第五章中断技术.ppt

1、第五章 中断技术,第五章 中断技术,本章内容,5.1 中断的基本概念 5.2 IBM-PC微机中断系统 5.3 可编程中断控制器8259A 5.4 8259A在微机系统中的应用 实验内容 本章要点,5.1 中断基本概念,本节内容,基本概念 中断源与中断识别 中断向量与中断向量表 中断类型号与中断向量指针 中断向量的装入(填写) 中断向量的修改 中断优先级排队方式 中断嵌套,章内容提要,5.1 中断基本概念,一、中断基本概念,定义：CPU暂停现行程序，转而处理随机到来的事件，待处理完后再回到被暂停的程序继续执行，这个过程就是中断。,中断过程：,中断处理的隐操作：程序状态及程序断点地址的进栈及出栈

2、。,节内容提要,章内容提要,指令中断：INT 10H、INT 21H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,二、 中断源与中断识别,节内容提要,三、 中断向量、中断向量表,1.中断向量：（中断矢量）是中断服务程序的入口地址（CS、IP）， 2.中断向量表：存放中断向量的内存区域。 PC机的中断向量表支持256（编号00H - FFH ）个中断，256个中断号的中断向量占用4256=1024存储单元，它位于存储器的最低1K字节（

3、000000003FFH）。,中断号表：80页 表5.1 了解,节内容提要,类型号：8位，N=00FFH,四、 中断类型号、中断向量指针,中断向量表示意图 结合81页 图5.1,中断向量指针,中断向量指针：PA=4*N,节内容提要,五、 中断向量的装入,开机时自动装入，有些单板机和实验装置未自动装入，需要程序员装入中断向量。,例1：中断号60H，服务程序段基址SEG_INTR,偏移地址OFFSET_NITR (006DH),填写中断向量表。,CLI CLD MOV AX，0 MOV ES，AX MOV DI，4*60H MOV AX， OFFSET_NITR,STOSW MOV AX，SEG_

4、INTR STOSW STI,节内容提要,方法2：直接写入 CLI CLD MOV AX，0 MOV ES，AX MOV BX，4*60H MOV AX， 006DH MOV ES：BX，AX ；先装偏移地址 PUSH CS POP AX ；取中断服务程序基地址 MOV ES：BX+2，AX STI,节内容提要,节内容提要,利用INT21H中的功能号35H和25H INT21H调用：子程序号（功能号）送AH，子程序入口参数送指定寄存器。,DOS中断21H功能25H,就是将中断服务程序的入口地址置于中断向量表中,格式如下: 入口参数: AH=25H AL=要设置的中断号 DS=中断服务程序入口段

5、址 DX=中断服务程序入口偏移地址,六、改写中断向量,节内容提要,DOS中断21H功能35H, 将一个中断号的地址读出作为返回值，参数和返回值格式如下: 入口地址: AH=35H AL=中断号 返回值: ES=中断服务程序的入口段址 BX=偏移量,例3、假设原中断号为N，新中断服务程序入口地址段基址为SEG_INTR 偏移量为OFFSET_INTR 。 程序见下页,节内容提要,MOV AH, 35H ;取原中断向量 MOV AL, NH INT 21H MOV OLD_OFF, BX ；保存原中断向量 MOV BX, ES MOV OLD_SEG, BX ： MOV AH, 25H ；设置新中

6、断向量 MOV AL, NH MOV DX, SEG_NITR MOV DS, DX MOV DX, OFFSET_INTR INT 21H ： MOV AH, 25H ；恢复原中断向量 MOV AL, NH MOV DX, OLD_SEG MOV DS, DX MOV DX, OLE_OFF INT 21H,节内容提要,七、 中断优先级,原则：按机器故障、DMA、外围硬件、软件递减。,结果：CPU专用DMA外围硬件BIOSDOS自由。,即基本按中断向量表排序。,外围硬件一般可由用户修改其优先权。 优先级固定方式（07）；循环轮流方式（指定最低、不指定）,八、中断嵌套 完全嵌套方式、特定完全嵌

7、套方式 后边结合8259介绍,节内容提要,5.2 IBM微机中断系统（83页）,本节内容,分类：硬中断(外部中断)、软中断(内部中断),章内容提要,一、硬件中断,特殊中断对应中断号： 0除数为0；1单步中断； 3断点； 4溢出中断,1 不可屏蔽中断NMI,2 可屏蔽中断INTR,节内容提要,1.不可屏蔽中断NMI,中断请求：中断请求的信号送到CPU的NMI引脚。,NMI由0跳变到1以后要维持至少4个连续的处理器时钟周期的高电平才被识别。 NMI由1跳变到0以后要维持至少4个连续的处理器时钟周期的低电平，新的NMI中断才能被识别。,不可屏蔽：不受IF状态影响 类型号固定：02H 有效信号：上升沿

8、,紧急故障处理：RAM奇偶校验错、I/O通道校验错、协处理器运算错,节内容提要,节内容提要,NMI信号产生逻辑图,向A0H端口写入80H则Q=1，即开启与门，允许请求,2. 可屏蔽中断INTR,中断请求：中断请求的信号（高有效）送到CPU的INTR引脚。,可屏蔽：IF=1,开放;IF=0,屏蔽 类型号由8259A提供(PC机08H0FH) 有效信号：高电平,节内容提要,INTR的处理过程,可以参见书85页图5.3 INTR的处理过程,节内容提要,二、软中断（CPU不需要进行中断识别，直接处理中断。）,1）双字节指令形式的中断(INT n),ROM-BIOS中断：INT 10H;INT 16H等

9、 DOS中断：INT 21H;INT 20H等 未定义中断：INT 60H;INT 78H等,节内容提要,除数为0中断（0 ）：除数为0或商超出范围 单步中断(1)：TF=1，调试时候使用 断点中断(3)：软件提供中断服务程序，用于调试 溢出中断(4)：OF=1，指令INTO,2）特殊中断,节内容提要,单步中断设置与溢出中断举例,设（AL）72H，在分别执行完ADD AL，63H和ADD AL，97H后，执行INTO结果如何？,节内容提要,三、硬中断与软中断的比较,节内容提要,1、中断申请,8086/8088CPU用INTR引脚和NMI引脚接收硬件中断请求信号。 对于软件中断源，在CPU内部由

10、中断指令或程序出错直接引发中断。 硬件中断请求可以用CLI来禁止。,四、中断处理过程,CPU在每条指令最后一个T内检测INTR；若为高电平, IF=1,且无DMA请求,当前指令执行完进入响应阶段,节内容提要,在8086/8088系统中可以用CLI和STI指令来设置IF，禁止或允许来自INTR可屏蔽中断请求引脚的中断申请。 中断请求标志 对应每个外设有一位，用来纪录外设的中断请求状态。有请求时置1，中断处理完后清0。 在PC机中，用8259A来管理外设的中断请求，而在8051系列的单片机中，该标志也在CPU内部。,2、中断响应,1）.保护断点,2）.取得中断类型号,对外部硬件中断通过中断响应周期

11、取得中断类型号。,通过堆栈及相关硬件实现EFLAGS、CS、EIP的保护。并清除IF和TF。,3）.取得中断服务程序入口地址,对向量中断，通过中断类型号查中断向量表(32位机器查中断描述符表取得),3、执行中断服务程序,节内容提要,4、中断返回,中断返回用IRET指令。 这条指令能自动将保存在堆栈中的IP、CS、标志寄存器EFLAGS依次弹出堆栈（共6字节），使程序又回到中断前的地址继续执行。,节内容提要,CPU响应中断条件：,当前指令执行完毕； EFLAGS中IF=1； INTR信号有效。,DMA传送方式比中断方式速度快(响应与传送)。,五、中断响应周期,节内容提要,中断响应周期图示,节内容

12、提要,本节内容,8259A协助CPU完成的工作 8259A的外部特性和内部结构 8259A的工作方式 8259A的编程命令及中断操作功能,5.3 Intel 8259A,章内容提要,一、8259A主要任务,接收外部的中断请求：一片可管理8级中断;多级级联最多管理64级,管理外部中断请求：排队、判优、屏蔽、嵌套,向CPU产生中断请求INTR,进行中断结束处理,接受CPU命令及返回状态：接受命令、查询中断状态,向CPU提供中断类型号,节内容提要,二、 8259A引脚及内部结构,1.8259A引脚,CPU侧：,DB0DB7；,外设侧：,IR0IR7；,级联：,节内容提要,面向CPU的信号（14）,A

13、0：端口选择信号；输入,节内容提要,面向同类芯片的信号（4）,节内容提要,2.8259A内部结构,接口电路：CPU接口、I/O接口。,节内容提要,1、IRR：请求寄存器， 8位,可读，寄存有请求的中断级,IRi有请求,IRRi=1 。可由OCW3读出,2、ISR:(正在)服务寄存器。 8位,可读， IRi被响应且未服务完,ISRi=1,ISR可能多位同时为1。第一个INTA信号建立，非自动中断结束情况下需要由OCW2发EOI命令。,3、IMR：中断屏蔽寄存器OCW1， 8位,可读可写， IMRi=1,IRi被屏蔽,4、PR：优先权分析器见下页图，由IRR、IMR、ISR的状态确定INT引脚的输

14、出,5、级联缓冲器/比较器：级联时传送级联代码； 缓冲方式控制传送方向,节内容提要,内部逻辑：IRR、IMR、PR、ISR及控制电路。,节内容提要,读写控制逻辑,中断类型号的读取不是读写逻辑控制的,节内容提要,1）中断触发方式,2）连接系统总线的方式,3）中断屏蔽的方式,4）优先级排队的方式,三、8259A工作方式,节内容提要,5）中断嵌套方式,6）中断结束的方式,中断请求方式：初始化设置,边沿触发方式：正跳变向8259A请求中断。 电平触发方式：高电平向8259A请求中断，响应中断后要及时清除高电平。以免引起二次误中断。 查询中断方式：外设向8259A请求中断，但8259A不向CPU发中断请

15、求信号INT。,节内容提要,连接总线与级联方式：非缓冲初始化设置,节内容提要,屏蔽方式：内部特性,内部特性：自动屏蔽低于自己优先级的IR。,正常屏蔽：IMR中相应位置位；OCW1,特定屏蔽：开放比自己优先级低的IR。OCW3,优先级管理方式：固定优先权,内部特性：IR0IR7的优先级为一循环队列。,固定优先权：从IR0IR7降序；,轮转优先权：,自动轮转：刚被服务的IR的优先级降至最低；,指定轮转：初始优先级07、以后指定的IR的优先级最高，服务后降至最低。以后按NN+1的顺序,节内容提要,嵌套方式：全嵌套,全嵌套：禁止同优先级或低优先级请求发生；,特殊全嵌套：开放同级，禁止低优先级请求,应用

16、：级联时主片特殊全嵌套，从片全嵌套。,结束方式：自动,自动：中断响应后ISR中最高优先级位自动复位；,非自动：中断服务程序返回前，需要处理程序发出对ISR中相应位复位的中断结束命令；,不指定方式：ISR中最高优先级位复位；,指定方式：命令中指定的ISR中相应位复位。,节内容提要,四、8259A的操作功能及命令,I/O端口地址：只提供二个端口(使用A0区别)；,命令：初始化-ICW1、ICW2、ICW3、ICW4， 操 作-OCW1、OCW1、OCW3。,状态：IRR、ISR、IMR、查询字。,I/O端口操作冲突时解决方法：,信息字中有空闲位时：特征位方法；,信息字中无空闲位时：时序方法。,节内

17、容提要,Initialization Command Word Operation Command Word,读,读,写,写,操作,0A1H,0A0H,0A1H,0A0H,PIC2,IMR,查询字,IRR，ISR,OCW1,ICW2ICW4,OCW3,OCW2,ICW1,内容,无,初始化后,01*,00*,D4D3D2,无,OCW3决定,ICW2ICW4,无,时序,无,21H,无,20H,无,21H,1*,20H,特征位,PIC1,8259A命令关系表：,注：ICWx只有在初始化过程中才会出现。,节内容提要,(1)初始化命令ICW1,特征位：D4=1；,ICW4主要设定嵌套、缓冲、结束方式，缺

18、省值为全嵌套、非缓冲、自动结束方式。,节内容提要,(2)初始化命令ICW2,时序：ICW2ICW3ICW4。,IRi的中断类型号 = ICW2的高5位+i,例：如果ICW2为08H，则 IR3的中断类型号（中断向量）为08H+03H=0BH。,节内容提要,(3)初始化命令ICW3,级联方式结构：,节内容提要,级联方式结构设置：,需要分别对主片和从片进行设置。,主片：S7S0分别对应相应的IRi的引脚，为1的位对应的引脚接有从片；,从片：ID2ID1ID0的编码=i,说明该从片挂在主片的IRi上,节内容提要,主 片：OUT 21H，14H,从片1：OUT 0A1H，04H,从片2：OUT 2B1

19、H，02H,级联方式中断请求及响应过程：,主片请求：与非级联一致。,从片请求：与非级联一致，但其INT送到主片，服从主片的请求规则。,节内容提要,级联方式举例,级联方式举例,级联方式的硬件连接,级联方式下工作过程,ICW3,主片、从片1、从片2的ICW3分别为：24H、02H、05H,CPU的操作与单片无区别,(4)初始化命令ICW4,节内容提要,特定完全嵌套方式(用于级联系统的主片),开放同级和高级中断,上例中,主片若采用特定完全嵌套方式,则允许D打断B的服务,给主片送EOI的条件:从片ISR=00H,Special fully nested mode,(5)操作命令OCW1（设置IMR）,

20、特征位：无，时序：无。,特殊屏蔽：通过OCW3设置。,节内容提要,如开放IR1、IR7; 屏蔽IR3、IR6;其他不变（IMR可读可写）,(6)操作命令OCW2,节内容提要,例：OUT 20H，20H的含义？,节内容提要,如:不指定EOI MOV AL,20H OUT 20H,AL,指定EOI (清除ISR4) MOV AL,64H OUT 20H,AL,(7)操作命令OCW3,节内容提要,ESMM=1,特定屏蔽方式允许 Enable Special Mask Mode,P=1, poll 查询中断（轮询）,RR=1,读寄存器选择有效 Read Reg,特定屏蔽方式(开放低级中断),查询式中断

21、,读寄存器,特定屏蔽方式,返回,自动清是清优先级最高的，如不指定则会自动清IR3在ISR中的标记。,查询式中断,不需要接收中断请求,CPU查询8259A,发查询命令(P=1的OCW3)后读查询字(A0=0),再根据查询字内容确定中断源,查询字格式,I=1时,W2W1W0是当前有请求的优先级最高的中断级编码,必须送，但可取任意值,返回,读寄存器,读IMR:直接对A0=1端口进行读 读IRR、ISR:先选择(用RR=1的OCW3)，再读,初始为IRR,读IMR IN AL,21H,读IRR MOV AL,0AH OUT 20H,AL IN AL,20H 读ISR MOV AL,0BH OUT 20

22、H,AL IN AL,20H,返回,本节内容,8259A编程命令的使用 8259A初始化编程,5. 4 微机中8259A应用,章内容提要,1. 8259A编程命令的使用,ICW:初始化时,按顺序接收24个,OCW:工作过程中,动态控制,节内容提要,章内容提要,2. 8259A初始化编程,早期PC机单片系统,286以上PC机双片级联系统,日时钟,串口2,串口1,硬盘,软盘,打印机,端口地址:20H、21H;边沿触发;完全嵌套; 固定优先级;非缓冲;中断类型号:08H0FH,章内容提要,节内容提要,INTM00EQU 020H;8259A端口0 INTM01EQU021H;8259A端口1 MOV

23、AL, 00010011B;ICW1：边沿触发，要ICW4； ;单片方式，不要ICW3。 OUTINTA00, AL MOVAL, 00001000B;ICW2：设置中断向量，起始的 ;中断向量为08H。 OUTINTA01, AL MOVAL, 00000001B;ICW4：非缓冲，全嵌套，非自 ;动中断结束(EOI)。 OUTINTA01, AL ,章内容提要,节内容提要,286以上PC机双片级联系统,从片连在主片的IR2上;主从片级联信号互连 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:70

24、H77H,初始化编程,节内容提要,双片级联系统初始化编程,初始化编程(主),初始化编程(从),章内容提要,节内容提要,INTA00EQU 020H;主8259A端口0 INTA01EQU021H;主8259A端口1 MOVAL, 00010001B;ICW1：边沿触发，要ICW4;级联方式，要ICW3。 OUTINTA00, AL JMPSHORT $+2;I/O端口延时 MOVAL, 00001000B;ICW2：设置主片的中断向量，起始的中断向量为08H OUTINTA01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000100B;ICW3：表示从8259A的INT输出是连接到主

25、片的IR2。 OUTINTA01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000001B;ICW4：非总线缓冲，全嵌套，非自动中断结束(EOI) OUTINTA01, AL JMPSHORT $+2 ,章内容提要,对主片8259A的初始化,节内容提要,INTB00EQU 0A0H;从8259A端口0 INTB01EQU0A1H;从8259A端口1 MOVAL, 00010001B;ICW1边沿触发，要ICW4;级联方式，要ICW3。 OUTINTB00, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 01110000B;ICW2：设置从片的中断向量，起始的中断向量为70H OUTI

26、NTB01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000010B;ICW3：设置从片的识别标志，指定对应主片的IR2。 OUTINTB01, AL JMPSHORT $+2 MOVAL, 00000001B;ICW4：非总线缓冲，全嵌套，非自动中断结束。 OUTINTB01, AL JMPSHORT $+2 ,对从片8259A的初始化,章内容提要,节内容提要,作业： 112页2、 5、6、12 补充： 1、响应外部中断IRQ7 时，执行中断服务程序IRQ7，显示字符7（可以省略），执行10次中断后退出。 要求：需要初始化8259，单片，需要ICE4，功能号从08H开始，,节内容提

27、要,主程序开始段： STACK SEGMENT STACK DW 64 DUP(?) STACK ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE START: PUSH DS MOV AX,0000H MOV DS,AX ；设置IRQ7向量表 CLI ；关中断 POP DS （ ）；三条指令，开7 号中断 MOV CX,000AH ；设置中断次数10次,节内容提要,A1:CMP CX,0000H JNZ A2 IN AL,21H OR AL,80H OUT 21H,AL STI HLT A2:STI JMP A1 ；中断服务程序如下（显示7程序段）： IRQ7:MOV AX,0137H ；INT10H功能 AH=01H INT 10H ；AL=带显示字符ASCII编 MOV AX,0120H INT 10H （ ） ；需要大家写的清ISR指令2条 CODE ENDS END START,节内容提要,2、执行住程序显示“main”，若有中断请求，则显示对应中断号码“6”或“7”，低级中断可以被高级中断打断（IRQ6IRQ7）,节内容提要,主程序开始段 STACK SEGMENT STACK DW 64 DUP(