课件：微机原理与接口技术(1).ppt

2019年8月14日星期三,微型计算机原理与接口技术,第七章 微型计算机中断系统,朱亚萍 杭州电子科技大学自动化学院,22:55,2,7-4 可编程中断控制器 8259A,一、功能和引脚,具有8级优先级控制，通过级联可以扩展到64级优先级控制。 每一级中断可由程序单独屏蔽或允许。 可提供中断类型号传送给CPU。 可以通过编程选择多种不同工作方式。,1.主要功能,22:55,3,2. 引脚,D7D0：双向数据线，三态，它直接或通过总线驱动器与系统的 数据总线相连。 IR7IR0：外设的中断请求信号输入端，输入，中断请求信号可以是电平触发或边沿触发。中断级联时，连接8259A从片INT端。,22:55:22,4,RD：读命令信号，输入，低电平有效，用来控制数据由8259A读到CPU。 WR: 写命令信号，输入，低电平有效，原来控制数据由CPU写到8259A。 CS：片选信号，输入，通过译码电路与高位地址总线相连。 A0：选择8259A的两个端口，输入，连低位地址线。 INT：向CPU发出的中断请求信号，输出，与CPU的INTR端相连。 CAS2CAS0：双向级联信号线。8259A作主片时，为输出线，作从片时，为输入线。与SP/EN配合实现8259A级联。,22:55:22,5,SP/EN： 编程/双向使能缓冲。,作为输入使用时，用来决定本片8259A是主片还是从片：若SP/EN=1，则为主片；若SP/EN=0，则为从片。 作为输出使用时，启动8259A到CPU之间的数据总线驱动器。 SP/EN作为输入还是输出，决定于8259A是否采用缓冲方式工作，若采用缓冲方式工作，则SP/EN作为输出，若采用非缓冲方式，SP/EN作为输入。,INTA： CPU给8259A的中断响应信号，输入。8259A要求两个负脉冲的中断响应信号，第一个是CPU响应中断的信号，第二个INTA结束后，CPU读取8259A送去的中断类型号。,22:55,6,二、内部结构,图711b 8259A内部结构,22:55,7,数据总线缓冲器是8位双向三态缓冲器，是8259A与系统数据总线接口，通常连接低8位数据总线D7D0。 CPU编程控制字写入8259A、8259A的状态信息读出、及中断响应时8259A送出的中断类型号，都经过它传送。,1. 数据总线缓冲器,2. 读写控制电路,读写控制电路接收CPU送来的读/写命令RD、WR，片选信号CS及端口选择信号A0 。,22:55,8,高位地址译码后送CS作片选信号。 A0连地址总线A0或A1，用来选择8259A的两个I/O端口，一个为奇地址，另一个偶地址。 读写操作由这4个信号控制来实现的，使8259A接收CPU送来的初始化命令字和操作命令字，或将内部状态信息送给CPU。,22:55,9,实际设计时，8259A的D7D0与CPU数据总线低8位相连。为了保证CPU与8259A用低8位传输数据，CPU的A1连8259A的A0。这样对CPU来说A00，A1可以为1或为0，CPU读写始终是用偶地址。对8259A来说A1可以为1或为0，给8259A的端口分配了两个地址，一个奇地址，一个偶地址，符合了8259A的编程要求。,注意：8086系统中数据总线为16位，CPU传送数据时，低8位数据总线传送到偶地址端口，高8位数据总线传送到奇地址端口。当8位I/O接口芯片与8086CPU16位数据总线相连接时，既可以连到低8位数据总线，也可以连到高8位数据总线。,22:55,10,3. 级联缓冲/比较器,缓冲方式：在多片8259A级联的系统中，8259A通过总线驱动器和数据总线相连，这就是缓冲方式。,在缓冲方式下，8259A的SP/EN端与总线驱动器允许端相连，控制总线驱动器启动，SP/EN作为输出端。 当EN0时，8259A控制数据从8259A送到CPU； 当EN1时，控制数据从CPU送到8259A。,22:55,11,非缓冲方式：单片8259A或少量8259A级联时，可以将8259A直接与数据总线相连，称为非缓冲方式。,非缓冲方式下，8259A的SP/EN端作输入端，控制8259A作为主片还是从片。 SP1，表示此8259A为主片。 SP0，表示此8259A为从片。 单片8259A时，SP/EN接高电平。 由初始化命令字ICW4来设置缓冲方式或非缓冲方式。,22:55,12,4.中断请求寄存器,中断请求寄存器是一个8位寄存器，存放外部输入的中断请求信号IR7IR0。,当某个IR端有中断请求时，IRR相应的某位置“1”。 可以允许8个中断请求信号同时进入，此时IRR寄存器被置成全“1”。 当中断请求被响应时，IRR的相应位复位。,22:55,13,5.中断屏蔽寄存器IMR,中断屏蔽寄存器是一个8位寄存器，用来存放对各级中断请求的屏蔽信息。 当用软件编程使IMR寄存器中某一位置“0”时，允许IRR寄存器中相应位的中断请求进入中断优先级判别器。 若IMR中某位为“1”，则此位中断请求被屏蔽。 各个中断屏蔽位是独立的，屏蔽了优先级高的中断，不影响其它较低优先级的中断允许。,22:55,14,6.优先级判别器PR,优先级判别器对保存在IRR寄存器中的中断请求进行优先级识别，送出最高优先级的中断请求到中断服务寄存器ISR中去。 当出现多重中断时，PR判定是否允许所出现的中断去打断正在处理的中断，让优先级更高的中断优先处理。,7.中断服务寄存器ISR,中断服务寄存器是一个8位寄存器，保存正在处理中的中断请求信号。 某个IR端的中断请求被CPU响应后，当CPU发出第一个INTA信号时，ISR寄存器中的相应位置“1”，一直保持到该级中断处理结束为止。 允许多重中断时，ISR多位同时被置成“1”。,22:55,15,8.控制电路,根据中断请求寄存器IRR的置位情况和中断屏蔽寄存器IMR的设置的情况，通过优先级判别器PR判定优先级，向8259A内部及其它部件发出控制信号。 向CPU发出中断请求信号INT和接收CPU的中断响应信号INTA，使中断服务寄存器ISR的相应位置“1”，并使中断请求寄存器IRR的相应位置“0”。 当CPU第二个INTA信号到来，控制8259A送出中断类型号，使CPU转入中断服务子程序。 如果方式控制字ICW4的中断自动结束位为“1”，则在第二个INTA脉冲结束时，将8259A中断服务寄存器ISR的相应位清“0”。,22:55,16,1.8259A的编程结构,三、8259A的中断管理方式,图712 8259A的编程结构,22:55,17,1.8259A的编程结构,中断管理方式是通过8259A初始化时写入初始化命令字和操作命令字来设置的。 初始化命令字写入寄存器ICW1ICW4，它是由初始化程序设置的初始化命令字一经设定，在系统工作过程中就不再改变。 操作命令字写入寄存器OCW1OCW3，它是由应用程序设定的，用来对中断处理过程进行控制，在系统运行过程中，操作命令字可以重新设置。,三、8259A的中断管理方式,22:55,18,2.优先级设置方式,若8259A初始化后没有设置其它优先级的方式，就自动进入完全嵌套方式。 在这种方式下，中断优先级分配固定级别07级，IR0具有最高优先级，IR7优先级最低。 可用初始化命令宇ICW4中SFNM0，将8259A置成完全嵌套优先级方式。 在完全嵌套工作方式下，当一个中断请求被响应后，中断服务寄存器ISR中的对应位置“1”，中断类型号被放到数据总线上，CPU转入中断服务程序。,完全嵌套方式,22:55,19,一般情况下（除自动中断结束方式外），在CPU发出中断结束命令EOI前，ISR寄存器中此对应位一直保持“1”。 当新的中断请求进入时，中断优先级裁决器将新的中断请求和当前ISR寄存器中置“1”位比较，判断哪一个优先级更高。允许打断正在处理的中断，优先处理更高级的中断，实现中断嵌套，但禁止同级与低级中断请求进入。 中断嵌套时，ISR寄存器中内容发生变化，又有一个对应位置“1”，当实现8级中断嵌套时，ISR寄存器内容为0FFH。,22:55,20,特殊全嵌套方式与全嵌套工作方式基本相同，区别在于当处理某级中断时，有同级中断请求进入，8259A也会响应，从而实现了对同级中断请求的特殊嵌套。 在级联方式中，当从片上有中断请求进入并正在处理时，同一从片上又进入更高优先级的中断请求，从片能响应更高优先级中断请求，并向主片申请中断，但对主片来说是同级中断请求。当主片处于特殊全嵌套工作方式时，主片就能允许对相同级别的中断请求开放。,特殊全嵌套方式,22:55,21,优先级自动循环方式,在优先级自动循环方式中，优先级别可以改变。 初始优先级次序规定为IR0、IR1、IR7，当任何一级中断被处理完后，它的优先级别变为最低，将最高优先级赋给原来比它低一级的中断请求，其它依次类推。 优先级自动循环方式适合用在多个中断源优先级相等的场合。,22:55,22,优先级特殊循环方式和优先级自动循环方式相比，不同之处在于优先级特殊循环方式中，初始时最低优先级由程序规定，最高优先级也就确定了。,优先级特殊循环方式,例：若初始时指定IR1为最低优先级，则IR2为最高优先级，其它依次类推。而优先级自动循环方式初始时最高优先级一定是IR0。,22:55,23,3.中断结束方式,中断结束处理实际上就是对中断服务寄存器ISR中对应位的处理。 当一个中断得到响应时，8259A使ISR寄存器中对应位置“1”，表明此对应外设正在服务，并为中断优先判别器提供判别依据。 中断结束时，必须使ISR寄存器中对应位置“0”，否则中断优先权判别会不正常。 什么时刻使ISR中对应位置“0”，就产生不同的中断结束方式。,22:55,24,在完全嵌套工作方式下，任何一级中断处理结束返回上一级程序前，CPU向8259A传送EOI结束命令字，8259A收到EOI结束命令后，自动将ISR寄存器中级别最高的置“1”位清“0”（此位对应当前正在处理的中断）。 EOI结束命令字必须放在返回指令IRET前，没有EOI结束命令，ISR寄存器中对应位仍为“1”，继续屏蔽同级或低级的中断请求。 若EOI结束命令字放在中断服务程序中其它位置，会引起同级或低级中断在本级未处理完前进入，容易产生错误。,普通EOI结束方式,22:55,25,在非全嵌套工作方式下，中断服务寄存器无法确定哪一级中断为最后响应和处理的，这时要采用特殊SEOI结束方式。 CPU向8259A发特殊EOI结束命令字，命令字中将当前要清除的中断级别也传给8259A。此时，8259将ISR寄存器中指定级别的对应位清“0”，它在任何情况下均可使用。,特殊EOI结束方式,22:55,26,自动EOI结束方式,在自动AEOI方式中，任何一级中断被响应后，ISR寄存器对应位置“1”，但在CPU进入中断响应周期，发第二个INTA脉冲后，8259A自动将ISR寄存器中对应位清“0”。 此时，尽管对某个外设正在进行中断服务，但对8259A来说，ISR寄存器中没有指示，好象已结束了中断处理一样。 这种方式虽然简单，但因为ISR寄存器中没有标志，低级中断申请时，可以打断高级中断，产生重复嵌套，嵌套深度也无法控制，容易产生错误，使用时要特别小心。,22:55,27,4.循环优先级的循环方法,在主程序或中断服务程序中设置操作命令字，当任何一级中断被处理完后，使CPU给8259A回送普通EOI循环命令，8259A收到EOI循环命令后，将ISR寄存器中最高优先级的IRi置“1”位清“0”，并赋给它最低优先级，将最高优先级赋给它的下一级IRi+1，其它依次类推。,普通EOI循环方式,循环优先级方式中，与中断结束方式有关，有三种循环方式。,22:55:22,28,例: 某中断系统IR0为最高优先级，IR7为最低优先级。有IR2、IR5两个中断请求。设置为普通EOI循环方式，要求给出IR2及IR5中断处理完后中断优先级的变化情况。,普通EOI循环方式,22:55:22,29,特殊EOI循环方式,特殊EOI循环方式即指定最低级循环方式，最低优先级由编程确定，最高优先级也相应而定。,例： 某一时刻8259A中IR2，IR6有中断嵌套服务。在IR 2中断服务程序中安排了最低优先权给IR3，指令执行后，中断优先级变化情况如下表。,特殊EOI循环方式,22:55:22,30,自动EOI循环方式,在自动EOI循环方式中，任何一级中断被响应后，中断响应总线周期中第二个INTA信号的后沿自动将ISR寄存器中相应位清0，并立即改变各级中断的优先级别，改变方式与普通EOI循环循环方式相同。,注意：使用这种方式要小心，防止重复嵌套产生。,22:55:22,31,5.中断源屏蔽方式,普通屏蔽方式,将中断屏蔽寄存器IMR中某一位或某几位置“1”，即可将对应位的中断请求屏蔽掉。,特殊屏蔽方式,此方式能对本级中断进行屏蔽，而允许优先级比它高或低的中断进入。,22:55:22,32,6.中断请求引入方式,边沿触发方式,在边沿触发方式下，8259A将中断请求输入端出现的上升沿作为中断请求信号。中断请求输入端出现上升沿触发信号后，可以一直保持高电平。,电平触发方式,在电平触发方式下，8259A将中断请求输入端出现的高电平作为中断请求信号。,注意：当中断得到响应后，中断输入端必须及时撤出高电平，否则在CPU进入中断处理过程，并且开中断的情况下，原输入端的高电平会引起第二次中断的错误。,22:55:22,33,中断查询方式,当系统的中断源超过64个时，8259A可工作在查询方式。在中断查询方式下，外部设备向8259A发中断请求信号，但8259A不通过INT信号向CPU发中断请求信号。CPU要使用软件查询来确定中断源，才能实现对外设的中断服务。,CPU所执行的查询程序应包括如下过程：,系统关中断。 用OUT指令使CPU向8259A端口（偶地址端口）送OCW3命令字。 若外设已发出过中断请求，8259A在当前中断服务寄存器中使对应位置“1”，且立即组成查询字。 CPU用IN指令从端口（偶地址）读取8259A的查询字。,22:55,34,四、8259A的编程方法,对8259A的编程有两类命令字：初始化命令字ICW和操作命令字OCW。 系统复位后，初始化程序对8259A置入初始化命令字。 初始化后可通过发出操作命令字OCW来定义8259A的操作方式，实现对8259A的状态、中断方式和优先级管理的控制。 初始化命令字只发一次，操作命令字允许重置，以动态改变8259A的操作与控制方式。,22:55,35,1.初始化命令字,初始化命令字完成的功能： 设定中断请求信号触发形式，高电乎触发或上升沿触发。 设定8259A工作方式，单片或级联。 设定8259A中断类型号基值，即IR0对应的中断类型号。 设定优先级设置方式。 设定中断处理结束时的结束操作方式。,注意：对8259A编程初始化命令字，共预置4个命令字：ICW1、ICW2、ICW3、ICW4。初始化命令字必须顺序填写，但并不是任何情况下都要置4个命令字，用户根据具体使用情况而定。,22:55,36,1.初始化命令字, ICW1芯片控制初始化命令字,格式:,22:55,37, ICW2设置中断类型号初始化命令字,8259A中IR0端对应的中断类型号为中断类型号基值，它是可以被8整除的正整数，ICW2用来设置这个中断类型号基值，由此提供外部中断的中断类型号。 ICW2低3位为0，高5位由用户设定。当8259A收到CPU发来的第二个INTA信号，它向CPU发送中断类型号，其中高5位为ICW2的高5位，低3位根据IR0IR7中响应哪级中断（对应000111）来确定。,22:55,38, ICW3标识主片从片初始化命令字,8259A主片格式:,8259A从片格式：,22:55,39, ICW3标识主片从片初始化命令字,在多片8259A级联情况下，主片与从片的CAS2CAS0相连，主片的CAS2CAS0为输出，从片的CAS2CAS0为输入。当CPU发第一个中断响应信号INTA时，主片通过CAS2CAS0发一个编码ID2ID0，从片的CAS2CAS0收到主片发来的编码与本身ICW3中ID2ID0相比较，如果相等，则在第二个INTA信号到来后，将自己的中断类型号送到数据总线上。,22:55,40,ICW1中IC4为1时，要求预置ICW4命令字，对8086/8088系统必须预置ICW4 。, ICW4方式控制初始化命令字,22:55,41,BUF1，采用缓冲方式，8259A通过总线驱动器与数据总线相连，SP/EN作输出端，控制数据总线驱动器启动，此时SP/EN线中EN有效，EN0允许缓冲器输出（CPU8259A），EN1允许缓冲器输入（CPU8259A）。此时，M/S1，表示该片是8259A主片，M/S0，表示该片是8259A从片。 BUF0，采用非缓冲方式，SP/EN线中SP有效，SP0，该片是8259A从片，SP1，该片是8259A主片，此时，M/S信号无效。,BUF、M/S、SP/EN之间关系,22:55,42,注意：初始化命令字必须从ICW1开始设置，依下顺序进行设置。并分别根据ICW1中的SNGL位和IC4位决定是否设置ICW3和ICW4。级联时要设置ICW3，并且主片与从片的ICW3设置不同。,22:55:23,43,2.操作命令字,操作命令字决定中断屏蔽，中断优先级次序，中断结束方式等。, OCW1中断屏蔽操作命令字,22:55:23,44, OCW2优先权循环方式和中断结束方式操作字,L2L0：SL1时, L2L0有效。L2L0有两个用途，一个是当OCW2设置为特殊EOI结束命令时，L2L0指出清除中断服务寄存器中的哪1位，第二个当OCW2设置为特殊优先级循环方式时，L2L0指出循环开始时设置的最低优先级。,22:55:23,45,22:55:23,46, OCW3特殊屏蔽方式和查询方式操作字,OCW3功能有三个：设定特殊屏蔽方式，设置对8259A寄存器的读出及设置中断查询工作方式 。,22:55:23,47,特殊屏蔽方式是对本级中断进行屏蔽，而允许优先级比它高或低的中断进入。 RR，RIS10，用输入指令(IN指令)，在下一个RD脉冲到来后，将中断请求寄存器IRR的内容读到数据总线上。 RR，RIS11，用输入指令8259A中断屏蔽寄存器IMR的，在下一个RD脉冲到来后，将中断服务寄存器ISR的内容读到数据总线上。 随时可通过输入指令从奇地址端口读取中断屏蔽寄存器IMR的值。,22:55:23,48,查询字格式如下：,其中IR1，表示有设备请求中断服务，IR0，表示没有设备请求中断服务。W2、W1、W0组成的代码表示当前中断请求的最高优先级。,在查询工作方式下，CPU不是靠接收中断请求信号来进入中断处理过程，而是靠发送查询命令，读取查询字来获得外部设备的中断请求信息。CPU先送操作命令OCW3（P1）给8259A，再送一条输入指令将一个RD信号送给8259A，8259A收到后将中断服务寄存器的相应位置1，并将查询字送到数据总线，查询字反映了当前外设有无中断请求及中断请求的最高优先级是哪个。,22:55:23,49,操作控制字OCW1OCW3的设置，安排在初始化命令字之后，用户根据需要可在程序的任何位置去设置。 尽管8259A只有两个端口地址，但不会混淆命令字及控制字的，因为:,ICW2、ICW3、ICW4和OCW1写入8259A奇地址端口。初始化时ICW1后面紧跟ICW2、ICW3、ICW4，而OCW1是单独写入的，不会紧跟在ICW1后面。 ICW1、OCW2、OCW3写入8259A偶地址端口，但一方面ICW1在初始化时写入，另一方面可用D4位区分，D4=1为ICW1，D4=0为OCW；再用D3位区分，D30为OCW2，D3=1为OCW3。,说明：,22:55:23,50,五、8259A的中断级联,主片8259A的SP/EN端接Vcc，从片的SP/EN端接地。若系统中连接数据总线驱动器，主片的SP/EN端与数据总线驱动器的输出允许端OE相连。 从片的INT脚接主片的IRi端，主片的IRi端若未接从片，可直接连中断源。 主片的CAS2CAS0作为输出端，从片的CAS2CAS0作输入端，二者相连。,1.中断级联使用时的连线,22:55:23,51,22:55:23,52,设置主片初始化命令字时：,级联时，ICW1中SNGL0，单片时SNGL1。 级联时，要求设置ICW3，若某个IRi引脚上连有从片，主片ICW3的对应位设为1，未连从片的对应位设为0。单片不要设置ICW3。 级联时，可设置为特殊全嵌套工作方式，此时，ICW4中SFNM1，通常应定义在特殊完全嵌套工作方式。,设置从片初始化命令字时:,从片的ICW1中，SNGL0。 从片必须设置ICW3，由ICW3中三个最低有效位ID2ID0的组合来标记此从片连到主片哪个IRi引脚上。,2.初始化注意事项,22:55:23,53,在完全嵌套工作方式下，8259A在级联使用时，某从片8259A的IRi端收到一个或多个中断请求信号，经从片优先权判别器判优后，确定本片当前最高优先级。 从片发出一个中断请求信号INT到主片，再经过主片优先权判别器判优后，确定当前最高优先级。通过主片INT输出端发中断请求送到CPU，若IF1，CPU响应中断回送两个INTA信号。 主片收到第一个INTA信号，置主片中断服务寄存器ISR相应为“1”，清中断请求寄存器IRR相应位为“0”。检测ICW3决定中断请求是否来自从片，若是，则将从片的级联地址从CAS2CAS0三条线上输出到所有8259A从片，只有级联地址与CAS2CAS0相同的从片才能选通。,3.中断级联时的工作过程,22:55:23,54,从片收到第一个INTA信号后，将从片中ISR寄存器中相应位置“1”，将IRR寄存器中相应位清“0”。 第二个INTA信号到达后，选中的从片将中断类型号送到数据总线，以后操作与单片8259A工作情况相同。,注意：级联时中断优先级判别是由从片判别本片内最高优先级后，向8259A主片再申请中断，然后由主片判别当前最高优先级，向CPU发中断请求信号INT。当8259A主片设置为特殊全嵌套工作方式时，允许相同级别的中断请求通过。,22:55:23,55,例 某系统中两片8259A采用中断级联方式组成中断系统，从片的INT端连8259A主片的IR3端。若当前8259A主片从IR1、IR5端引入两个中断请求，中断类型号为31H、35H。中断服务程序的段基址为1000H，偏移地址分别为2000H及3000H。8259A从片由IR4、IR5端引入两个中断请求，中断类型号为44H和45H，中断服务程序段基址为2000H，偏移地址为3600H及4500H。,图716 8259A级联使用实例,22:55:23,56,22:55:23,57,（1）中断向量形成：将4个中断入口地址写入中断向量表,MOV AX，1000H ；送入主片段地址 MOV DS，AX MOV DX，2000H ；送入主片偏移地址 MOV AL，31H ；中断类型号31H MOV AH，25H INT 21H MOV DX，3000H ；中断类型号35H MOV AL，35H INT 21H,22:55:23,58,MOV AX，2000H ；送入从片段地址 MOV DS，AX MOV DX，3600H ；中断类型号44H MOV AL，44H MOV AH，25H INT 21H MOV DX，4500H ；中断类型号45H MOV AL，45H INT 21H,22:55:23,59,（2）主片初始化编程：8259A主片端口地址位FFC8H和FFC9H,MOV AL，00010001B ；定义ICW1，主片级联使用，边沿触发 MOV DX，0FFC8H OUT DX，AL MOV AL，30H ；定义ICW2，中断类型号30H37H MOV DX，0FF