中断类型8.2 8086中断系统●软中断 用户可以用INT n指令产生一个中断，n为中断类型码。如DOS系统功能调用INT 21H指令的中断类型码为21H。 8.2 8086中断系统二、8086微处理器的中断向量表8.2 8086中断系统中断向量：也称为中断指针，就是中断服务程序的入口地址 中断向量表：它是中断类型号与它对应的中断服务程序入口地址之间的换算表。8086的中断向量表占用存储器从00000H开始的最低地址区的1024个单元，每个中断向量占用4B，故可存256个中断向量。 8.2 8086中断系统二、8086微处理器的中断向量表8.2 8086中断系统中断向量表的结构null 中断及其向量码 null8.2 8086中断系统三、8086微处理器的中断响应及返回8.2 8086中断系统● 可 屏 蔽 中 断 的 响 应 过 程8.2 8086中断系统三、8086微处理器的中断响应及返回8.2 8086中断系统●不可屏蔽中断的响应操作 CPU对它的响应不受IF位的控制，也要等待当前指令执行结束。若非可屏蔽中断请求和可屏蔽中断请求同时出现，CPU将优先响应非可屏蔽中断。非可屏蔽中断的中断类型号固定为2，无需从外部取回一个字节的中断类型号操作。非可屏蔽中断响应的其它操作和可屏蔽中断相同。 8.2 8086中断系统三、8086微处理器的中断响应及返回8.2 8086中断系统●内部中断的响应操作 内部中断响应操作有以下共同点： ▲中断类型号要么是指令码给定的，要么是处理器硬件决定的，都不需要从外部逻辑输入。 ▲没有信号的响应周期。 ▲不受IF位的控制，但单步中断受TF位控制。 ▲除单步中断之外，其它内部中断都比外部中断优先响应。 除上述特点外，内部中断响应也要执行可屏蔽中断响应的③、④和⑤项操作。 8.3 中断控制器8259A及其应用一、中断控制器的功能8.3 中断控制器8259A及其应用中断控制器的功能： 接收外部中断请求，向微处理器发送中断请求；进行优先权级别的判断，把当前优先权最高的中断源的中断类型号送往微处理器；处理器响应中断，进入中断服务后，当优先权更高的外部中断请求产生时，中断控制器能够实现中断的嵌套；对于优先权较低的中断请求则予以屏蔽。 8.3 中断控制器8259A及其应用二、8259A的引脚功能8.3 中断控制器8259A及其应用8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用8259A 内 部 结 构 图8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●中断请求寄存器（IRR） IRR是一个8位的锁存器，用来锁存外部设备送来的IR7 ~ IR0中断请求信号。当外部中断请求线IRi有中断请求时，IRR中与之对应的第i位被置1。这个寄存器的内容可以被微处理器读出。 8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●中断屏蔽寄存器（IMR） IMR是一个8位的寄存器，用于设置中断请求的屏蔽信号。此寄存器的第i位被置1时，与之对应的外部中断请求线IRi被屏蔽，不能向微处理器发出INT信号。可通过软件设置IMR内容，确定每一个中断请求的屏蔽状态。设置IMR也可以起到改变中断请求的优先级的效果。 8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●中断服务状态寄存器（ISR） ISR是一个8位的寄存器，用于记录当前正在被服务的所有中断级，包括尚未服务完而中途被更高优先级打断的中断级。若微处理器响应了IRi中断请求，则ISR中与之对应的第i位置1。该中断处理结束前，要使用指令清除这一位。此寄存器的内容可以被微处理器读出。8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●优先权处理器 优先权处理器用于识别和管理各中断请求信号的优先级别。当几个中断请求信号同时出现时，微处理器响应中断请求时，把优先权最高的IRR中的“1”送入ISR。当8259A正在为某一级中断服务时，若又出现新的中断请求，由优先权处理器判断新出现的中断请求的优先级别并决定是否进入多重中断处理。 8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●控制逻辑 在8259A的控制逻辑电路中，有一组初始化命令字寄存器ICW1~ICW4和一组操作命令字寄存器OCW1~OCW3。初始化命令字在系统初始化时置入，工作过程中一般保持不变。操作命令字在工作过程中根据需要设定。控制逻辑电路按照编程设定的工作方式管理8259A的全部工作。 8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●数据总线缓冲器 这是一个8位的双向三态缓冲器，是8259A与系统数据总线的接口。8259A通过数据总线缓冲器接收微处理器发来的控制字，也通过数据总线缓冲器向微处理器发送中断类型码和状态信息。 8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●读写控制逻辑8.3 中断控制器8259A及其应用三、8259A的内部结构及功能模块8.3 中断控制器8259A及其应用●级联缓冲/比较器 系统需要扩展而使用多个8259A时，要有一个8259A作为主器件而其他的作为从器件。级联缓冲/比较器在级联方式的主/从结构中，用来控制8259A的级联。与此部件相关的有3根级联线CAS2－CAS0和1根主从设备设定/缓冲器读写控制线 / 8.3 中断控制器8259A及其应用四、8259A的工作方式8.3 中断控制器8259A及其应用●8259A的工作过程●8259A的优先权管理固定优先权循环优先权全嵌套方式特殊嵌套方式自动循环方式特殊循环方式8.3 中断控制器8259A及其应用四、8259A的工作方式8.3 中断控制器8259A及其应用●8259A中断屏蔽方式●8259A中断结束方式普通屏蔽方式特殊屏蔽方式自动中断结束方式（AEOI）非自动中断结束方式（EOI）8.3 中断控制器8259A及其应用四、8259A的工作方式8.3 中断控制器8259A及其应用●8259A的查询工作方式 8259A工作在程序查询方式时，8259A不向微处理器发INT信号，微处理器通过查询8259A了解有无中断。 查询字格式为： I × × × × W2 W1 W0I=1表示有中断请求，I=0表示没有中断请求。W2 W1 W0表示8259A请求服务的最高优先级编码。 8.3 中断控制器8259A及其应用四、8259A的工作方式8.3 中断控制器8259A及其应用●读8259A的状态 8259A内部的IRR、ISR和IMR的状态可以通过适当的读命令读到微处理器中，以了解8259A的工作情况。 上述的各种工作方式，都是通过8259A的初始化命令字(ICW1~ICW4)和操作命令字(OCW1~OCW3)来设定的。 8.3 中断控制器8259A及其应用8259的编程分为两个阶段：初始化阶段和操作阶段。 初始化阶段应该在系统加电或复位后由初始化程序完成。用输出指令向8259置入初始化命令。 操作阶段，用输出指令向8259发适当的操作命令字，实现对8259的状态、中断方式和过程的控制。五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用8.3 中断控制器8259A及其应用初始化编程的任务： 第一、设定中断请求信号的有效形式，即高电平有效，还是低电平向高电平跳变的上升沿有效； 第二、是单片工作方式还是级联工作方式； 第三、设定8259管理的中断类型号基值，即0级中断IR0对应的中断类型号，当中断请求响应时，得到中断向量表中相应的地址； 第四、设定各级的优先排序规则； 第五、设定一次中断处理结束时的结束操作规则。 通过向8259发初始化命令字ICW实现。五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程8.3 中断控制器8259A及其应用初始化命令字ICW1： 格式：设置ICW1需要I/O地址为A0=0。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程其中：×表示无关位，可以是任意值； LTIM=1:表示有效的中断请求信号是高电平，为0是低电平向高电平跳变的上升沿； SNGL=1: 单片工作，为0多片级联; IC4=1:表示在后面程序还要设置初始化命令字ICW4，为0 不再设置ICW4; D4=1: 是ICW1的特征标志8.3 中断控制器8259A及其应用五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程初始化命令字ICW2：用于设置中断类型号基值。 格式： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0其中： 低3位必须为0； 若两片8259A的中断类型号基值分别为08H和70H，ICW2的高5位T7～T3分别为00001和01110。 设置ICW2的地址为A0=18.3 中断控制器8259A及其应用初始化命令字ICW2说明： ▲外中断的中断类型号是在中断需要期间由8259提供的； ▲8259是根据初始化过程中用ICW2命令置入的中断类型号基值来提供中断类型号。 ▲IR0对应的中断类型号是中断类型号基值，一定能被8整除的正整数。五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程8.3 中断控制器8259A及其应用初始化命令字ICW3：专为级联而设置的。 当只有一片8259A（即设ICW1的D1位为1），则不设置CW3；当多于一片时，将主片和从片的ICW1中D1位设置为0；且在设置ICW2之后向A0=1地址设置的才是ICW3。 ICW3（主控）五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程1：相应的IR接从属的8259 0：相应的IR未接从属的82598.3 中断控制器8259A及其应用ICW3（从属）五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程该3位的编码对应从属8259接主控IR的编号例如： 从属芯片接到主控芯片的IR2上，则从属芯片的ICW3对应的是02H； 主片中设置的ICW3为00000100。8.3 中断控制器8259A及其应用初始化命令字ICW4：只有ICW1的IC4位为1才能设置ICW4 格式： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程1－中断自动结束 0－中断正常结束0 ×非缓冲方式 1 0 缓冲方式/从片 1 1缓冲方式/主片1－特殊全嵌套方法 0－正常全嵌套方法1－8086/8088方式 0－8080/8085方式8.3 中断控制器8259A及其应用8259初始化命令字设置次序：五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●初始化编程ICW1ICW2是级联？ SNGL=1?ICW3NY地址A0＝0 （20H）A0＝1 （21H） A0＝1 （21H）A0＝1 （21H）IC4=1?YICW4N8.3 中断控制器8259A及其应用五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●操作编程 系统运行中可以向8259发操作命令字，对8259A管理中断的方式进行修改和设定；8259A共有OCW1、OCW2和OCW3三个操作控制字。与初始化命令字ICW不同，OCW不是按照既定流程写入，而是按需要选择写入。8.3 中断控制器8259A及其应用五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●操作编程操作命令字OCW1： 用于设置屏蔽状态。用输出指令把OCW1发送到IMR。 中断屏蔽寄存器IMR中为1 的位对应的中断级的输入线IR处于被屏蔽状态。 被屏蔽的中断级请求不能使8259的INT输出端产生有效的请求信号。 设置OCW1的I/O地址是A0＝1 8.3 中断控制器8259A及其应用OCW1五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●操作编程1：屏蔽响应的IR 0：允许相应的IR中断例如：将42H写入OCW1，则IR6和IR1被屏蔽，而IR0、IR2、IR3、IR4、IR5和IR7允许中断。 向地址A0=1发的OCW1是屏蔽字，对同一地址的输入指令将读回OCW1设置的屏蔽字。8.3 中断控制器8259A及其应用OCW2：设置OCW2地址的是A0＝0 。 五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●操作编程 指定中断级 0 0 0 0 0 0 1 1 ... 1 1 1 7 R=0 固定优先权 R=1 循环优先权 SL=0 表明L2、L1、LO无意义 SL=1 表明L2、L1、LO有意义 EOI=1 表示撤消中断 EOI=0 表示不撤消中断8.3 中断控制器8259A及其应用OCW3：用于管理特殊的屏蔽方式和查询方法。设置OCW3地址的是A0＝0 。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●操作编程它的特征标识为D4D3＝01 ESMM： 特殊屏蔽方式，为1允许特殊屏蔽方式 SMM： 特殊屏蔽方式标识， 1表示特殊屏蔽方式， 0表示非特殊屏蔽方式 ESMM为1，SMM为才有意义，否则无意义。8.3 中断控制器8259A及其应用 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●操作编程 P：管理查询方式， 1 指明查询方式，即查询决定优先级次序 0 非查询方式。 RR、RIS：控制读出8259内部寄存器IRR和ISR的内容。 10、11读寄存器IRR、ISR的命令； 00、01 无意义，其中P＝0OCW3（续）8.3 中断控制器8259A及其应用五、8259A的编程8.3 中断控制器8259A及其应用●操作编程 当P＝1时的OCW3可用作查询指令。下一条对同一地址（A0=0)的读指令起中断识别作用，其操作是，如当时有中断请求，将识别出优先级最高的中断请求，把ISR的相应位置1，同时输入一个字节的信息到CPU(AL)，这个字节信息的格式如下： 位7＝1：表示有中断请求，W2－W0指明请求服务的各中断级中的最高优先级，否则无中断请求。8.3 中断控制器8259A及其应用六、中断方式输入输出程序设计8.3 中断控制器8259A及其应用●主程序设计1、微处理器初始化：设置堆栈，设置中断向量，开放中断。2、中断控制器8259A的初始化：选择工作方式，设置优先级规则，清除相应的屏蔽位等。3、接口的初始化：将接口恢复到初始状态，对于可编程的接口，要设置接口的工作方式，设置接口的中断开放位等。8.3 中断控制器8259A及其应用六、中断方式输入输出程序设计8.3 中断控制器8259A及其应用●主程序设计4、中断服务程序的初始化：设置中断服务程序使用的缓冲区指针、计数器、状态位等。5、对于输出过程，应在主程序中启动第一次输出，否则不会发生输出中断。 8.3 中断控制器8259A及其应用六、中断方式输入输出程序设计8.3 中断控制器8259A及其应用●中断服务程序设计1、保护现场：把所有中断服务程序里要使用、会改变值的寄存器压入堆栈。注意：中断服务程序所使用的指针、缓冲区等都存放在内存储器中。 2、开放中断：允许微处理器响应优先级更高、更紧急的中断。 3、输入输出处理8.3 中断控制器8259A及其应用六、中断方式输入输出程序设计8.3 中断控制器8259A及其应用●中断服务程序设计4、关闭中断：中断服务进入结束阶段，关闭中断可以避免不必要的中断嵌套。5、恢复现场：按照“先进后出”的原则，恢复各寄存器的内容。6、中断返回：用IRET指令返回被中断的程序 8.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用例8.1 在某微机系统中配置了一片8259A可编程中断控制器芯片，且初始化为完全（正常）嵌套方式，即中断优先权的级别是固定的，IR0优先权最高，IR1~IR6逐级次之，IR7最低。IR0~IR7均未屏蔽，CPU处于开中断状态，在每个中断服务程序开始均排有STI指令。若在CPU执行程序期间，IR2和 IR4同时有中断请求，在IR2服务期间（服务结束前），IR1有中断请求，在IR4服务期间，IR3有中断请求。试画出完全嵌套方式的中断响应过程示意图。 8.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用8.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用例8.2 若要开发一条INT 40H软件中断指令，该指令完成的功能为光标回车换行。设中断服务程序的入口地址为INTRUP，使编写完成此功能的主程序和中断服务程序。 8.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用例8.28.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用例8.28.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用例8.3 中断向量的形成方法与步骤 主程序中向量的建立方法还可以利用DOS 25H号功能调用来实现，具体做法如下： AH中预置入功能号25H； AL中预置要设置的中断类型号n； DS：DX中预置入中断服务程序的入口地址（两个寄存器分别置入段地址和偏移地址） 8.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用例8.38.3 中断控制器8259A及其应用七、中断方式应用举例8.3 中断控制器8259A及其应用例8.4 以下图的输入设备为例，使用PC/XT机中的8259A的IR3引脚申请中断，中断类型OBH。给出一个完整的中断方式输入程序。设该输入设备的数据端口地址为240H， 8259A端口地址为20H、21H。输入“回车”字符表示结束。 作 业 P265-266 5，6，18，19，20 作 业 P265-266 5，6，18，19，20