微机原理与接口技术PPT1.ppt

第八章 中断系统,第一节 概述 第二节 中断处理过程 第三节 中断优先级和中断嵌套 第四节 可编程中断控制器8259A,第一节 概述,一、中断的基本概念 二、中断分类,一、中断基本概念,中断：指CPU正常运行程序，由于内外部事件引起 CPU暂时终止正在运行的程序，转去执行请求中断 的服务程序。服务完毕，返回原程序的过程,中断技术是微机中一项重要技术。它不仅在数据输入、输出中提高了CPU的效率，而且在多外设、实时控制、故障处理中也是一项必不可少的技术。,INTR1,i+1条指令,中断服务程序,i条指令,CPU,响应中断,外设中断源 申请中断,中断处理的过程：,中断源、中断响应、中断矢量表、中断优先级、 中断屏蔽、中断系统功能,1.中断源： 引起中断的原因或事件称为中断源,中断源的类型：一般输入输出设备 数据通道 实时时钟 软件中断,2.中断响应,中断源随机 提出中断请求 INTR1,3.中断矢量表： 存放各外设中断服务 入口地址内存区域,每个中断服务程序都有一个中断入口，在内存专门开辟一个区域存放中断服务入口。,4.中断优先级：,5.中断屏蔽,解决有多个中断源同时向CPU提出中断申请，CPU应该响应谁； CPU 正在中断服务，又有中断请求，CPU应该如何操作,系统通过软件设置，对每个中断源提出的中断请求分别给予屏蔽。被屏蔽中断源不向CPU提出中断请求。,6.中断系统功能：,中断处理： 实现中断响应，中断服务，中断返回，中断屏蔽 中断控制：实现中断优先级排队，实现中断嵌套,二、中断分类,1.外部中断 由外部引脚输入信号引起中断 非屏蔽中断：不受IF标志影响 可屏蔽中断：受IF标志影响,2.内部中断 由于CPU本身启动的中断或执行中断指令引起,1）可屏蔽中断 采用电平触发，高电平有效 受CPU内部中断请求标志IF影响 由中断管理芯片8259驱动 中断类型码获得是在接受到CPU中断响应信 号后，由8259A送出（扩展一片8259A，可 外接8个中断源）,1.外部中断,2）非屏蔽中断 非屏蔽中断用于处理掉电，存储器读、写错误等灾难性事件 不受CPU内部IF标志影响，优先级高于可屏蔽中断 边沿触发（上升沿触发 ） 中断类型码为2，不需要中断响应周期,2.内部中断,内部中断的特点： 中断类型码或由指令规定，或是预定 不执行INTA总线周期 除单步中断外，内部中断无法用软件禁止 除单步中断外，内部中断比外部中断具有更高优先级,第二节 可屏蔽中断处理过程,中断处理过程组成： 中断请求 中断响应 保护现场 中断服务 恢复现场 中断返回,一、CPU响应中断的条件,CPU可以通过I/O指令设置中断屏蔽触发器的状态，确定是否相CPU发出中断请求,IF1，CPU允许中断， 即中断开放 IF0，CPU不允许中断，即中断禁止,使IF1的条件：执行STI 指令 使IF0的条件： 执行CLI 指令； CPU RESET； CPU响应中断,二、CPU的中断响应过程,1.什么是中断识别：CPU响应中断后，设法寻找中断源，即找到是哪一个中断源发出的中断请求，这就是所谓的中断识别。,2.中断识别的目的：是将该中断源的中断服务程序的人口地址置入CS：IP寄存器，从而实现程序的转移,3.CPU识别中断或获取中断服务程序人口地址的方法有两种：向量中断和查询中断 查询中断:是采用软件或硬件(串行顺序链电路)查询技术来确定发出中断请求的中断源。 向量中断:是由中断向量来指示中断服务程序的入口地址。,三、中断源的识别,查询中断：通过软件查询中断源，确定中断服 务入口的转移,特点：成本低，查询次序即是优先级次序,向量中断：为每个外设设置一个中断矢量（中断 类型码），当CPU响应中断，外设把中断类型号送至CPU， CPU根据中断类型码确定中断服务入口的转移,中断向量表：存放每个设备的中断服务的入口地址内存区域,中断向量：中断服务程序的入口，它包括中断服务程序的段基址CS和偏移地址IP(共占4个字节地址)。,中断类型号 ：是系统分给每个中断源的代号,例：某中断的中断类型号为68H，其操作过程为：,（1） 计算存放中断服务程序入口地址的地址=68H*4=1A0H；,（2） 取中断入口地址的段内偏移量装入IP，IP=2050H ， 段码装入CS，CS=A000H；,（3 ） 转向中断服务程序,（4 ） 中断返回,4.中断向量的设置 指令设置 DOS功能调用,MOV AX，0 MOV ES，AX MOV DI，N*4 MOV AX，OFFSET INTRAD CLD STOSW MOV AX, SEG INTRAD STOSW STI INTRAD： PUSH AX STI,通过指令设置,用DOS功能设置 AH=25H 中断矢量设置 AH=35H取某类型中断服务入口,MOV AL，n ；取中断向量 MOV AH，35H INT 21H PUSH ES ；存原中断向量 PUSH BX PUSH DS MOV AX，SEG INTRAD MOV DS，AX MOV DX，OFFSET INTRAD MOV AL，n ；中断类型号 MOV AH，25 H ；设置中断向量 INT 21H POP DS POP DX ；恢复原中断向量 POP DS MOV AL，n MOV AH，25H INT 21H RET,中断类型号的获取 *对于除法出错、单步中断、不可屏蔽中断。断 点中断、溢出中断，CPU自动提供中断类型号 *对于自己定义的软件中断 INT N，类型号由N定 *对于外部可屏蔽中断INTR，由可编程中断控制 器8259获得中断类型号,第三节 中断优先级和中断嵌套,在实际系统中，会遇到这样问题： 两个或两个以上中断源同时提出中断申请 CPU在进行中断服务，又有中断申请,一、中断优先级,PC 机规定的中断优先级次序,1.软件查询中断优先级,可屏蔽中断的优先级设定方法,IN AL，20H TEST AL，80H JNZ PWA TEST AL，40H JNZ PWB DONE：,PWA： JMP DONE PWB： JMP DONE,查询法中断服务程序,负或逻辑,2.硬件查询优先方式菊花链法,中断申请：各外设申请“ 或逻辑”组合，与INTR连接。,INTR,INTA,中断回答,中断请求,菊花链逻辑电路,3.矢量中断优先级逻辑控制,中断请求寄存器：输入外设中断请求IR0IR7，编成3位码。,中断屏蔽寄存器：由用户设定在IR0IR7中屏蔽某些请求位。,中断服务寄存器：正在服务的外设，3位码。,优先级管理逻辑：判断申请优先级和申请者与服务者优先级。,二、中断嵌套,中断嵌套：当CPU执行优先级较低的中断服务 时，允许响应比它优先级更高中断源。,多重中断和单级中断的区别： 加入屏蔽本级或较低级中断请求环节 在中断服务之前要开中 在中断服务结束后，为使现场不受干扰，必须关中 现场恢复，重新开放中断,第四节 可编程中断控制器8259A,一、 8259A功能 1、8级优先权控制，通过级连可扩展到64级优先权扩展 2、每一级可以屏蔽或允许 3、在CPU响应周期，可提供相应的中断类型码。中断类型码由8259编程设定 4、通过编程可设定多种工作方式,二、内部结构,1.数据总线缓冲器,与CPU的DB连接，传送控制字、状态字和中断类型码等。,2.中断请求寄存器IRR,存放中断请求信号。中断请求，相应位置1；请求被响应，相应位置0。,3.在服务寄存器 ISR,存放正在服务的中断请求信号。当中断请求被响应，相应位置1；中断服务结束相应位置0。,优先权IR0最高，IR7最低。,4.中断屏蔽寄存器 IMR,它是一个8位寄存器,每一位对应一个I/O设备，当某一位被置为1时,对应的I/O设备发来的中断请求信号就被屏蔽掉 (视为无效)；当某一位置为0时,对应I/O设备发来的中断请求信号有效(允许引起中断)。,5.优先权电路PR,由IRR保持的各中断请求(已屏蔽的除外)和ISR的情况，确定最高优先权，并在CPU的中断响应周期将其送ISR。,8.读写逻辑,7.级连缓冲比较 SP / EN为主控/从控选择。通过CAS0CAS2级连总线通信。主控的INTR与CPU的INTR连接；从控的INTR作为主控的IR0IR7输入。,三、与CPU连接和工作过程,1.与CPU 连接,2.工作过程,当IR0IR7中一条或多条中断申请线为高电平时，使中断 请求寄存器IRR相应位置1。,若该中断源未被屏蔽，而且其优先级高于ISR的级别，则 INT为1，向CPU的INTR申请中断。,若CPU的IF1，则在当前指令执行结束后响应该中断申 请；进入二个中断响应总线周期。,在第一中断响应周期，8259A收到INTA0后，IRR中最高 级别的位使ISR的相应位置1，IRR的相应位复位。,在第二中断响应周期，8259收到INTA0后，向CPU提供8 位中断类型码。,CPU继续进行后续的中断响应过程。,四、8259A的工作方式,1.引入中断请求(中断触发)的方式,边沿触发方式: 以正跳沿向8259A请求中断 。 电平触发方式: 以高电平申请中断，但在响应中断后必须及时清除高电平，以免引起第二次误中断。 中断查询方式: 外设通过8259A申请中断，但8259A却不使用INT信号向CPU申请中断，CPU用软件查询确定中断源，并为其服务 。,2.连接系统总线的方式,在多片级联的大系统中，要求数据总线有总线缓冲器。8259A与这种带总线缓冲器的系统总线连接的方式称缓冲器方式。 若在小系统中，则8259A不需要总线缓冲器而是将其直接接至数据总线。8259A与这种不需总线缓冲器而直接连到系统总线的方式称非缓冲器方式。,3.屏蔽中断源的方式,普通屏蔽方式: 利用操作命令字OCWl，使屏蔽寄存器IMR中的一位或几位置1来屏蔽一个或几个中断源的中断请求。若要开放某二个中断源的中断请求，则将IMR中相应的位置0。 特殊屏蔽方式: 在某些场合，在执行某一个中断服务程序时，要求允许另一个优先级比它低的中断请求被响应，此时可采用特殊屏蔽方式。它可通过OCW3的D6D5：11来设定。,4.优先级排队的方式,全嵌套方式: 在此种方式下中断优先级按07顺序进行排 队，并且只允许中断级别高的中断源去中断中断级别低的中断 服务程序，而不能相反。这是8259A最常用的方式。 特殊全嵌套方式: 它和全嵌套方式 的不同之处在于，当执行 某一级中断服务程序时，可响应同级的中断请求，从而实现对 同级中断请求的特殊嵌套。用于多片级联。 优先级自动循环方式：在这种方式下，优先级顺序不是固定 不变的，一个设备受到中断服务后，其优先级自动降为最低。 优先级特殊循环方式：是由程序指定IR0-IR7中任意一个为最低优先级，然后再按顺序自动轮换，决定优先级。,5.结束中断的处理方式,自动中断结束方式: 这种方式用在多个中断不会嵌套的系统中。 非自动中断结束方式: 在中断返回之前，必须发中断结束命令才能将ISR中的当前服务位清除。有两种形式：a、不指定中断结束命令；b、指定中断结束命令。,五、 8259A的编程方法,1.如何对8259进行初始化？,8259的命令字分为初始化命令字和操作方式命令字两种 (1)4个初始化命令字ICW1、ICW2、ICW3和ICW4 (2)3个操作方式命令字OCW1、OCW2和OCW3,对8259的初始化是通过CPU对8259A送控制命令字实现的。对于只占两个I/O地址的8259A,CPU对8259A各寄存器的读写是I/O地址和数据配合完成的,注意：初始化命令字只发一次， 操作命令字可以重置，以动 态改变8259A的操作与控制方式,2.PC机对主片8259A各寄存器的选定：(PC机上的8259A的I/O地址为20H和21H）,（2）对于操作方式命令字的选定: OCW1:0021H A0=1 OCW2:0020H A0=0,D3D4=0 0 OCW3:0020H A0=0,D3D4=1 0,（1）对于4个初始化命令字的选定: ICW1:0020H A0=0,D4=1 ICW2:0021H A0=1 ICW3:0021H A0=1,ICW1中SNGL(D1)位=0 ICW4:0021H A0=1,ICW1中IC4(D0)位=1,3.初始化命令字,初始化命令字ICW1写入后，8259A内部完成初始化过程： A、使8259A对中断请求信号边沿检测电路复位，以使它在中断请求信号由低变高时，才能产生中断。 B、清除中断屏蔽寄存器，设置中断优先级排队。,ICW1,ICW2,ICW3,8259A在级联工作方式（SNGL=0）时，要写入ICW3，它规定本8259为主片，还是从片。,主片 MOV AL，88H OUT 21H，AL,从片1 MOV AL，03H 地址A1H OUT 0A1H，AL 从片2 MOV AL，07H 地址F1H OUT 0F1H，AL,ICW4,全嵌套方式：高级中断可打断正在处理的中断，优先处理更高级的中断。,特殊全嵌套方式：对于级联方式，主8259A把从同一从8259A来的不同级别的中断请求认为是同级的。在8259A级联时，若主片处于特殊全嵌套方式就允许对相同级别的中断请求开放。,4. 操作命令字,8259A有3个操作命令字，由CPU写入8259A，写入顺序不限。,OCW1,中断屏蔽字：1=屏蔽中断； 0 = 允许中断,OCW2,OCW2-控制8259A的优先级循环方式和中断结束的命令字,作用：A、非自动中断结束方式的操作 。 不指定的EOI方式：当8259A接收到一个不指定的EOI命令 时，它直接将最高优先级(在被置位的ISR中最高)的ISR位复 位 。（适用于全嵌套方式）,MO