第7章微型计算机中断系统-1

1、第7章 微型计算机的中断系统,7.1 中断的基本概念 7.2 8086的中断结构 7.3 可编程中断控制器8259A 7.4 中断调用,本章主要目标,1.8259A工作原理、工作方式、编程方法及应用。 2.可屏蔽中断的中断响应过程。 3.中断程序的设置与设计方法。 4.常用中断调用方法。,7.1 中断的基本概念,7.1.1 中断及中断源 7.1.2 中断系统的功能 7.1.3 中断处理过程 7.1.4 中断判别的方法,7.1.1 中断与中断源,1.中断: 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

2、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。 2.中断源 ： 发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。 常见的中断源有： （1）故障中断，如电源掉电、内存奇偶错等； （2）软件中断，如CPU执行某些指令或操作引起的中断等； （3）输入输出设备中断，如打印机、CRT、磁盘等； （4）实时时钟，如定时器提供的实时信号等。,7.1.1 中断与中断源,3. 中断识别： 即找出是哪一个中断源发出的中断请求。 中断识别的目的是要形成该中断源的中断服务程序的入口地址，以便CPU将此地址置入 CS：IP寄存器 ，从而实现程序的转移。,7.1.1 中断及中断源

3、此 结束,7.1.2 中断系统的功能,中断系统是指实现中断功能的软硬件的统称。 中断系统的功能： 1.正确识别中断请求，实现中断响应、中断处理及中断返回。 2.实现中断优先级排队。 3.实现中断嵌套。,7.1.2 中断系统的功能 结束,7.1.3 中断处理过程,中断请求 中断判优 中断响应 中断处理 中断返回,7.1.3中断处理过程,图 中断处理过程-1,7.1.3中断处理过程,图 中断处理过程-2,7.1.3中断处理过程 结束,开中断,关中断,7.1.4 中断判别的方法,软件查询判优 链式电路判优 专用硬件方式 中断的多级嵌套,1软件查询判优,图 软件查询判优电路,1软件查询判优,图 软件查

4、询程序流程图,2链式电路判优,3专用硬件方式,在微型机中普遍使用一种可编程的中断控制器（如Intel 8259A）实现中断优先级的管理。,4中断的多级嵌套,一个中断请求尚未处理完，又转而处理新的中断请求，称为中断的多级嵌套或称为多级中断。,7.1.4 中断判别的方法 7.1 中断的基本概念 结束,7.2 8086的中断结构,7.2.1 8086的中断类型 7.2.2 中断向量和中断向量表 7.2.3 中断向量的装入 7.2.4 8086的中断响应过程,7.2.1 8086的中断类型,外部中断：由外部硬件请求产生的中断，所以又称为硬件中断。 内部中断：由指令的执行或者软件对标志寄存器中某个标志的

5、设置产生的中断，所以又称为软件中断。,8086/8088中断源类型,1外部中断,（1）非屏蔽中断NMI。用户不能用软件屏蔽的中断。 （2）可屏蔽中断INTR。8086的INTR中断请求信号来自中断控制器8259A，是电平触发方式，高电平有效。,2内部中断,（1）专用中断： 在中断向量表中，类型号04中除了类型号2的NMI非屏蔽中断外，其余均为专用的软件中断，它们通常是由某个标志位引起的中断。 0型中断除法出错中断。 1型中断单步中断（TF=1）。 3型中断断点中断（INT 3）。 4型中断溢出中断（INTO指令，条件：OF=1 ） （2）指令中断： INT n指令，其类型号就是给定的n。,7.

6、2.1 8086的中断类型 结束,7.2.2 中断向量和中断向量表,中断向量：中断服务程序的入口地址。 组成：共4个字节，段地址及偏移地址（CS:IP） 。 中断向量表：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，这个存放中断向量的存储区就叫中断向量表或中断服务程序入口地址表。 中断类型号：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。 中断向量地址：中断向量在表中的位置称为中断向量地址。 中断向量地址中断类型号4,7.2.2 中断向量和中断向量表,偏移地址,段地址,IBM-PC/XT中断类型号的功能分配,实方式下中断服务程序入口地址,中断类型号n与其对应的中断向量

7、存放起始地址之间的关系： 起始地址=4n；末地址=4n+3 即中断向量在4n4n+3指示的内存单元中。,实方式下的中断服务程序入口地址求法（例子）,例：假设在实地址方式下，内存00140H到00147H中存放的数据如右图所示，求51H号中断的中断服务程序入口地址。,解,（1）求中断向量存放的首地址和末地址 由中断类型号51H可知中断向量存放的 首地址51H4=144H（左移两位方法） 末地址51H4+3=147H （2）从首末地址对应的4个单元找出中断向量，即 00144H到00147H中内容就是51H号中断的中断向量 对照中断向量组成及格式可知 段地址=4540H，偏移地址=3430H， 所

8、以中断服务程序入口地址为 段地址16+偏移地址=45400H+3430H=48830H,中断向量组成及格式,7.2.2 中断向量和中断向量表 结束,7.2.3 中断向量的装入,中断向量在开机上电时，由程序装入内存指定的中断向量表中。系统配置和使用的中断所对应的中断向量由系统软件负责装入。若系统中（如单板机）未配置系统软件，就要由用户自行装入中断向量。,7.2.3 中断向量的装入,例：将中断服务程序的入口地址直接写入中断向量表（假设中断向量号为60H，中断服务程序的段基址是SEG_INTR，偏移地址是OFFSET_INTR）。 MOV AX，00H MOV ES，AX MOV BX，60H*4；

9、中断号4BX MOV AX，OFFSET_INTR；中断服务程序偏移值AX MOV ES：BX，AX；装入偏移地址 MOV AX，SEG_INTR；中断服务程序的段基址AX MOV ES：BX+2，AX；装入段基址 ,7.2.3 中断向量的装入 结束,7.2.4 8086的中断响应过程,1内部中断响应过程 2外部中断响应过,1内部中断响应过程,过程： （1）将类型号乘4，计算出中断向量的地址； （2）CPU的标志寄存器入栈，以保护各个标志位，此操作类似于PUSHF指令。 （3）清除IF和TF标志，屏蔽新的INTR中断和单步中断。 （4）保存断点，即把断点处的IP和CS值压入堆栈，先压入CS值，

10、再压入IP值。 （5）根据第一步计算出来的地址从中断向量表中取出中断服务程序的入口地址（段和偏移），分别送至CS和IP中。 （6）转入中断服务程序执行。,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。 除单步中断外，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。,2外部中断响应过程,（1）非屏蔽中断响应： 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： 当INTR信号有效时，如

11、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。,2外部中断响应过程,可屏蔽中断的响应过程,(1)处理器接到中断申请，处理完当前指令即进入响应周期。 (2)第二阶段即中断响应周期，在其间CPU向外部中断控制器发送两个响应脉冲信号INTA。 第一个响应脉冲通知中断控制器，已经响应外部中断请求，让中断控制器提供中断类型号。 第二个响应脉冲，CPU取走中断类型号。 (3)将标志寄存器中的内容压入堆栈保护，然后清IF和TF标志，以禁止INTR引脚以及陷井和单步中断。 (4)将断点地址压入堆栈（CS:EIP或CS:IP）。 断点地址：指中断时CPU待执行的下一条指令

12、对应的逻辑地址。 顺序：先压入断点地址CS，后压入偏移地址EIP（或IP）。 (5)CPU得到中断类型号码n后，通过中断类型号与中断服务程序入口地址的关系找出该类型对应的段基地址和偏移地址，从而转入中断服务程序入口地址。完成中断响应任务。,可屏蔽中断的响应过程,中断处理,1保护现场 保护现场实质：将重要信息压入堆栈。 2开中断 目的：开放所有可屏蔽中断，以允许高级中断嵌套。 3执行中断服务程序 中断服务程序主体-中断的目的。 4关中断 目的：关中断以确保可靠有效地恢复现场。 5恢复现场 恢复现场实质：将原来压入堆栈中的内容弹出来。,中断返回,中断服务程序的最后一条指令都无一例外地使用中断返回指

13、令IRET。 中断返回的目的：使原来在中断响应过程中压入堆栈中的断点地址和标志寄存器中的内容，依次从堆栈中弹出，以便继续执行原来的程序。,中断过程,7.2.4 8086的中断响应过程 7.2 8086的中断结构 结束,7.3 可编程中断控制器8259,8259简介： （1）8位可编程中断控制器，又称优先级控制器 （2）处理8级向量优先级中断 （3）具有单一+5V供电 （4）8259A芯片级联组成强大的中断管理系统（多至64级外部中断）。 （5）优先级方式可编程,7.3 可编程中断控制器8259,7.3.1 内部结构及工作原理 7.3.2 引脚信号 7.3.3 工作方式 7.3.4 编程方法 7

14、.3.5 应用举例,7.3.1 内部结构及工作原理,7.3.1内部结构及工作原理,数据总线缓冲器,数据总线缓冲器是一个三态、双向的8位缓冲器，是8259A与CPU系统数据总线的接口。,数据总线缓冲器的主要功能有： (1) 通过数据总线缓冲器，CPU向8259A内部发送命令。 (2) CPU接收8259A状态信息。 (3) 在中断响应周期，CPU从中获得中断类型号。,读/写逻辑,接收CPU送来的读/写控制信号、片选信号以及地址选择信号，对内部各个寄存器进行读写操作。,级联缓冲/比较器,级联缓冲/比较器在级联方式的主从结构中（两个以上的8259A组成的系统），用来存放和比较系统中各8259A的从设

15、备标志(ID)。,中断请求寄存器IRR,寄 存 器 位 引脚,功能：记录外部中断源的中断申请的状态。 状态：1对应引脚有中断请求且还未被响应。 0对应引脚无中断请求或有但已经被响应。,中断服务寄存器ISR,寄 存 器 位 引脚,功能：记录外部中断源的中断申请被服务的状态。 状态：1对应引脚的中断请求已被响应（服务）且服务还没有结束。 0对应引脚的中断请求未被响应。,中断屏蔽寄存器IMR,寄 存 器 位 引脚,功能:设置外部中断源的中断屏蔽状态。 状态:1对应引脚的中断被屏蔽。0对应引脚的中断未被屏蔽。 注意:只有IMRi相应位为0且IF=1，CPU才有可能响应可屏蔽中断。,中断优先权分辨器PR

16、,优先权分辨器PR用来确定存放在IRR中各个中断请求信号对应中断源的优先级。并总是选出当前最高优先中断源的中断申请通知控制逻辑，以便控制逻辑发送中断请求信号INT给CPU。,控制逻辑,控制逻辑是控制8259A内部各个部件的主要逻辑电路。 主要功能包括： (1) 根据CPU对8259A编程设定的工作方式来产生内部控制信号。 (2) 如果中断请求寄存器IRR有未被屏蔽的位，则控制逻辑对应于当时最高优先的中断源，向CPU发中断请求信号INT。 (3) 接收CPU送来的中断响应信号，并置位中断服务寄存器ISR的相应位(ISRi) 。 (4) 控制发出相应的中断类型号，以供CPU读取。,7.3.1 内部

17、结构及工作原理,8259A工作过程,1）当外部IRi有中断申请时，IRRi=1。 2）PR判别优先级，并将当前最高优先中断源的请求通知控制逻辑。控制逻辑向CPU发INT信号。 3）当响应中断时，CPU发INTA#，控制逻辑收到响应后，准备中断类型号，同时使ISRi=1,并使IRRi=0。 4）当CPU处理完中断服务程序后发中断结束命令，控制逻辑使ISRi=0，结束中断过程。 如果IMRi=1，则对应中断源的中断请求被屏蔽。,7.3.1 内部结构及工作原理 结束,7.3.2 引脚信号,7.3.2 引脚信号,D7D0：为8位双向的数据线 A0：端口选择信号（两个端口地址） IRi：8个中断源中断请

18、求端 INT：中断请求输出信号 INTA#：中断响应输入信号 RD#和WR#：读/写控制信号 CS#：片选信号 SP#/EN#：级联/缓冲控制 (1)级联时输入：SP#：1=主片， 0 =从片； (2)缓冲时输出：EN#：1CPU写，0CPU读。,7.3.2 引脚信号 结束,7.3.3 工作方式,1、中断优先级方式 2、中断嵌套方式 3、中断屏蔽方式 4、中断结束方式 5、中断触发方式 6、与系统总线的连接方式 7、级联工作方式 8、查询方式,1、中断优先级方式,两种优先级控制方式：固定优先级和循环优先级。 1、固定优先级方式： 所有中断请求IRi的中断优先级固定不变； 优先级排列顺序可编程改变； 加电后8259A的默认方式，默认优先级顺序从高到低为IR0-IR7。,1、中断优先级方式,2、循环优先级方式 ： 中断源轮流处于最高优先级，即自动中断优先级循环； 初始优先级顺序可用编程改变； 某中断请求IRi被处理后，其优先级别自动降为最低，原来比它低一级的中断上升为最高级。,2、中断嵌套方式,两种中断嵌套方式：普通全嵌套方式和特殊全嵌套方式。 1、普通全嵌套方式（默认方式）： 一中断正被处理时，只有更高优先级的事件可以打断当前的中断处理过程而被服务。 2、特殊全嵌套方式： 一中断正被处理时，允许同