微机原理与接口技术第七章.ppt

1,第一节 中断的基本概念 一、什么是中断 二、中断源和中断优先权 三、中断服务程序 四、断点和中断现场 五、硬件中断和软件中断 第二节 8088CPU的中断系统 一、8088CPU的中断分类 二、8088CPU的中断优先权 三、8088CPU响应中断的过程 四、8088CPU如何获取中断类型号,第三节 可编程中断控制器8259A 一、引言 二、8259A的引脚、编程结构和工作过程 三、8259A的编程 1设置中断屏蔽字 2发中断结束命令EOI 四、8259A在IBM PC/XT系统中的应用 五、 8259A在 Pentium机中的应用 第四节 中断程序设计 一、中断向量的保存、设置和恢复 二、软中断程序设计 三、可屏蔽硬中断程序设计 四、问题讨论 1.中断嵌套问题 2.中断向量的保存、恢复问题,第七章 中断技术,2,听课思考,1、中断类型,3、内部（软）和外部（硬）中断类型号怎样取得？,2、内部（软）和外部（硬）中断执行过程不同点与 相同点;,4、CPU在响应中断自动完成哪几件事？,5、中断向量如何设置？,6、从外设的中断请求到CPU响应中断，有哪两个控制条件？,7、每次硬中断结束后为什么要发中断结束命令字？软中断需 要吗？,8、屏蔽字的作用是什么？,3,第七章 中断技术,第一节 中断的基本概念 第二节 8088CPU的中断系统 第三节 可编程中断控制器8259A 第四节 中断程序设计,4,第一节 中断的基本概念,一、什么是中断 二、中断源和中断优先权 三、中断服务程序 四、断点和中断现场 五、硬件中断和软件中断,5,一、什么是中断,在CPU正常运行程序时， 由于内部或外部某个非预料事件的发生， 使CPU暂停正在运行的程序， 而转去执行处理引起中断事件的程序， 然后再返回被中断了的程序，继续执行。 这个过程就是中断。,6,CPU执行流程,7,二、中断源和中断优先权,引起中断的因素很多， 将发出中断申请的外设或内部原因,称为中断源 给每个中断源指定一个优先权，称为中断优先权 当多个中断源同时发出中断请求时， CPU按照中断优先权的高低顺序,依次响应。,8,三、中断服务程序,处理中断源，完成其所要求功能的程序， 称中断服务程序（中断例行程序、中断子程）。,9,非预料事件是指事件发生的时间无法预知， 即中断源何时产生中断不确定，是随机的。 但事件的性质及处理方法则是已知的， 确定的， 即中断服务程序是事先编写好的, 只是何时执行未知。,中断源产生中断的随机性， 使中断服务程序的执行也具有随机性， 即何时执行中断服务程序不是在程序中安排好的。,10,四、断点和中断现场,断点: 是指CPU执行的现行程序被中断时的下一条指令的地址,又称断点地址。 中断现场: 是指CPU转去执行中断服务程序前的运行状态， 包括CPU内部各寄存器、断点地址等。,11,1000:150H,、 、 、 、 、 MOV AX, 0 ADD AX, DX MOV DI , AX 、 、 、 、 、 PUSH AX 、 、 IRET,CPU在执行此指令时， 某中断源发申请中断; CPU在执行完该指令后， 转去执行中断子程,地址1000:150H为断点,断点概念:,12,13,1000:150H,、 、 、 、 、 MOV AH, 01 INT 21H CMP AL, 0Dh 、 、 、 、 、 PUSH AX 、 、 IRET,用指令调用中断程序,软件中断 用指令 调用中断程序,14,第二节 8088CPU的中断系统,一、8088CPU的中断分类 二、8088CPU的中断优先权 三、8088CPU响应中断的过程 四、8088CPU如何获取中断类型号,15,1、内中断（软中断） 指CPU执行某些特殊操作或由INT指令引起的中断 被零除操作或OF=1时执行INTO指令引起 使用DEBUG中的单步或断点设置操作引起 执行INTn 指令引起,16,17,可屏蔽中断 由INTR引脚引起的中断，称可屏蔽中断。 CPU是否响应INTR引脚上的中断请求取决于IF标志： IF=1，CPU响应INTR引脚上的中断请求 IF=0，CPU不响应INTR引脚上的中断请求 即当IF=0时，将INTR引脚上的中断申请屏蔽。,非屏蔽中断 由NMI引脚引起的中断，称非屏蔽中断。 当NMI引脚上产生上升沿信号，CPU必响应此中断请求，即NMI引脚上的中断请求不受IF标志的控制， IF不能屏蔽NMI引脚上的中断请求。,但在系统通电瞬间或屏蔽寄存器最高位置“0”可屏蔽NMI。将最高位置“1”又可以开放NMI。 MOV DX，A0H；A0HBFH为屏蔽寄存器 MOV DX，A0H MOV AL，00H MOV AL，80H OUT DX，AL；屏蔽NMI OUT DX，AL；开放NMI,18,保留(ALT打印机),19,20,三、8088CPU响应中断的过程,当中断源产生中断申请（INTR）后， 不论是内中断、非屏蔽中断，还是可屏蔽中断， 只要满足响应条件，在执行完当前指令后，响应中断，给出INTA CPU内部硬件会自动完成下列响应中断的过程：, 取中断类型号N 当前PSW的内容入栈 清IF、TF标志为0 当前CS的内容入栈 当前IP的内容入栈 取内存单元( 0 : N 4 )字内容送IP 取内存单元( 0 : N 4 + 2 )字内容送CS 此时, CPU中的指令地址寄存器CS:IP指向中断程序的入口，在下一个总线周期，开始执行中断程序。,保存现场,中断服务程序入口地址,21,当前指令执行完的含义,CPU正在执行一条指令，执行完本条指令，响应中断；,对于带重复前缀的串指令（如REP MOVSB），执行一次,重复和串指令即可响应中断；,对MOV和POP指令，处理对象为段寄存器，,以及STI和IRET指令执行完本条指令后，,再执行一条指令才响应中断。,22,0：3FFH,0：0,23,从中断子程返回断点处， 靠的是执行中断子程最后的指令IRET， 从堆栈中取出断点地址给CS:IP， 继续执行被中断的程序。 故中断子程最后应安排 IRET 指令。,24,四、8088CPU如何获取中断类型号,由前面介绍知，当中断源产生中断请求后， 不论是内中断、非屏蔽中断，还是可屏蔽中断， 只要满足响应条件，在执行完当前指令后， CPU内部硬件会自动完成响应中断的过程,共七个步骤 而第一步就是获取中断类型号。,不同的中断源，8088CPU获取中断类型号的方法不同。,25,根据8088CPU对中断的分类，各中断获取类型号的方法,26,中断响应周期时序,27,28,一、引言,29,1. 向CPU的引脚INTR发中断申请信号 当有多个外设同时发出中断请求时， 能按照一定的优先级顺序，向CPU发出中断申请， 使CPU能优先响应优先级最高的外部设备的中断申请。 2. 送中断类型号 在CPU中断响应周期，针对不同外设的中断请求， 向CPU传送不同的中断类型号， 使CPU执行相应的中断子程。,中断申请管理接口的主要功能:,在IBM PC机由8259A可编程中断控制器(PIC)来完成。,30,31,定时器,32,28259A的编程结构（参看教材图6-36）,33,34,(1) 初始化命令字(ICW1- ICW4) 决定8259A的工作方式 通常是在计算机系统启动时在初始程序设置， 一旦设定，一般在系统工作过程不再改变。 例 开机后，BIOS将8259A初始化为： IR0IR7中断申请信号为上升沿触发方式； IR0IR7对应的中断类型号分别为08H0FH； 优先级IR0最高, IR7最低； (2) 操作命令字(OCW1,OCW2,OCW3) 在应用程序中设定，动态地控制CPU处理中断的过程 (3) ISR和IRR存放当前8259A的状态 通过读取 ISR 和 IRR 的内容，可了解当前8259A工作情况,35,36,(1) 处理外设中断申请，决定是否向CPU发中断申请信号,37, 中断申请寄存器IRR 锁存外部的中断申请。 若 IR0IR7 引脚上有中断申请，则将 IRR 相应位置1,38,39,40,41,（2） 若发中断申请信号，且CPU响应， 则在CPU中断响应周期送出中断类型号,42,8088CPU中断响应周期时序,43, 将 ISR 中相应位置1， 表示 CPU 响应此级中断，执行此中断源的中断子程。,8259A在接收到第一个INTA中断响应信号后：,0 0 1 0 0 0 0 0,ISR 当前 中断 服务 寄存器,IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7,PR 优先级 裁决器,IRR 中断 申请 寄存器,1 0 0 0 0 0 0 1,ICW1 芯片控制,ICW2 中断类型号,ICW3 主从片关系,ICW4 方式控制,OCW1 中断屏蔽寄存器 IMR,OCW2 优先级、发EOI,OCW3 特殊屏蔽设置,IOR,IOW,总线,数 据 线,D0 D7,INTA,A0,片 选 译 码,A5 A9,CS,A0,RD,WR,INTA,INT,D0 D7,INTR, 把 IRR中对应的位清0，清除IRR中锁存的中断申请信号。,44, 通过数据线，将被响应申请的中断类型号送给CPU。 类型号由ICW2提供，在初始化8259A时已设定好。, CPU获得中断类型号后，进入CPU响应中断的过程, 执行中断子程，处理中断源申请的功能。,45,46,三、8259A的编程,1. 8259A的编程 2. 8259A的编程方法 (1) 设置中断屏蔽字 (2) 发中断结束命令EOI,47,48,49,50,51,新增允许 IR2 的中断申请 IN AL, 21H ;读入原IMR的内容 AND AL, 1111 1011B ;D2=0,允许IR2的中断申请 OUT 21H, AL ;写入IMR,禁止 IR4 的中断申请 IN AL, 21H ;读入原IMR的内容 OR AL, 0001 0000B ;D4=1,禁止IR4的中断申请 OUT 21H, AL ;写入IMR,例 已知 IBM PC/XT系统中 8259A的奇地址端口地址为21H,52,53,54,55,一、 初始化8259A时，设置8259A工作方式为自动清0方式， 则在CPU响应中断后，硬件自动将ISR的对应位清0。,清 ISR 内容的方法有两种：,二、 初始化8259A时，设置8259A工作方式为非自动清0方式， 需在中断子程中，通过软件方式清0。,方法是：通过往OCW2写入20H实现，即由偶地址端口写入：,56,编程在中断子程 IRET 返回前，发中断结束命令EOI,例 已知 IBM PC系统中, 8259A的偶地址端口地址为 20H; BIOS 初始化 8259A 时，设置 8259A 工作方式为非自动清 0 方式。,intsub PROC 、 、 、 MOV AL, 20H ;将中断结束命令字20H 送AL OUT 20H, AL ;写入OCW2中 IRET ;中断返回 intsub ENDP,57,58,59,60,61,62,63,64,65,五、 8259A在Pentium机上的应用,1. 连线 2. 可屏蔽中断类型分配,66,67,要点： 1. 中断系统由两片8259A ,一个中断路由器构成, 集成在芯片组中 2. 从8259A的中断申请与主8259A的IRQ2相连 ISA总线上有6个中断申请，其中IRQ2连至从8259A的IRQ9 系统软件上，将IRQ9的中断向量指向IRQ2的中断向量 3. 主8259A的端口地址为： 20H, 21H 8个对应的中断申请IRQ7IRQ0类型号为0Fh08h 从8259A的端口地址为： A0H, A1H 8个对应的中断申请IRQ15IRQ8类型号为77h70h 4. 中断路由器(Interrupt Router) : 动态分配PCI上的中断申请到8259A中未被占用的中断上。,68,2. Pentium机中的可屏蔽中断类型分配,中断申请引脚 IRQ0 IRQ1 IRQ2 IRQ3 IRQ4 IRQ5 IRQ6 IRQ7 IRQ8 IRQ9 IRQ10 I