中断

nullnull 8.1 中断的概念 8.2 中断的响应和中断处理 8.3 8086中断系统 8.4 中断控制器8259null8.1 中断的概念定义：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。8.1.1 中断的基本概念 中断源的概念：通常在计算机系统中有多个外部设备并行工作，或存在多个事件，它们都可以向CPU发申请，这些外部设备或事件就称为中断源。 1．中断概念：是指当外设需要服务或事件发生时，向主机发出“请求”信号，CPU暂停当前正在执行的程序，而转去为请求服务的外设或事件进行服务，待服务完毕后又自动返回到暂时被终止的程序继续执行的过程。 null2．中断的作用 ⑴ 实现CPU与多台I/O设备并行工作。若CPU与设备串行运行，则CPU效率低下。⑵ 实现实时处理。如压力过大、温度过高等情况等。 ⑶ 故障处理。如电源掉电及软、硬件故障等，提高了计算机系统的可靠性。 null3．中断系统的功能 ⑷ 实现人机对话。操作人员通过终端或控制台提供信息，对系统进行随机干预。⑸ 实现多机系统中各主机间的联系。在多机系统中，各个处理机之间的信息交流和任务切换都可以通过中断系统来实现。 ⑵ 实现优先排队。响应优先级最高的中断请求。 ⑶ 实现中断嵌套。当CPU响应某一中断并进行处理时，若有优先级更高的中断源发出中断申请，则响应。⑴ 实现中断和返回。CPU在现行的指令执行完后，判断中断源，转入相应中断处理程序，处理完毕后返回原断点，继续执行主程序。 null8.1.2 中断源类型 ⑴ 处理机内部中断：如零作除数，为调试程序设置的断点等。⑶ 数据通道中断：如磁盘、磁带等。⑵ I/O设备中断：一般的输入输出设备引起的中断。如键盘、打印机等。⑷ 实时时钟中断：如在控制中，外部时钟电路、内部定时电路等引起的中断。⑸ 故障源：如电源掉电等。磁带等。⑹ 软中断：在程序中，根据需要用命令设置的中断。null8.1.3 中断优先排队（优先权） 1．软件查询方式 各中断请求信号“或”操作后作为INTR信号。当有中断源发出请求时，都可向CPU发INTR信号。 CPU响应中断后，就进入中断处理程序，在处理程序中，先从左到右逐位检查其状态，先被查询到的中断申请先得到服务。null2．硬件方式——硬件优先权排队电路⑴ 多线请求优先权排队电路。 ⑵ 多线请求，判优响应。 Intel8259是一个可编程中断控制器，在系统中用来接收、屏蔽、判优、传递中断请求，它功能强大，应用方便。 如INTR1’有请求,则INTR2’被封锁。null8.2 中断处理 1．中断响应的条件——三个： ⑴ 中断源有中断请求。 8.2.1 中断响应 ⑵ CPU允许中断。中断允许标志IF为1（开中断或允许中断） ⑶ 一条指令执行完毕。 2．中断响应过程 ⑴ 中断源的识别。 ⑵ 保存中断现场和转向中断服务程序。现场是指机器在某一时刻所处的状态，如断点地址、条件码、屏蔽字、通用寄存器中的内容和状态位等等。压入堆栈中保存，由硬件直接控制执行，称为中断隐指令。 null8.2.2 中断处理1．中断的处理过程 ⑴关中断。目的：在现场保护过程中，CPU不应该响应更高级的中断源申请。 ⑵保存断点和现场。即将现行状态字和断点地址相继压入堆栈。目的：在中断处理完后返回主程序时，恢复原程序运行状态。 ⑶开中断。目的：允许更高级中断请求能够及时得到响应，实现中断嵌套。 ⑷转入中断服务程序。目的：完成的最终目的。 ⑸ 退出中断。返回到主程序的执行。 null2．中断服务程序 中断处理过程流程图null3．多重中断处理 多重中断是指在处理某一中断过程中又发生了新的中断，从而中断该服务程序的执行，又转去新的中断处理。这种重叠处理中断的现象又称为中断嵌套。3级中断服务主程序m+1(IP) m+1(CS) PSWm两级嵌套的情况:k+1(IP) k+1(CS) PSWknull8.3 8086中断系统 1．内部中断 ⑴ 单步中断，中断号为01H。当TF为1时，每执行一条指令后立即产生1号中断。8.3.1 8086的中断分类:内部中断和外部中断。 ⑵ 断点中断，中断号为03H。用这种方法在程序调试中设置断点。⑶ 溢出中断，中断号为04H。若OF=1，则执行INTO指令，INTO指令经常安排在运算指令之后。⑷ 除数为0中断，中断号为0H。当除法指令所得商大于机器能表示的最大值，则立即产生0号中断。 ⑸ 指令中断，即CPU执行INT n指令。 null2．外部中断:又可分为非屏蔽中断和可屏蔽中断，分别通过外部中断请求线NMI和INTR引入。 ⑴ 非屏蔽中断:通过CPU的NMI引脚引入,。不受中断允许标志位IF的影响，用于处理紧迫事件，如掉电、存储器错误或总线极性错误等紧急事态。中断号2。CPU在执行NMI中断服务时不允许响应INTR引脚上出现的中断请求,所以IF=0 。 ⑵ 可屏蔽中断:通过CPU的INTR引脚引入。 特点：① 请求信号经中断控制器判优后再送往CPU； ② CPU可通过对中断标志位IF置位或复位来允许或禁止INTR请求；③ 由中断控制器向CPU提供中断类型码；④ 可屏蔽中断允许嵌套。null8086中断系统的各中断源分类示意图 优先级别：除单步中断外，所有内部中断的优先级最高，其次为不可屏蔽中断、可屏蔽中断，单步中断的优先级最低。 null8.3.2 中断向量和中断向量表 每个中断向量（段地址和偏移量）占4个字节，256个中断向量共占1K个单元。 null8.3.3 8086硬件中断的响应时序 1．8086硬件中断的响应过程 ⑴ CPU从数据总线上读取中断类型码并存入暂存器； ⑵ 标志寄存器值压栈保护； ⑶ IF和TF清零，即禁止单步执行中断服务程序； ⑷ 保存断点，即将断点地址（CS，IP）压栈保护； ⑸ 根据中断类型码从中断向量表中取出中断向量，转入中断服务程序执行。 nullNN返回断点① null8.3.4 软件中断 软件中断有如下特点： 1．INT n 指令，中断类型码是 n。3．软件中断不受IF的影响。2．不执行中断响应总线周期，不读取中断类型码。5．软件中断没有随机性，这是因为软件中断是由程序中的中断指令引起的，何时执行，是事先知道的，所以软件中断失去了随机性。4．可进行中断嵌套，即可以响应非屏蔽中断；当被软件中断调用的中断处理子程序使IF=1时，那么也可响应屏蔽中断的高优先级请求。null8.4 中断控制器8259A 8.4.1 8259A的引脚信号、编程结构和工作原理 可对8个中断源实现优先级控制 9片对64个中断源实现优先级控制 可编程设置不同工作方式 向x86提供不同中断类型码null1．8259A的外部引脚信号 VCC和GND是电源和地，接+5V。 D7～D0：8根数据引线。在系统中，D7～D0和数据总线的低8位相连，从而实现和CPU的数据交换。INT：中断请求引线，在系统中，它与CPU的INTR相连，以向CPU发出中断请求信号。 null在8086系统中，数据总线DB为16位，只用低8位数据线进行连接，为保证数据都从低8位传送，这样需用地址线A1与8259A的A0连接，用两个相邻的偶地址来作为8259A的端口地址。 null2．8259A的结构和工作原理null☆中断请求寄存器IRR：保存从IR0～IR7来的中断请求信号，某位=1表示对应的IRi有中断请求 ☆中断服务寄存器ISR：保存所有正在服务的中断源，某位=1表示对应的IRi中断正在被服务 ☆中断屏蔽寄存器IMR：存放中断屏蔽字，某位=1表示对应的IRi输入被屏蔽 ☆中断优先权判别电路：确定是否向CPU发出中断请求，中断响应时确定ISR的哪位应置位及把相应中断的类型码放到数据总线上。 ☆级连逻辑：当引入的中断超过8级时，用多片8259A级联，构成主从关系。null⑵ 工作原理。 8259A对中断请求的处理过程如下： 当某IRi有效时，IRR相应位置1 若有效的IRi未被屏蔽，则向CPU发出中断请求 检测到第1个INTA#信号后，置ISRi=1，IRRi=0 检测到第2个INTA#信号后，把ISRi=1中最高优先级的中断类型码放到DB上 若工作在AEOI方式，在第2个INTA#结束时，使ISRi复位；否则由CPU发出EOI命令使ISRi复位null3. 8259A的工作方式 ⑴ 设置优先级的方式：有全嵌套方式、特殊全嵌套方式、优先级自动循环方式和优先级特殊循环方式等4种优先级方式。 ☆全嵌套方式：IR0的级别最高，IR2的级别次之，……，IR7的级别最低。 加电后8259A的默认方式，默认优先级顺序从高到低为IR0～IR7 null☆特殊全嵌套方式：特殊全嵌套方式一般用在多片8259A级连的系统中。使主片8259A工作在特殊全嵌套方式，但从片工作在其它优先级方式。对来自同一从片的较高优先级请求也会开放。 ☆优先级自动循环方式：一个中断源受到中断服务以后，它的中断优先级自动降为最低。 null☆普通屏蔽方式：在普通屏蔽方式中，根据需要，可通过编程设置操作命令字OCW1(屏蔽寄存器)屏蔽不需要响应的中断。程序也可以撤消对某些中断的屏蔽。⑵ 屏蔽中断源的方式：普通屏蔽方式和特殊屏蔽方式。 ☆特殊屏蔽方式：当CPU正在处理某级中断时，要求仅对本级进行屏蔽，而允许其它优先级高的或低的中断进入系统，这被称作特殊屏蔽方式。 ☆优先级特殊循环方式:在运行过程中，8个中断优先级自动循环。 优先级的方式是通过对8259A的操作命令字OCW2来设置的。 null☆中断自动结束方式:系统一进入中断过程，在第二个中断响应信号结束时，8259A就自动将ISR相应位清0。 因不保留当前正在服务的中断的状态，故AEOI不能用于中断嵌套方式⑶ 结束中断处理的方式：当某一IRi中断被服务时，ISR中的相应位ISRi=1。当服务结束后，则必须清零该ISRi位。使ISRi=0是通过向8259A发出中断结束命令（EOI命令）实现的。有三种中断结束方式： 自动EOI（AEOI）——中断自动结束方式 非指定EOI（NSEOI）——一般中断结束方式 指定EOI（SEOI）——特殊的中断结束方式 null☆一般中断结束方式：用于普通全嵌套方式的情况下。 由CPU发出正常EOI命令，该EOI命令使ISRi=1的位中优先级最高的那一位复位。☆特殊的中断结束方式：用于优先级自动循环方式或优先级特殊循环方式中。通过对8259A偶地址端口输出操作命令字OCW2来实现。 由CPU发出一条特殊的中断结束命令，该EOI命令中指出了所要复位的ISR的位号。null⑷连接系统总线的方式：缓冲方式和非缓冲方式。 ☆ 缓冲方式：在多片8259A的系统中，8259A通过总线缓冲器和数据总线连接，即为缓冲方式。 null☆非缓冲方式：非缓冲方式是相对于缓冲方式而言的。当系统中只有一片或很少几片8259A时，可将8259A的数据线直接与系统总线相连。 null⑸ 引入中断请求的方式：有下列三种 。 ☆边沿触发方式 ： IRi出现上升沿表示有中断请求 ☆电平触发方式：IRi出现高电平表示有中断请求。 在第1个INTA#结束前，IRi必须保持高电平☆中断查询方式：CPU通过查询8259A状态来确定是否有中断申请，并判别是哪个中断源。null8.4.2 8259A的初始化命令字和操作命令字 8259A有4个初始化命令字和3个操作命令字，用于对8259A进行编程。 1．8259A的初始化命令字：由初始化程序填写⑴ ICW1——芯片控制初始化命令字。写入8259A的偶地址端口(A0=0)。ICW1的格式如下： D7～D5：一般不用。 D4=1：为ICW1的标志位，D4=1表示为初始化命令字ICW1，而不是操作命令OCW2和OCW3。 nullD3 (LTIM)：设置中断请求信号(IRi引脚)的触发方式。LTIM=0：边沿触发方式；LTIM=1：电平触发方式。 D2 (ADI)：在8086/8088系统中不用。 D1 (SNGL)：用来指示本片是否与其他8259A处于级连方式。当系统中只有一片8259A时，使D1=1；当系统中有多片8259A时，应使D1=0。 D0 (IC4)：用来指出后面是否设置ICW4。当IC4=0，则后面不需要设置ICW4；若使IC4=1，后面需要设置ICW4。在8086/8088系统中要求必须使用ICW4命令字，所以IC4必须设置为1。 null⑵ ICW2——中断类型码初始化命令字:用来设置中断类型码。写入8259A的奇地址端口(A0=1)。 ICW2的高5位为中断类型码的高5位，低3位由引入中断的引脚序号决定。 例如：ICW2的值为40H，则8259A的IR0～IR7对应的8个中断类型码为：40H，41H，42H，…，47H。如果设置ICW2的高5位为01001B，则8259A对应的8个中断类型码为：48H，49H，4AH，4BH，…，4FH。 null⑶ ICW3——主从片标识字初始化命令字:标识主/从片的初始化命令字，ICW3要求写入8259A的奇地址口，跟在ICW2后设置。 主片ICW3的格式如下： 从片ICW3的格式如下： IRi=1：表示IRi引脚上连有从片；IRi=0：表示IRi引脚上无从片连接。D2～D0：为从片标识符。D2～D0的组合决定哪个中断请求输出到INT脚。 如从片的INT 引脚连在主片的IR5引脚上，则此从片的ICW3中的D2～D0应设置为101B。 null⑷ICW4——方式控制初始化命令字:ICW4要求写入8259A的奇地址口，当只有在ICW1中的第0位(IC4)为1时，才有必要设置ICW4。D7 D6 D5：ICW4的标志位，这三位总是为0。 D4 (SFNM)：用来定义在级连方式下是否采用特殊全嵌套方式。SFNM=0：非特殊全嵌套方式；SFNM=1：特殊全嵌套方式。在非级连方式下，D4 (SFNM)位无效。nullD3 (BUF)：用来指示是否采用缓冲方式。BUF=0：非缓冲方式；BUF=1： D2 (M/S)：在缓冲方式下，该位用来规定本片为主片还是从片。BUF位、M/S位和/信号线之间的关系如下： D1 (AEOI)：中断结束方式。AEOI=0：8259A被设置为正常结束方式；AEOI=1：8259A被设置为中断自动结束方式 。 null2．8259A的初始化流程null例1：当8086/8088系统中8259A单级使用，其端口地址是80H和81H。 要求：需要设置ICW4，单级使用、不需要设置ICW3、中断请求为边沿方式；中断类型码为30H～37H；非缓冲方式和一般中断结束方式。初始化程序如下：MOV AL， 13H ；设置ICW1=00010011B OUT 80H， AL ；写入偶地址端口。 MOV AL， 30H ；设置ICW2=00110000B， OUT 81H， AL ；写入奇地址端口。 MOV AL， 01H ；设置ICW4=00000001B： OUT 81H， AL ；写入奇地址端口。null3．8259A的操作命令字：3个，即OCW1～OCW3 Mi=1，表示屏蔽相应的中断请求(IRi)；Mi=0，表示允许相应的中断请求(IRi) ⑴ OCW1——中断屏蔽操作命令字：实现中断屏蔽功能 例如：OCW1=03H(00000011B)，则IR1和IR0引脚上的中断请求被屏蔽，其它引脚上的中断请求则允许。 nullD4 D3=00：为OCW2的标志。 D7 (R)：决定系统中断优先级是否按循环方式设置。若R=1，采用优先级循环方式；若R=0，非循环方式。 D6 (SL)：决定了OCW2中的L2、L1、L0是否有效，若SL=1，表示由L2、L1、L0设定的优先级有效； D5 (EOI)：中断结束命令。 ⑵ OCW2——工作方式操作命令字：用来设置优先级循环方式和中断结束方式 nullD2 、D1 、D0 (L2、L1、L0)有两个用途：一是当OCW2给出特殊的中断结束命令时，L2、L1、L0指出要清除当前中断服务寄存器ISR中的哪一位；二是当OCW2给出特殊的优先级循环方式命令字时，L2、L1、L0指出循环开始时，哪一个中断的优先级最低（SL=1）。nullD4、D3=01：为OCW3标志，用来和OCW2区别； D6 (ESMM)：特殊屏蔽模式允许位。 D5 (SMM)：特殊屏蔽模式位。 ⑶ OCW3——工作方式操作命令字：设置和撤消特殊屏蔽方式、设置中断查询方式和设置8259A内部寄存器的读命令。 nullD7：无用。 D2 (P)：查询方式位。 当CPU往8259A发出查询命令后，再执行一条输入指令，就得到查询字，查询字中表明了当前外设有没有中断请求，当前优先级最高的中断请求到底是哪一个中断源。 例如：当前优先级次序为IR5、IR6、IR7、IR0、IR1、IR2、IR3、IR4，而在IR2和IR6引脚上又有中断请求，得到如下的查询字：1××××110B null【例8.2】8259A单片系统，管理8级中断，边沿触发，全嵌套，设定0级中断请求对应的中断类型为8，8259的端口地址为20H。 则初始化程序如下： MOV AL，13H ；ICW1 00010011 OUT 20H，AL MOV AL，08H ；ICW2 00100000 OUT 21H，AL MOV AL，01H ；ICW4 00000001 OUT 21H，AL分析： ICW1 = 00010011， ICW2 = 00100000 ICW4 =00000001null【例8.3】两片8259级连，15级中断，主片偶地址口为20H，从片偶地址口为A0H，边沿触发，全嵌套中断，从片INT端接主片的IR2，主片中断类型为8～FH，从片为：70H～77H。进行初始化编程。 主片初始化： MOV AL，11H OUT 20H，AL MOV AL，08H OUT 21H，AL MOV AL，04H OUT 21H，AL MOV AL，11H OUT 21H，AL 从片初始化： MOV AL，11H OUT 0A0H，AL MOV AL，70H OUT 0A1H，AL MOV AL，02H OUT 0A1H，AL MOV AL，11H OUT 0A1H，AL