第五章 中断技术.ppt

1、计算机接口技术(第五章）,辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院 主讲人：王晓虹,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,5.1 中断的基本概念,什么是中断,外设中断：键盘、打印机、显示器等 指令中断：INT 10H、INT21H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,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,1）中断源：发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因,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 查询中断：软、硬件查询确定中断源,3）中断向量与中断向量表,中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址） 逻辑地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位） 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 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（PA=000H-3FFH）, 形成中断向量表,类型号：8位，N=00FFH 中断向量指针：PA=4*N,4）中断类型号与中断向量指针,5

3、）中断向量的装入(填写)与修改,装入：系统配置和使用的系统软件负责,CLI CLD MOV AX,0 MOV ES,AX MOV DI,4*N MOV AX,OFFSET INT_SEV STOSW MOV AX,SEG INT_SEV STOSW STI,用串操作指令装入,用系统功能调用装入(参照修改),用MOV指令装入,例：设中断类型号为N,服务程序入口为INT_SEV,CLI MOV AX,0 MOV ES,AX MOV DI,4*N MOV AX,OFFSET INT_SEV MOV ES:DI,AX MOV AX,SEG INT_SEV MOV ES:DI+2,AX STI,;写入偏

4、移地址,;写入段首址,中断向量的修改,修改方法与步骤 保存原中断向量 INT 21H 的35H号功能 设置新中断向量 INT 21H 的25H号功能 恢复原中断向量 INT 21H 的25H号功能使用后恢复, OLD_OFF DW ? OLD_SEG DW ? ；保存原中断向量 MOV AH,35H MOV AL,N INT 21H MOV OLD_OFF,BX MOV OLD_SEG,ES CLI ；设置新中断向量 MOV AH,25H MOV AL,N PUSH DS MOV DX,SEG INT_SEV MOV DS,DX MOV DX,OFFSET INT_SEV INT 21H PO

5、P DS STI ,;定义保存原中断 向量的2个字单元, ;恢复原中断向量 CLI MOV AH,25H MOV AL,N MOV DX,OLD_OFF MOV DS,OLD_SEG INT 21H,6）中断优先级排队方式,按优先级排队 循环轮流排队,7）中断嵌套,完全嵌套 特定完全嵌套,5.2 IBM-PC微机中断系统,分类：硬中断(外部中断)、软中断(内部中断),硬中断(外部中断),系统硬中断,- 由于外部提出中断请求引起的程序中断 - 利用外部中断，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 - 具有随机性; 分类:不可屏蔽中断(NMI)和可屏蔽中断(INTR)

6、外部中断的原因是处理器外部随机产生的，所以是真正的中断（Interrupt）,1）不可屏蔽中断NMI,不可屏蔽：不受IF状态影响 类型号固定：02H 有效信号：上升沿,应用： 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,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。,2）可屏蔽中断INTR,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,INTR的处理过程,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

7、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。,应用：主要用于主机与外设交换数据,明确IF标志的状态是关键,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IF0 IF1：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 执行指令IRET恢复原IF状态,- 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

8、。 - 分类：双字节指令形式的中断(INT n)和特殊中断。,软中断（内部中断）,内部中断的中断向量号已定,1）双字节指令形式的中断(INT n),ROM-BIOS中断：INT 10H;INT 16H DOS中断：INT 21H;INT 20H 未定义中断：INT 60H;INT 78H,2）特殊中断,除法溢出中断(N=0) 条件：商超出规定寄存器的表示范围;字(AX),字节(AL),单步中断(N=1) 条件：TF=1;调试工具或程序设置,断点中断(N=3) 条件：调试工具中使用,溢出中断(N=4) 条件：OF=1且执行INTO指令,PUSHF POP AX AND AH,0FEH (OR A

9、H,01H) PUSH AX POPF,TF=0,TF=1,硬中断与软中断的比较,软中断的应用,ROM-BIOS中断 DOS中断,8088的中断响应过程,查询中断的顺序，决定了各种中断源的优先权 软件中断 除法错中断 指令中断 溢出中断 非屏蔽中断 可屏蔽中断 单步中断,中断的处理过程(INTR),不同中断的处理过程区别:获取类型号的方法不同;另,软中断无申请阶段,1）中断申请,2）中断响应,3）中断服务,4）中断返回,CPU执行完每条指令检测INTR;高电平, IF=1,且无DMA请求,当前指令执行完进入响应阶段,执行中断服务程序,执行到IRET恢复断点,返回原程序,中断服务程序的结构 保护

10、现场 STI ;若允许中断嵌套 服务程序主体 恢复现场 中断结束(EOI)命令 IRET,第1个负脉冲：,第2个负脉冲：,5.3 可编程中断控制器8259A,8259A协助CPU完成的工作,接收和扩充外设的中断请求(一片可管理8级中断;两级级联最多管理64级) 优先级排队管理(固定优先级、循环优先级) 控制中断请求的屏蔽与开放 提供中断类型号(向量中断，还可实现查询中断),Intel 8259A是可编程中断控制器PIC 可用于管理Intel 8080/8085、8086/8088、80286/80386的可屏蔽中断,1）引脚(28脚),2 8259A的外部特性和内部结构,2）内部结构,中断请求

11、寄存器(IRR):8位,寄存有请求的中断级,IRi有请求,IRRi=1 正在服务寄存器(ISR):8位,寄存正在服务的中断级,IRi被响应且未服务完,ISRi=1,ISR可能多位同时为1 中断屏蔽寄存器(IMR):8位,寄存中断级的屏蔽情况,IMRi=1,IRi被屏蔽 优先级分析器(PR):由IRR、IMR、ISR的状态确定INT引脚的输出; 优先级编码器+比较电路,中断嵌套,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 读写控制逻辑:中断类型号的读取不是读写逻辑控制的,8259A的工作方式,1）中断触发方式,2）连接系统总线的方式,缓冲方式 8259A的数据线需加缓冲器予以驱

12、动 8259A把SP*/EN*引脚作为输出端，输出允许信号，用以锁存或开启缓冲器 非缓冲方式 SP*/EN*引脚为输入端 若8259A级连，由其确定是主片或从片,4）优先级排队的方式,3）中断屏蔽的方式,常规屏蔽： 将IMR的Di位置1，则对应的中断IRi被屏蔽，该中断请求不能从8259A送到CPU 如果IMR的Di位置0，则允许IRi中断产生 特殊屏蔽： 将IMR的Di位置1，对应的中断IRi被屏蔽的同时，使ISR的Di位置0,5）中断结束的方式,8259A的编程命令及中断操作功能,- 4个初始化命令字(ICW14)、3个操作命令字(OCW13); 写入到2个端口中同一端口写入多个命令字的区

13、分方式:设置 特征位、规定写入顺序,1）ICW1,ICW1还实现对8259A的复位,如PC机:边沿触发,单片,MOV AL,13H OUT 20H,AL,2）ICW2,如PC机:类型号08H0FH,MOV AL,08H OUT 21H,AL,（确定中断类型号的高五位）,3）ICW3(级联系统才写入,主、从片格式不同),- 主片:相应的申请端是否挂接从片,- 从片:该从片的识别码,ID2ID1ID0的编码=i,该从片挂在主片的IRi上,如图中所示的级联系统,主片的ICW3=24H 从片1的ICW3=02H从片2的ICW3=05H,级联方式的硬件连接,级联方式下工作过程,CPU的操作与单片无任何区

14、别,4）ICW4,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,5）OCW1(设置IMR),如开放IR1、IR77; 屏蔽IR3、IR76;其他不变,6）OCW2 (设置优先级轮换、发EOI命令),R、SL、EOI的组合就是OCW2的命令,如:不指定EOI MOV AL,20H OUT 20H,AL,指定EOI(清除ISR4) MOV AL,64H OUT 20H,AL,7）OCW3 (设置特定屏蔽方式、查询式中断、读寄存器选择),特定屏蔽方式(开放低级中断),查询式中断,读寄存器

15、,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,读IMR:直接对A0=1端口进行读 读IRR、ISR:先选择(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 20H,AL IN AL,20H,5.4 8259A在微机系统中的应用,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,8259A初始化编程,早期PC机单片系统,端口

16、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,286以上PC机双片级联系统,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,MOV AL,11H OUT 20H,AL MOV AL,08H OUT 21H,AL MOV AL,04H OUT 21H,AL MOV AL,01H OUT 21H,AL,初始化编程(主),MOV AL,11H OUT 0A0H,AL MOV AL,70H OUT 0A1H,AL MOV AL,02H OUT 0A1H,AL MOV AL,01H OUT 0A1H,AL,初始化编程(从),本章要点 中断、中断向量、向量表的结构、类型号与中断向量的关系 修改中断向量的方法和步骤 PC机中断系统的组成；软中断中几种特殊中断产生的条件 硬中断与软中断的区别 中断的处理过程；中断响应周期中CPU与8259A的操作 8259A的主要特性 8259A写入命令字的