天津大学 微机原理 课件 第七章

第七章微计算机的中断系统,7.28086/8088中断结构,一.中断定义,在CPU正常运行程序时，由于内部事件、外部事件或由程序预先安排的事件所引起的CPU暂时停止正在运行的程序，而转去执行请求CPU服务的内部/外部事件或预先安排事件的服务程序，待服务程序处理完毕后又返回去继续执行被暂停的程序。,二.8086/8088的中断类型,内部中断软中断指令：INTn，INTO（溢出，相当于INT4）（不受IF控制）一定条件下CPU本身引起的，如除法错、单步（INT，相当于INT3）（不受IF控制）外部中断非屏蔽中断NMI（不受IF控制）可屏蔽中断INTR（受IF控制）,1.内部中断,内部中断是由于8088内部执行程序出现异常引起的程序中断利用内部中断，微处理器为用户提供了发现、调试并解决程序执行时异常情况的有效途径例如，ROM-BIOS和DOS系统利用内部中断为程序员提供了各种功能调用,内部中断的中断向量号已定,除法错中断,在执行除法指令时，若除数为0或商超过了寄存器所能表达的范围，则产生一个向量号为0的内部中断，称为除法错中断,(2)单步中断,若单步中断TF为1，则在每条指令执行结束后产生一个向量号为1的内部中断，称为单步中断,(3)指令中断,在执行中断调用指令INTn时产生的一个向量号为n（0255）的内部中断，称为指令中断其中向量号为3的指令中断比较特别（生成一个字节的指令代码：11001100），常用于程序调试，被称为断点中断,(4)溢出中断,在执行溢出中断指令INTO时，若溢出标志OF为1，则产生一个向量号为4的内部中断，被称为溢出中断,2.外部中断,外部中断是由于8088外部提出中断请求引起的程序中断利用外部中断，微机系统可以实时响应外部设备的数据传送请求，能够及时处理外部意外或紧急事件,非屏蔽中断,通过非屏蔽中断请求信号向微处理器提出的中断请求，微处理器无法禁止，将在当前指令执行结束予以响应，这个中断被称为非屏蔽中断8088的非屏蔽中断的向量号为2，非屏蔽中断请求信号为NMI非屏蔽中断主要用于处理系统的意外或故障。例如：电源调电前的数据保护存储器读写错误的处理,可屏蔽中断,外部通过可屏蔽中断请求信号向微处理器提出的中断，微处理器在允许可屏蔽中断的条件下，在当前指令执行结束予以响应，同时输出可屏蔽中断响应信号，这个中断就是可屏蔽中断8088的可屏蔽中断请求和响应信号分别是INTR和INTA；由IF标志控制可屏蔽中断是否允许响应；向量号来自外部中断控制器8088通常需要配合中断控制器8259A共同处理可屏蔽中断可屏蔽中断主要用于主机与外设交换数据,中断标志IF的状态,IF0：可屏蔽中断不会被响应关中断、禁止中断、中断屏蔽系统复位，使IF0任何一个中断被响应，使IF0执行指令CLI，使IF0IF1：可屏蔽中断会被响应开中断、允许中断、中断开放执行指令STI，使IF1,中断优先级别,软件中断除法错中断指令中断INTn溢出中断INTO非屏蔽中断NMI可屏蔽中断INTR单步中断INT,1内部中断响应过程,特点：中断由CPU内部引起，中断类型号的获得与外部无关，CPU不需要执行中断响应周期去获得中断类型号。除单步中断处，内部中断无法用软件禁止，不受中断允许标志IF的影响。内部中断何时发生是可以预测的，这有点类似于子程序调用。,三.中断响应过程,2外部中断响应过程,（1）非屏蔽中断响应NMI（中断类型号为2）高电平有效，边沿触发NMI中断不受IF标志的影响，也不用外部接口给出中断类型号，CPU响应NMI中断时也没有中断响应周期（2）可屏蔽中断响应INTR（自行安排中断类型号）高电平有效，电平触发当INTR信号有效时，如果中断允许标志IF1，则CPU就在当前指令执行完毕后，产生两个连续的中断响应总线周期。,CLK,ALE,LOCK,INTA,D7D0,T1T2T3T4T1T2T3T4,第一个总线周期,INTA,第二个总线周期,INTA,中断,类型号,对INTR的中断响应时序,CPU读入中断类型号,四.中断向量表,中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址）中断向量表（中断服务程序入口地址表）：把系统中所有的中断向量集中起来放到存储器的某一区域内。中断向量表的每一个向量的序号就是中断类型号，共256个中断类型。每个中断向量的低字是偏移地址、高字是段地址，需占用4个字节,中断向量地址：中断向量在表中的位置。中断向量位于0000H003FFH（8086系统），地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位）8088微处理器从物理地址000H开始，依次安排各个中断向量，向量号也从0开始256个中断占用1KB区域，就形成中断向量表,向量号为N的中断向量的物理地址N4,中断向量查表的装填（设置）,三种方法（1）伪指令法（2）程序传送法（3）DOS功能调用,7.3中断优先权的管理,（1）软件查询法借助简单接口电路实现中断优先权的管理（2）专用芯片法采用专门的可编程中断优先级管理芯片来完成中断优先级的管理,7.5可编程中断控制器8259,一8259A的功能和引脚功能：处理可屏蔽中断的专用芯片，1片8259可处理8级中断，级联可处理64路中断两种连接方式：单片（处理8级中断）级联（处理64路中断）可编程：通过软件设定器件的工作状态和操作方式。（初始化）,记录中断源记录正在处理的中断处理优先权问题执行屏蔽功能,8259A引脚信号,二8259A的结构,中断请求寄存器IRR保存8条外界中断请求信号IR0IR7的请求状态Di位为1表示IRi引脚有中断请求；为0表示无请求中断服务寄存器ISR保存正在被8259A服务着的中断状态Di位为1表示IRi中断正在服务中；为0表示没有被服务中断屏蔽寄存器IMR保存对中断请求信号IR的屏蔽状态Di位为1表示IRi中断被屏蔽（禁止）；为0表示允许,优先级分析器PR管理和识别中断源的优先级别（1）定义和修改IR0-IR7的优先级别（通常IR0为高，IR7为最低）（2）同时出现几个中断请求时，根据优先级别决定处理哪一个（3）处理中断嵌套,三.8259A的工作过程,1.系统加电，对8259初始化（执行一段程序，向8259写命令字，规定8259的工作状态），8259工作就绪。2.中断源通过IR0IR7向8259A发中断请求，使得8259A的中断请求寄存器IRR的相应位置1。3.IRR中经中断屏蔽寄存器IMR允许后的置位位进入优先权判别器PR，PR将其中最高优先权的中断请求从INT输出，送至CPU的INTR端。4.若CPU处于开中断状态，则在当前指令执行结束后，启动中断响应总线操作，发出两个负脉冲作为响应信号。,58259A接收到第一个负脉冲，完成如下工作：（1）使ISR相应位置1，表示CPU已为该中断请求服务。（2）使IRR的相应位清0。68259A接收到第二个负脉冲，将中断类型号送上数据总线。中断类型号由用户编程和中断请求引脚IRi的序号i共同决定（CPU读取中断类型号，经响应过程后，进入中断服务程序，直到服务结束返回）。,四8259A的工作方式,中断优先权管理问题：（1）完全嵌套方式（默认方式）（IR0高-IR7低）（2）自动循环方式（等优先权方式）一中断被CPU响应被服务后，其优先权自动降为最低（3）特殊循环方式（特殊优先权）由用户自行设定优先权（指定最低）,五8259的使用写字,初始化编程8259A开始工作前，必须进行初始化编程给8259A写入初始化命令字ICW中断操作编程在8259A工作期间可以写入操作命令字OCW将选定的操作传送给8259A，使之按新的要求工作,运用于,8080/8085CPU8086/8088CPU,初始化命令字ICW,初始化命令字ICW最多有4个8259A在开始工作前必须写入必须按照ICW1ICW4顺序写入ICW1和ICW2是必须送的ICW3和ICW4由工作方式决定,流程,ICW1（必用）,表示可以任意为1为0都可以（建议为0）,1只能为1，作为标志,中断触发方式：LTIM1，电平触发方式LTIM0，边沿触发方式,规定单片或级连方式：SNGL1，单片方式SNGL0，级连方式,是否写入ICW4IC41，要写入ICW4IC40，不写入ICW4，即ICW4规定的位全为0,ICW2（必用）,设置中断向量号T7T3为中断向量号的高5位低3位由8259A自动确定：IR0为000、IR1为001、IR7为111,ICW3,级连命令字主片8259A：Si1对应IRi接有从片；否则IRi没有连接从片从片8259A：ID0ID2编码说明从片INT引脚接到主片哪个IR引脚,中断级连,一个系统中，8259A可以级连，有一个主8259A，若干个（最多8个）从8259A级连时，主8259A的三条级连线CAS0CAS2作为输出线，连至每个从8259A的CAS0CAS2每个从8259A的中断请求信号INT，连至主8259A的一个中断请求输入端IR主8259A的INT线连至CPU的中断请求输入端,动画,示例,ICW4,嵌套方式：特殊全嵌套方式（SFNM1）普通全嵌套方式（SFNM0）,数据线的缓冲方式：缓冲方式（BUF1）非