微机原理微型计算机中断系统

1、1第九章 第九章 微型计算机中断系统9-1 概述9-2 可屏蔽中断处理过程9-3 中断优先级和中断嵌套9-4 可编程中断控制器8259A教材第七章内容2第九章9-1 概述 一、中断概念1、中断思想的提出uCPU与外设数据传送时的矛盾：高速CPU与慢速外设;u数据传送方式：无条件方式、查询方式 缺点： 外设有限制或处理器运行时间极大浪费，工作效率低。 解决办法： 一方面设法提高外设的工作速度； 另一方面提出设想: 外设主动提出请求，CPU响应处理中断思想3第九章2、使用中断的好处u提高效率 CPU在启动外设后与外设同时工作。当外设的数据准备好向CPU发中断请求，CPU响应处理。CPU可让多个外设

2、同时工作，这将加快数据传送速度、提高CPU的效率。u实现实时处理 实时控制时，现场各种信息可随时发出中断请求u故障自行处理 将计算机在运行的过程中常遇到的意外情况，如：电源突跳，存储器出错，运算溢出等设计成中断，计算机可利用中断系统自行处理或告警。4第九章3、中断的定义uCPU正常运行程序时，由于CPU的内部事件或外设请求，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行相应的外设（或内部事件）的服务程序，程序执行完后又返回到原先的程序继续执行，这一过程称为中断。u中断流程如下页图所示5第九章6第九章4、与中断相关的基本概念u中断源u中断类型号u中断请求u中断响应u中断服务程序u中断返回u中断向量u

3、中断向量表u中断优先级u中断嵌套u中断屏蔽7第九章5、中断系统的基本功能（1）中断响应，中断服务，中断返回，中断屏蔽；（2）中断优先级排队；（3）中断嵌套。注意：u 这些功能是由软件与硬件共同构成的系统完成的。u 本章讨论与8086/8088CPU相配合的中断系统8第九章 二、中断的分类（中断源的分类）u8086/8088可以处理256种不同的中断。u两类：内部中断和外部中断。u中断源示意图如下图：8259A可屏蔽可屏蔽中断请求中断请求中断逻辑中断逻辑INTO指令指令INT n指令指令除法除法出错出错单步单步(TF=1)非屏蔽中断请求非屏蔽中断请求8086/8088CPUNMIINTR内部中断

4、内部中断外部中断外部中断可屏蔽中断可屏蔽中断非屏蔽中断非屏蔽中断9第九章1、外部中断（硬件中断）u不可屏蔽中断NMI 不能用软件屏蔽，CPU必须响应； 上升沿触发； 中断的类型号为2。u可屏蔽中断INTR IF=1，CPU响应中断；IF=0，CPU不响应； 高电平触发，高电平维持到CPU响应中断时结束； 中断类型号由中断控制器8259A或硬件电路提供。10第九章2、内部中断（软件中断） 由三种情况引起：u由软中断指令INT n引起 INT n指令，类型号n(0-255)。u由CPU运算错误引起 除法出错中断：类型号0 溢出中断：类型号4，由INTO指令引起的中断；11第九章2、内部中断（软件中

5、断）（续）u由调试程序debug设置的中断单步中断： 类型号1，TF=1时产生（当前指令需执行完）； Debug状态下的T命令执行时产生；断点中断： 类型号3，INT 3指令引起的中断，属于软件中断 Debug状态下由G命令设置，相当于是在程序的某个位置设置了一条INT 3 。12第九章u引脚 INTR、INTA#、NMIu指令 INT n、INTO、IRET三、与中断有关的引脚和指令13第九章 不同类型的中断处理过程略有不同，本节所介绍的内容主要针对可屏蔽中断的处理过程。 可屏蔽中断处理过程步骤：u中断请求u中断响应u保护现场u转入执行中断服务子程序u恢复现场u中断返回9-2 可屏蔽中断处理

6、过程14第九章1、CPU响应可屏蔽中断的条件（1）外设提出中断申请；（2）本中断未被中断控制器屏蔽；（3）本中断优先级最高；（4）CPU允许中断；一、CPU响应可屏蔽中断过程15第九章2、CPU响应可屏蔽中断的过程uCPU在每条指令的最后一个T周期，检测INTR，若为高电平，且IF=1，则CPU响应中断。u响应过程中自动依次完成以下工作：CPU向外设发两个/INTA ，外设收到第2个/INTA 后，立即往数据线上给CPU送中断类型号。CPU从数据线上读取中断类型号；将PSW入栈； 保护现行程序运行结果产生的状态和控制标志。CPU响应中断的过程16第九章关中断（清IF和TF） 为了防止在进入中断

7、处理，但并未执行中断程序这段时间内又响应新的中断。保护断点 将当前指令的下一条指令的CS和IP压入堆栈，使中断处理完成后能正确的回到原程序继续执行。转入相应的中断服务子程序；中断返回 从堆栈中弹出断点的地址和PSW的内容，返回主程序的断点处，继续执行主程序。CPU响应中断的过程17第九章u确定中断源的方法：查询中断和矢量中断。查询中断：一种软件查询法，中断响应后，启动中断查询程序，依次查询哪个外设申请了中断，检测以后，转到此设备预先设置的中断服务程序处执行。这种中断处理过程称为查询中断。 特点：速度慢，且后检测的设备服务机会少。矢量中断：中断响应后，外设中断接口电路将中断类型号送给CPU，CP

8、U根据中断类型号找到对应的中断服务程序的入口地址送入CS或IP,然后转入相应的中断服务程序处执行。这种中断处理过程称为矢量中断，也叫向量中断。 特点：速度快。二、中断向量表18第九章u中断类型号n与中断向量的地址关系：n4中断向量地址u（4n 和4n+1）IP （4n+2和4n+3）CS1、中断向量表（又称：中断服务程序的入口地址表）19第九章【例】某中断的类型号为68H，中断的操作过程如下： 步骤分析：取中断类型号68H；计算中断向量地址68H*4=1A0H；取中断入口地址的偏移地址送入IP，段地址送入CS；转向中断服务程序；中断返回到INT 68H指令的下一条指令。20第九章类型类型69H

9、中断向量中断向量A0002050类型类型67H中断向量中断向量中断处理程序中断处理程序STIPUSH DS.IRET2050INT 68HMOV AX,00:19C0:1A00:1A20:1A4A000IPCSA000:2050向量地址向量地址=68H4=1A0H中断操作过程图示21第九章2、中断向量(中断入口地址)的设置 IBM PC对256种中断类型已经进行地址分配,附录D中给出中断向量表。u概念：将中断服务程序的入口地址置入中断类型号所对应的中断向量表中。u两种方法：用指令设置；用DOS功能调用设置。22第九章用指令设置中断服务程序的入口地址表MOV AX，0MOV ES，AXMOV B

10、X，N*4MOV AX，OFFSET INTRADMOV ES：BX，AXMOV AX，SEG INTRADMOV ES：BX+2，AX STI .INTRAD：PUSH AX . IRETPUSH DSMOV AX，0MOV DS，AXMOV BX，N*4MOV AX，OFFSET INTRADMOV BX，AXMOV AX，SEG INTRADMOV BX+2，AXPOP DS STI .INTRAD：PUSH AX . IRET23第九章 利用DOS功能调用设置中断服务程序的入口地址表 24第九章 PUSH DS MOV AX，SEG INTRAD; MOV DS，AX MOV DX，O

11、FFSET INTRAD MOV AL，N MOV AH，25H INT 21H POP DS 利用DOS功能调用设置中断服务程序的入口地址表 25第九章3、中断类型号的获取 矢量中断中，中断入口地址依赖中断类型号，中断型号获取方法：u对于专用中断：除法出错、单步中断、不可屏蔽中断、断点中断和溢出中断，由CPU分别提供中断类型号04；u对于用户自己确定的软件中断INT n，类型号由n决定；u对于INTR引脚上的中断：由硬件电路设计产生中断类型号。可用8259A获取中断类型号。26第九章三、中断服务子程序1、中断服务子程序特点为”远”过程（类型为FAR） 要用IRET指令返回2、中断服务子程序一

12、般结构形式保护现场(PUSH regs) 开中断(STI) 进行中断处理 关中断(CLI) 恢复现场(POP regs) 中断返回(IRET) 27第九章【总结】中断处理过程中软件及硬件各自完成的功能归纳1.主程序中的初始化 （1）设置中断向量； （2）设置8259的中断屏蔽寄存器的中断屏蔽位； （3）设置CPU中断允许标志位IF(开中断STI)；2.中断服务子程序28第九章 3.硬件(外设接口)和CPU自动完成 （1）外设向CPU INTR端发出请求； （2）CPU发两个/INTA给外设； （3）CPU取中断类型号 n； （4）CPU自动将PSW，CS，IP内容压入堆栈； （5）清除IF，T

13、F，禁止外部中断和单步中断； （6）从中断向量表中取(4n)地址中内容IP， 取(4n+2)地址中内容CS； （7）转向中断服务子程序。29第九章设计一个能接收一个中断源的中断系统,用8088CPU。【例】30第九章 主程序初始化将中断服务程序的入口地址装入中断向量表 PUSH DSMOV DX，OFFSET INTER1 MOV AX，SEG INTER1 MOV DS，AXMOV AL，80HMOV AH，25HINT 21HPOP DSSTI可屏蔽中断处理程序INTER1 PROC FARPUSH AX ；保护现场STI ；开中断以便允许 ；多重中断 . . ；中断处理CLI ；关中断P

14、OP AX ；恢复现场 IRET ；返回主程序INTER1 ENDP 31第九章 实际系统还有两个问题需要解决：u多个中断源同时向CPU请求中断，CPU应该响应哪个中断源的请求呢？u当CPU正在处理某个中断，且IF1，这时若有新的中断请求产生，CPU要不要响应呢？以什么原则去响应？9-3 中断优先级和中断嵌套32第九章1、不同级别中断优先级顺序IBM PC机中，优先级从高到低的顺序如下：（1）内部中断（除法错，INTO，INT n）（2）NMI（3）INTR（4）单步中断一、中断优先级 一般原则： 级别不同的中断同时发生时，由高到低依次处理。 级别相同的中断同时发生时，按事先设定的次序处理33

15、第九章2、可屏蔽中断的优先级设定方法u软件查询中断优先级 查询程序的次序,决定了外设优先级别的高低,先测试的中断源优先级别最高，依次下降。u硬件查询优先方式菊花链法 u矢量中断优先级 一般是采用中断优先级控制器（如8259A）。 34第九章可屏蔽中断的优先级设定软件查询中断优先级中断请求寄存器PORTINTR0INTR1INTR2INTR3INTR4INTR5INTR6INTR7CPUINTR缓冲器.D7D0译码135第九章软件查询中断优先级 0号申请中断 1号申请中断保护现场中断处理程序.恢复现场中断返回0号外设服务程序1号外设服务程序YYNN中断服务子程序处理流程36第九章u移位法 IN

16、AL，PORT RCR AL，1 JC INTR0 RCR AL，1 JC INTR1 INTR0: INTR1:软件查询中断优先级中断服务子程序片断u测试法 IN AL，PORT TEST AL，01H JNZ INTR0 TEST AL，02H JNZ INTR1 INTR0: INTR1:37第九章可屏蔽中断的优先级设定硬件查询优先方式（菊花链法）38第九章矢量中断优先权控制器的原理图可屏蔽中断的优先级设定矢量中断优先级中断服务寄存器 中断类型寄存器优先级管理逻辑 中断请求寄存器 中断屏蔽寄存器 由中断请求决定IR0IR1IR2IR739第九章u中断嵌套：当CPU正在处理中断时，有更高优

17、先级别的中断请求，并且IF1，CPU能响应更高级别的中断请求，而屏蔽掉低级的中断请求u以8259A为例介绍，8259A在完全嵌套优先级工作方式下，中断优先级的顺序为：IR0、IR1IR7。 二、中断嵌套40第九章下面是一个中断嵌套的例子41第九章【说明】u主程序必须有开中断指令，使IF1，才能响应中断。进入中断处理程序时，系统自动关中断，在中断服务程序中必须有STI开中断指令，这样才可以允许其它中断进入实现中断嵌套。u中断结束返回前要有EOI中断结束命令，用来清除中断服务寄存器中的对应位，允许低级中断进入。最后有中断返回指令IRET，使程序返回到被中断的程序的断点处。42第九章u中断处理程序中

18、如果没有STI指令，中断处理中不会受其它中断影响，在执行IRET指令后，因为自动返回中断断点及中断标志寄存器PSW的内容，当IF的值为1，系统便能开放中断。u一个正在执行的中断处理程序，中断服务寄存器相应位置“1”，在开中断(IF1)的情况下，能够被优先级高于它的中断源中断。但如果中断处理中提前发出了EOI命令，则清除了正在执行的中断服务，中断服务寄存器置“1”位被清0，允许响应同级或低级的中断申请。但这种情况要尽量避免，防止重复嵌套，使优先级高的中断不能及时服务，因此一般EOI结束命令放在中断返回指令IRET前面。43第九章 设系统有两个外部中断源，类型号分别是40H、41H。试用链式结构实

19、现8088中断系统的扩展。要求： a.画出实际电路。 b.编写程序，实现不同的中断能转入相应的服务程序入口处。【例】44第九章解：a.画出实际电路45第九章. MOV DX，0FFSET INTER1 MOV AX，SEG INTER1 MOV DS，AX MOV AL，40H MOV AH，25H INT 21H.b.主程序 MOV DX，0FFSET INTER2 MOV AX，SEG INTER2 MOV DS，AX MOV AL，41H MOV AH，25H INT 21H 46第九章中断服务程序INTER1 PROC FAR PUSH AX ；保护现场 STI ；开中断，以实现多重中

20、断 . POP AX ；恢复现场 IRETINTER1 ENDPINTER2 PROC FAR PUSH AX ；保护现场 STI ；开中断，以实现多重中断 . POP AX ；恢复现场 IRETINTER2 ENDP47第九章主要内容： 引脚和功能 内部结构 8259A的中断管理方式 8259A的编程方式 8259A的中断级联及举例9-4 可编程中断控制器8259A48第九章1、引脚一、引脚和功能49第九章（2）每一级中断可由程序单独屏蔽或允许；（3）可提供中断类型号传送给CPU；（4）可以通过编程选择多种不同工作方式。2、主要功能（1）具有8级优先级控制，通过级联可以扩展到64级优先级控制

21、；50第九章二、内部结构级联级联缓冲器缓冲器/比较器比较器 控制电路控制电路数据总线数据总线缓冲器缓冲器 读读/写写控制电路控制电路 中断服务中断服务寄存器寄存器(ISR) 优先级优先级管理逻辑管理逻辑(PR) 中断请求中断请求寄存器寄存器(IRR) 中断屏蔽寄存器中断屏蔽寄存器(IMR) IR0IR1IR7RDINTWRSP/ENCSA0D7D0CAS0CAS1CAS2INTA51第九章8259A的读写功能52第九章1、中断嵌套方式、中断嵌套方式普通全嵌套方式普通全嵌套方式特殊全嵌套方式特殊全嵌套方式固定优先级方式固定优先级方式自动循环优先级方式自动循环优先级方式特殊循环优先级方式特殊循环优

22、先级方式2、中断优先级循环方式、中断优先级循环方式3、中断屏蔽方式、中断屏蔽方式普通屏蔽方式普通屏蔽方式特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式自动自动EOIEOI方式方式普通普通EOIEOI方式方式特殊特殊EOIEOI方式方式4、中断结束方式、中断结束方式边沿触发方式边沿触发方式电平触发方式电平触发方式中断查询方式中断查询方式5、中断请求的引入方式、中断请求的引入方式6、连接系统总线方式、连接系统总线方式缓冲方式缓冲方式非缓冲方式非缓冲方式三、8259A的中断管理方式53第九章1、中断嵌套方式、中断嵌套方式2、中断优先级循环方式、中断优先级循环方式3、中断屏蔽方式、中断屏蔽方式4、中断结束方式、中断结束方式

23、5、中断请求的引入方式、中断请求的引入方式6、连接系统总线方式、连接系统总线方式7、级联方式、级联方式CAS2 CAS1 CAS0CAS2 CAS1 CAS0INTINTD7D7D0D0RDRDWRWRINTAINTAA0A0CSCS8259A8259A( (主片主片) )VCC SP/EN GNDVCC SP/EN GND+5V+5VCAS2 CAS1 CAS0CAS2 CAS1 CAS0INTINTD7D7D0D0RDRDWRWRINTAINTAA0A0CSCS8259A8259A( (从片从片) )VCC SP/EN GNDVCC SP/EN GND+5V+5VINTRINTRDBDBI

24、ORIORIOWIOWINTAINTAA0A080868086译码电译码电路输出路输出译码电译码电路输出路输出IR0IR0IR1IR1IR2IR2IR3IR3IR4IR4IR5IR5IR6IR6IR7IR7IR0IR0IR1IR1IR2IR2IR3IR3IR4IR4IR5IR5IR6IR6IR7IR7三、8259A的中断管理方式54第九章四、8259A的编程 分为两步：u初始化编程： 即设定初始化命令字ICW1ICW4。在8259A开始正常工作前写入，只能设定1次。u操作命令编程： 即设定操作命令字OCW1OCW3。在8259A初始化后系统运行过程中，根据中断处理的需要，在程序的任何地方多次写

25、入。55第九章1、初始化命令字（1）ICW1 芯片控制初始化命令字IC4SNGL0LTIM1A5A6A70D0D1D2D3D4D5D6D7A0ICW1的地址的地址 1：需要：需要ICW4 0：不设：不设ICW4 1: 8259A单片方式单片方式 0: 8259A级联方式级联方式ICW1 的标志位的标志位8080/8085用用触发方式触发方式 1：高电平触发：高电平触发 0：上跳沿触发：上跳沿触发56第九章（2）ICW2设置中断类型号初始化命令字 中断类型号基值，即IR0的类型号。其中低3位初始时为0，高5位由用户设定。工作过程中，低3位值由IR0IR7中响应哪级中断(对应000111)来确定。

26、000T3T4T5T6T71D0D1D2D3D4D5D6D7A0中断类型的高中断类型的高5位位57第九章（3）ICW3标识主片/从片初始化命令字 8259A主片格式：S0S1S2S3S4S5S6S71D0D1D2D3D4D5D6D7A00：表示：表示IRi端上未接端上未接8259A从片从片1：表示：表示IRi端上接有端上接有8259A从片从片Si=ID0ID1ID2000001D0D1D2D3D4D5D6D7A08259A从片格式：从片格式：从片从片8259A的识别地址的识别地址58第九章8259ACPU00-从片CPU8259A1EN输出1-主片1从片0主片1SP输入0SP/ENM/SBUF

27、1:8086/8088方式方式0: 8080/8085方式方式1：中断自动结束：中断自动结束0：非自动结束：非自动结束1 ：特殊全嵌套方式：特殊全嵌套方式0：完全嵌套方式：完全嵌套方式 PMAEOIM/SBUFSFNM0001D0D1D2D3D4D5D6D7A0非缓冲方式非缓冲方式 0 缓冲方式缓冲方式/从片从片 1 0缓冲方式缓冲方式/主片主片 1 1(4) ICW4方式控制初始化命令字59第九章ICW设置的顺序：写写ICW1写写ICW2SNGL=1？写写ICW3IC4=1?写写ICW4YNNY地址地址A0=0A0=1A0=1A0=1ICW功能：u设定触发形式：电平、上升沿；u设定工作方式：

28、单片、级联；u设定中断类型号基值；u设定优先级方式；u设定中断结束方式。60第九章【例】某系统要求使用一片8259A，中断请求为边沿触发，其8个中断源的中断类型号为8087H，其端口地址为0920H、0921H分析：ICW1 00010011B 13H ICW2 10000000B 80H ICW4 00000001B 01H 编程：MOVAL,13HMOVDX,0920HOUTDX,ALMOVAL,80HMOVDX,0921HOUTDX,ALMOVAL,01HOUTDX,AL 初始化编程举例61第九章2、8259A的操作命令字及编程（1）OCW1中断屏蔽操作命令字M0M1M2M3M4M5M6

29、M71D0D1D2D3D4D5D6D7A01：屏蔽由：屏蔽由IRi引入的中断请求引入的中断请求0：允许：允许IRi端中断请求引入端中断请求引入Mi=【例】设某中断系统要求屏蔽IR3，IR5，8259A端口地址为20H、21H，编程指令为： MOV AL，00101000B OUT 21H，AL62第九章R SL EOI操 作 功 能001一般EOI结束命令 011特殊EOI结束命令101自动循环优先级的一般结束命令 100设置优先级自动循环方式命令 000结束优先级自动循环方式的命令 111设置特殊优先级循环的EOI结束命令110设置特殊优先级循环方式命令 010无效 优先级固定优先级固定0优

30、先级循环优先级循环1不发结束命令不发结束命令0发结束命令发结束命令1L2L1L0无效无效0L2L1L0有效有效1L1L0L200EOISLRA0 0标志位标志位 111IR7110IR6101IR5100IR4011IR3010IR2001IR1000IR0L2 L1 L0最低最低优先级优先级编码编码（2）OCW2 设置8259A的优先权循环方式和中断结束方式。63第九章（3）OCW3特殊屏蔽方式和查询方式命令字 设定特殊屏蔽方式和中断查询的工作方式； 设置读取8259A的IRR和ISR寄存器的内容。64第九章3、编程小结uICW在程序初始化时写入，要按顺序且只能设定1次uOCW在初始化命令字

31、之后，可根据需要在程序的任何位置去设置，可设置多次。uICW1、OCW2、OCW3写入8259A偶地址端口，用D4D3位区分；uICW2、ICW3、ICW4和OCW1写入8259A奇地址端口，用顺序区分。65第九章五、8259A的中断级联及举例 一片8259A管理8级中断，当申请中断的外设多于8级时，可以将8259A级联使用，图7-14给出了两级级联的例子，第一级为8259A主片，第二级为8259A从片，主片可接18片从片，这样最多可以管理64级中断源。（工作过程见教材295页）66第九章外部中断请求外部中断请求+5VCAS2CAS0CAS1A0RDSP/NEIR7IR6IR5IR4IR3IR

32、2IR1IR0 INTWRINTAD0D7CS从从8259ACAS2CAS0CAS1A0RDSP/NE IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0 INTWRINTA D0D7CS主主8259A外部中断请求外部中断请求【例例】 某系统中两片某系统中两片8259A采用中断级联方式组成中断系统，采用中断级联方式组成中断系统，从片的从片的INT端连主片的端连主片的IR3端，若当前主片从端，若当前主片从IR1，IR5端引入端引入两个中断请求，中断类型号为两个中断请求，中断类型号为31H，35H。中断服务程序的。中断服务程序的段基址为段基址为1000H，偏移地址分别为，偏移地址分别为2000H及及

33、3000H。从片。从片IR4，IR5端引入中断请求，类型号为端引入中断请求，类型号为44H和和45H。中断服务程序基。中断服务程序基址址2000H，偏移地址为，偏移地址为3600H和和4500H。8259A级联编程举例67第九章（1）设置中断向量）设置中断向量 将将4个中断源的入口地址写入中断向量表个中断源的入口地址写入中断向量表 MOV AX，1000H；送段地址；送段地址 MOV DS，AX MOV DX，2000H；送偏移地址；送偏移地址 MOV AL，31H；中断类型号；中断类型号 MOV AH，25H INT 21H MOV DX，3000H ；送偏移地址；送偏移地址 MOV AL，

34、35H ；中断类型号；中断类型号 INT 21H68第九章 MOV AX，2000H；送段地址；送段地址 MOV DS，AX MOV DX，3600H；送偏移地址；送偏移地址 MOV AL，44H；中断类型号；中断类型号 MOV AH，25H INT 21H MOV DX，4500H；送偏移地址；送偏移地址 MOV AL，45H；中断类型号；中断类型号 INT 21H69第九章（2 2）主片主片8259A初始化编程初始化编程 8259A主片端口地址为主片端口地址为FFC8H和和FFC9H MOV AL，11H ；定义；定义ICW1，主片级联使用，边沿触发，主片级联使用，边沿触发 ；要设要设ICW4 MOV DX，0FFC8H OUT DX，AL MOV AL，30H