机电-第7章中断系统和中断控制器8259A

第7章中断系统和中断控制器8259A,1.中断原理2.8086CPU中断系统3.可编程中断控制器8259A4.PC/XT机的中断结构,第一节中断和中断系统,1.什么是中断,中断：是指CPU在正常运行程序时，由于内部/外部事件或由程序预先安排的事件，引起CPU中断正在运行的程序，转去为该事件服务。服务完毕，再返回去继续运行被暂时中断的程序的过程。,2.中断源与中断识别,指令中断：INT10H、INT21H等,2）中断识别：确定中断源，实现程序转移,向量中断：中断向量、中断号,外设中断：键盘、打印机、显示器等,硬件故障中断：奇偶错、电源故障等,程序性中断：除法溢出、非法操作码等,查询中断：软、硬件查询确定中断源,（1）软件查询方式软件查询优先方式是最简单的中断优先处理方式。图6.5显示了采用软件查询方式的接口电路。,图4软件查询方式流程图,3.中断优先权,查询程序有屏蔽法和位移法两种安排方式。1）屏蔽法MOVDX，380HINAL，DX；输入中断请求触发器的状态TESTAL，80H；检查最高位（外设A）是否有请求JNZAIS；有，则转至外设A服务程序TESTAL，40H；否，检查外设B是否有请求JNZBI5；有，转至外设B服务程序TESTAL，20H；否，检查外设C是否有请求JNZCIS；有，转至外设C服务程序2）位移法MOVDX，380HINAL，DXRCLAL，1JCAISRCLAL，1JCBIS采用查询中断，对应的中断输入线有一个固定的中断入口地址，进入中断服务程序后首先就是查询中断源。查询的次序，即是优先权的次序，显然，最先被查询的，优先权的级别最高。,（2）硬件优先权排队电路,简单硬件方式中断优先权编码链法或链式优先权排队电路。,中断优先权编码电路主要由硬件编码器和比较器组成。由编码器送出优先权最高的编码，由此编码获得相应的中断服务程序入口地址。由比较器判别只有比当前优先权高的中断请求才能送到CPU引脚。,链式优先权排队电路由硬件逻辑电路代替查询程序。各中断源通过一个特定的信号串行连接成链。排在最前面的中断源为优先权最高的，排在最后面的为优先权最低。,不允许中断现行的中断服务程序,4.中断的多级嵌套,专用硬件方式可编程的中断控制器。采用可编程中断控制器，是当前微型计算机系统中解决中断优先权管理的常用办法。,如8259A，它具有8个优先权控制，级联后可扩展至64级优先权控制，且每级中断都可设置为允许或屏蔽。,中断过程,对于不同的微机系统，CPU中断处理的具体过程不尽相同，但是一个完整的中断过程应包括五个基本过程：,7.1.4,图5中断服务程序框图与程序示例,7.28086CPU中断系统,8086的中断类型,图7-48086的中断结构,中断优先级别,表1中断优先级顺序,1.NMICPU采样NMI引脚的中断请求时，自动提供中断类型号2，然后根据中断类型号，查找中断向量表指针，其后的处理与内部中断一样。NMI上的请求信号有效宽度要大于2个时钟周期.,8086/8088CPU为外部设备提供了两条硬件中断信号线，即NMI和INTR中断请求信号。,2.INTRIF=1时,INTR引脚上由中断请求信号,CPU响应,从而进入中断响应周期。STI,开中断,CLI,关中断.,8086/8088中的各种中断的响应和处理过程是不相同的。主要区别在于如何获取相应的中断类型码。,3.内部中断,错误：除数为0或除法商超过寄存器表达范围。,单步中断：TF1，自动产生单步中断。一般用在调试程序中。,断点中断：与单步中断类似。用在调试程序中。,溢出中断：OF为1时，执行INTO进入。,溢出中断：OF为1时，执行INTO进入。,8086系统内存地址的一些专用区域,00000003FFH1KB空间用于存放中断向量表，可存放256个中断服务程序的入口地址，每个地址占4字节。B0000B0FFFH4KB为单色显示器显示缓冲区，存放屏幕当前显示字符的ASCII码。B8000BBFFFH16KB为彩色显示器显示缓冲区，存放屏幕当前像素代码。FFFF0H启动地址。一般用来存放一条无条件转移指令，转到系统初始化程序。,7.2.2中断矢量(向量）表,中断服务程序的入口地址,用两个字表示.低字为入口的偏移地址,高字为入口的断基址.,表1中断向量表,已知中断向量表如下：_0004CH59H_0004DHECH_0004EH00H_0004FHF0H_A.中断类型号是多少？B.中断服务程序的入口地址是多少？,-4c/4=13h13h-f000:ec59,例:,思考:,某中断源的中断类型码为2AH，该中断源的中断服务入口地址为2000H：FF23H，试画出中断向量表图,7.3可编程中断控制器8259A,Intel8259A是一种可编程的中断控制器（PIC），有如下功能：可为CPU管理和处理8个中断源电路的中断，并对它们进行优先级管理。可与其它8个8259A芯片组成主从式中断系统，实现64级中断源控制。优先级方式在执行程序时可动态改变，有多种中断管理方式。每一中断源中断都可以屏蔽或允许，可通过编程选择。能自动送出中断类型号，使CPU方便的找到中断服务程序的入口地址。允许中断嵌套。,一、8259A的组成和接口信号8259A是28条引线双列直插式封装的芯片，其内部组成如图7.6所示，各引线的功能如下。,图7.68259内部框图,（1）中断请求寄存器（IRR）和中断服务寄存器（ISR）。在中断输入线IR7IR0上的中断请求，由两个相级联的寄存器中断请求寄存器和中断服务寄存器来管理。IRR用来寄存正在请求服务的所有中断，而ISR则用来寄存正在服务中的中断。（2）优先权电路。这个逻辑部件确定中断请求寄存器中的各个中断请求位的优先权。选择出优先权最高的中断。并由脉冲将它存入中断服务寄存器的对应位中。IR7IR0的优先级，通常按IR0IRlIR7的顺序，通过程序也可以改为循环方式。（3）中断屏蔽寄存器（IMR）。IMR的每一位对IRR中相应的中断请求位的中断进行屏蔽，被屏蔽了的位对应的中断请求就不能送入优先权判定电路。（4）INT中断。这个输出端直接送到CPU的中断请求输入端，向CPU请求中断。（5）中断响应。系统送来的中断响应信号将使8259A向数据总线上送出中断向量（类型码）。,（6）数据总线缓冲器。数据总线缓冲器是三态、双向、8位的缓冲器，用来连接8259A和系统数据总线。控制字和状态信息都通过数据总线缓冲器进行传输。（7）读/写控制逻辑。这个部件的功能是接收来自CPU的输出命令。它包含初始化命令字寄存器和操作命令字寄存器。这两组寄存器用来寄存操作的各种控制字，这种功能也允许把8259A的状态传送到数据总线上。A0这根输入信号线配合、信号用来向各个命令寄存器写入命令，也用来读取该片中各个状态寄存器。可将该线直接连到一根地址线上。是片选信号线，该信号有效则选中8259A。（8）级联缓冲/比较器。这个功能块寄存并比较在系统中所使用的全部8259A的级联地址。在8259A作为主片使用时，CAS2CAS0作为输出端使用，输出级联地址。而当8259A作为从片使用时，CAS2CAS0作为输入端使用，输入级联地址。这三条线与从控制器程序控制/允许相配合，实现8259A的级联。,二、8259A的引脚功能8259A为28引脚的双列直插式芯片，其引脚信号如图7.7所示。除电源、地线外，其余引脚信号如下：,图7.78259A芯片引脚信号,（1）中断请求输入线IR7IR0接收来自外设或8259A从片的中断请求信号，可设置为上升沿触发或高电平触发。（2）双向三态数据线D7D0可与系统数据总线直接相连，也可通过总线缓冲器与系统数据总线相连。前者称为非缓冲方式下工作，后者称为缓冲方式下工作（3）中断请求线INT输出信号，与CPU的可屏蔽中断输入输出端INT相连，向CPU送中断请求信号。（4）中断响应线接收CPU在终端响应周期发来的中断响应信号，8259A接到此信号后，送上中断类型码。中断类型码由编程设定。（5）片选信号由CPU得高位地址控制，当=0时，8259A被选中，允许CPU对8259A进行读或写操作。=1表示未选中该片。（6）地址线A0用以选择8259A内部不同寄存器。在8086系统中，8259A的D7D0与系统数据线低8位相连，而CPU与偶地址传递低8位数据信息，所以A0应与8086CPU的A1相连。在8088系统中，A0与CPU得A0相连。,（7）读信号低电平有效，当=0，允许8259A将IRR、ISR、IMR的内容送上数据线，供CPU读取。（8）写信号低电平有效，当=0，允许CPU将命令写入8259A。（9）级连线CAS2CAS0在主从式中断管理系统中，全部8259A的CAS2CAS0与对应端相连，作为主片的8259A，其CAS2CAS0为输出线，在CPU相应中断时，用来输出级联设备编号，选中对应的从片；作为从片的8259A，其CAS2CAS0为输出线，接收来自主片的设备编码。（10）从片编程/缓冲使与CAS2CAS0实现8259A级联。在非缓冲方式下工作时，作输入线，用于选择主从片，在缓冲方事先工作时，作输出线，用于控制缓冲器的接收和发送。,三、8259A中断响应过程,若允许嵌套，PR依据ISR的状态，判断新的中断请求优先权是否高于正在服务的中断，是则送出INT1。服务结束，8259A清除ISR响应位。,8259A每次处理中断包括下述过程：（1）在中断请求输入端IR7IR0上接受中断请求。（2）中断请求锁存在IRR中，并与IMR相“与”，送给优先权判定电路。（3）优先级判定电路检出优先级最高的中断请求位，并置位该位的ISR。（4）控制逻辑接受中断请求，输出INT信号。（5）CPU接受INT信号，进入连续两个中断响应用期。单片使用或是由CAS2CAS0选择的从片8259A，就在第2个INTA周期，将中断类型向量从D7D0线输出；如果是作主片使用的8259A，则在第1个INTA周期，把级联地址从CAS2CAS0送出。（6）CPU读取中断向量，转移到相应的中断处理程序。（7）中断的结束是通过向8259A送一条EOI（中断结束）命令，使ISR复位来实现的。在中断服务过程中，在EOI命令使ISR复位之前，不再接受由ISR置位的中断请求。,四、8259A的命令字8259A工作之前需要用两类控制字对它进行工作方式的设定和启动它进行规定的操作。第一类是初始化命令字ICW1ICW4，它通常是计算机系统启动时由初始化程序设置的，一旦设定一般在系统各种过程不在改变。第二类是操作命令字OCW1OCW3，它是由应用程序设定，用来对中断处理过程进行动态控制。8259A有两个端口地址：对应A0为0的称为偶地址，对应A0为1的称为奇地址。在8086系统中，因8259A的A0接至地址总线的A1，所以8259A的端口地址为相邻的两个偶地址或奇地址，为了便于讨论，称较低的地址为偶地址，称高的地址为奇地址。,在8086/8088系统中规定，ICW1写入偶地址端口,ICW2、ICW3和ICW4都写入奇地址端口。ICW1ICW1的格式如图7.10所示，其中各位的作用如下：,图7-8ICW1格式,ICW2ICW2用于设置中断类型码，其格式如图7.11所示：,图7-9ICW2格式,ICW3ICW3是在级联方式下设置的初始化命令字。当ICW1的D1位为0时，8259A在级联方式下工作，必须设置ICW3。ICW3的格式如图7.12所示。,a),b)图7-10ICW3格式a)主片b)从片,ICW4当ICW1的D0位为1，需要设置ICW4。ICW4的格式如图7.13所示。,图7-11ICW4格式,系统初始化时对8259的初始化流程图如图7.14所示。初始化规定：系统中的每一片8259A都须按此流程图进行初始化工作。写入4个初始化命令字的顺序固定不变。ICW1写入偶地址端口（A0=0），ICW2、ICW3和ICW4写入奇地址端口（A0=1），按照规定顺序区分ICW2ICW4。ICW1中指明是否需要设置ICW3、ICW4。级联方式下，主从片都需设置ICW3。,图7-148259A初始化流程图,8259初始化举例：例：从片连在主片的IR2上;主从级联信号互连端口地址,主片:20H、21H;从片:0A0H、0A1H边沿触发;完全嵌套;固定优先级;非缓冲;中断类型号,主片:08H0FH;从片:70H77H,初始化编程(主)初始化编程(从),MOVAL,11H(ICW1)OUT20H,ALMOVAL,08H(ICW2)OUT21H,ALMOVAL,04H(ICW3)OUT21H,ALMOVAL,05H(ICW4)OUT21H,AL,MOVAL,11H(ICW1)OUT0A0H,ALMOVAL,70H(ICW2)OUT0A1H,ALMOVAL,02H(ICW3)OUT0A1H,ALMOVAL,01H(ICW4)OUT0A1H,AL,图7.15OCW命令的格式,7.4IBMPC/XT的中断结构,IBMPC/XT中断系统的功能极强，其结构简单而且灵活。它可以处理256种不同类型的中断，其中每一种中断都规定了一个唯一的中断类型编码，即中断向量。CPU根据中断类型编码来识别中断源。I