7.2 中断技术.ppt

1 第 章输入输出接口与中断技术 本章主要内容I O的基本知识 接口的功能与作用 端口编址方式 I O指令 信息传送方式 端口地址分配与地址译码等 中断的基本概念 中断请求 判优 响应 处理 返回 8086PC中断系统 中断源 中断向量表 中断类型号 中断响应过程等 中断控制器8259A 内部结构 工作原理 工作方式及编程 2 第二节中断的基本概念 3 中断的基本概念 什么是中断 所谓中断就是当CPU正常运行程序时 由于随机的事件包括内部事件和外部事件 引起CPU暂时中止正在运行的程序 转去执行请求中断的中断源的中断服务程序 中断服务结束后再返回被中止的程序 这一过程被称为中断 中断源广义地说 能引起CPU产生程序中断的随机事件就是中断源 例如 外设故障 传输错误 定时器时间到等都可以是中断源 某外设需要传送数据向CPU发出中断请求 该外设即是中断源 对主机来说 系统掉电 硬件故障 软件错误 设置断点 单步操作等也是中断源 4 5 中断的概念和全过程 续 中断过程中断的全过程分为以下五步 中断请求 中断判优 中断响应 中断服务 处理 中断返回 中断请求中断源向CPU提出的中断申请 中断请求分为边沿请求和电平请求 中断判优CPU管理多个中断源时 在收到中断源发出的中断请求后 需判断是哪一个中断源提出的中断请求 以便对它进行服务给每个中断源指定一个优先权 称为中断优先权 CPU按照中断优先权的高低顺序 依次响应 1 软件判优 2 硬件判优 6 中断的概念和全过程 续 中断响应中断响应就是CPU 中断 现正在进行的处理任务 转向中断请求相对应的处理程序的过程 中断响应过程应解决如下问题 保护断点 保护现场 CPU关中断 转到中断请求所对应的处理程序 7 中断的概念和全过程 续 中断处理 服务 中断处理就是执行中断服务程序 完成中断源提出的处理要求 实际上是软件编程问题 处理中断源 完成其所要求功能的程序 称中断服务程序 8 中断的概念和全过程 续 中断返回中断返回就是CPU控制权由中服程序转移到被中断程序的过程 用IRET指令 IRET指令的功能 9 中断嵌套 当前正在被执行的中断服务程序可被优先级更高的中断请求中断优先级相同或更低的中断请求不能中断当前正在被执行的中断服务程序 10 1000 150H MOVAX 0ADDAX DXMOV DI AX PUSHAX 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 转去执行中断子程序 地址1000 150H为断点 断点概念 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 断点和中断现场 11 中断类型 硬件中断 软件中断 12 外部中断 早期中断概念的引入 是为解决CPU与外设间的速度匹配问题 提高CPU的工作效率 中断源主要是由外部硬件产生 称硬件中断或外中断 中断类型 续 可屏蔽中断 由INTR引脚引起的中断 当INTR上有高电平信号 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 非屏蔽中断 由NMI引脚引起的中断 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 13 内部中断 当今的中断技术 不再限于外部硬件产生中断 还可由CPU内部产生 如被零除操作 或者由程序预先安排 即由指令调用中断服务程序 称软件中断或内中断 中断类型 续 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 14 1000 150H MOVAH 01INT21HCMPAL 0Dh PUSHAX IRET 用指令调用中断程序 软件中断用指令调用中断程序 15 第三节PC机的中断系统 16 NMI INTR 中断逻辑 软件中断指令 溢出中断 除法错 单步中断 非屏蔽中断请求 中断控制器8259APIC 8086 8088CPU内部逻辑 断点中断 可屏蔽中断请求 n 4 3 0 1 2 8086 8088中断源类型 17 硬中断与软中断的比较 硬中断的特点由外部事件引起 具有随机性CPU需发中断响应信号 对INTR 对NMI不发可以被屏蔽 对INTR 对NMI不能屏蔽由中断控制器发中断类型号 对INTR 对NMI CPU自动产生 02号 软中断的特点通常 用中断指令触发 中断的发生时刻是可知的CPU不发中断响应信号中断类型号 n 由指令直接给出不可被屏蔽 18 非屏蔽中断NMI 当CPU收到非屏蔽中断NMI请求后 默认该请求的中断类型号为02H 早期的包括3个非屏蔽中断源协处理器出错 系统RAM奇偶校验错 I O通道校验错 在CPU的INT引脚输入 高 有效信号时 则产生硬件可屏蔽中断请求信号 是否屏蔽由FR寄存器的IF位决定 IF 0 屏蔽中断 执行CLI指令 IF 1 允许中断 执行STI指令 使用中断控制器管理多个硬件中断源 19 内部中断 软中断 除法错中断执行DIV或IDIV指令时 商超出机器表示的最大值 即产生0号中断溢出错中断当FR的OF 1时 执行INTO指令 即产生4号中断单步中断当FR的TF 1时 执行每条指令 即产生1号中断指令中断断点中断INTnH 20 软中断分类 在PC系列机中 INTn分为两类 ROM BIOS中断I O设备控制程序BIOS实用服务程序BIOS特殊中断BIOS专用参数中断DOS中断公开的DOS专用中断 供内核代码专用 未公开的DOS专用中断 供内核代码专用 DOS可调用中断系统功能调用中断DOS保留 21 当有多个中断源同时产生中断申请时 CPU先响应优先权最高的中断源 再响应优先级较低的中断源 高低内中断 除零 INT指令 断点 INTO指令 非屏蔽中断可屏蔽中断低内中断 单步 中断优先级 22 中断向量与中断向量表8086计算机系统共可处理256种不同的中断 每种中断对应0 255 0 0FFH 之间惟一的一个编号 称为中断类型号 每个中断都对应着一个与之对应的中断处理程序 中断处理程序的起始地址称为中断入口地址 中断向量 系统将各种中断处理程序的入口地址放在一起形成一个地址表 称为中断向量表 固定存放在内存的最低1K字节中 每一个中断服务程序的入口地址在表中占4个字节 其中前两个单元存放中断处理程序的偏移地址IP的值 后两个单元存放中断处理程序的段地址CS值 按中断类型号顺序存放 中断类型号与中断向量地址间的关系 中断向量的地址 中断类型号X4 存放中断向量的首地址 23 1KB 24 中断向量表 续 25 中断操作流程 26 中断操作流程说明 例如 某中断向量号为72H 图7 16示出了中断操作过程 如下所述 取中断向量号72H 计算中断向量地址72 4 1C8H 72 4 2 1CAH 取中断服务程序入口地址的偏移量送入IP IP 2050H 段地址送入CS CS A000H 转入中断服务程序A0000H 2050H 中断返回到INT72H指令的下一条指令 27 CPU在响应外部中断 并进入中断子程序的过程中 要依次做下面几件事 当中断处理程序结束时 CPU会按照相反的过程返回断点 继续执行原来的程序 8086 8088的中断响应要用两个总