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1、第8章 中断系统,8.1 概 述 8.2 80X86中断系统 8.3 中断控制器8259A,8.1 概 述 8.1.1 中断的基本概念,1中断和中断源 所谓“中断”是指CPU中止正在执行的程序，转去执行请求CPU为之服务的内、外部事件的服务程序，待该服务程序执行完后，又返回到被中止的程序中继续运行的过程。 引起CPU中断的事件称为“中断源”。常见的中断源有： 外部设备的请求，如CRT终端、键盘、打印机等； 由硬件故障引起的，如电源掉电，硬件损坏等； 实时时钟，如定时器芯片等； 由软件引起的，如程序错、运算错、为调试程序而设置的断点等。,8.1.2 中断处理过程,1中断请求 2中断判优 3中断响
2、应,2中断系统的功能： 能实现中断响应、中断服务及中断返回。 能实现中断优先权排队 能实现中断嵌套,通常中断响应的操作过程应包括（由硬件实现）： 保留断点地址 关闭中断允许（关中断） 转入中断服务程序 4中断处理 （由中断服务程序完成 ） 开中断*（弱允许中断嵌套） 保护现场 完成中断服务 恢复现场 5. 中断返回,8.1.3 中断优先级(优先权),1软件查询方式,2链式优先权排队（菊花链法）,3可编程中断控制器,中断控制器是集中断请求、中断屏蔽、中断判优、中断源类型码提供等功能于一身的专用大规模集成芯片。 采用可编程中断控制器是当前微型计算机中解决中断的最常用方案。Intel公司的8259A
3、，就是具有上述功能的可编程中断控制器。,8.2 80 x86中断系统,80 x86的中断系统可处理256种个中断源。这些中断源可分为两大类： 外部中断（硬件中断） 内部中断（软件中断）,8.2.1 外部中断（硬件中断）,1、可屏蔽中断INTR 受CPU中断允许标志位IF的控制，即IF=1时，CPU才能响应INTR引脚上的中断请求。 复习：CLI 功能：IF 0 STI IF 1,当可屏蔽中断被响应，CPU需执行7个总线周期，才转入中断服务程序。即：,(1)在第一个总线周期内通知外部中断系统CPU已响应； (2)在第二个总线周期，从中断源读取中断类型号； (3)执行一个总线写周期，将标志寄存器内
4、容压栈，同时使IF为0，TF为0； (4)执行一个总线写周期，把CS内容压栈； (5)执行一个总线写周期，把当前IP内容压栈； (6)执行一个总线读周期，从中断向量表中读取中断服务程序的偏移地址并送IP； (7)执行一个总线读周期，从中断向量表中读取中断服务程序的段地址并送CS。,2、非屏蔽中断,非屏蔽中断NMI信号连到CPU的NMI引脚，它不受CPU中断允许标志位IF的控制； 中断类型号为2； PC机系统中，NMI被用于检查系统RAM的奇偶错，或I/O通道中扩展选件板上的奇偶校验错等。,8.2.2 内部中断（软件中断）,除法错中断：执行除法指令时，若除数为0或商超过寄存器所能表达的范围，则C
5、PU立即产生一个中断类型号为0的中断。 溢出中断：如果上一条指令使溢出标志位OF为1，则执行INTO指令产生中断，溢出中断的中断类型号为4。 INT n指令中断：在执行中断指令INT n时产生的一个中断类型号为n的内部中断。 单步中断：当单步标志（陷阱标志）TF置“1”时，80 x86处于单步工作方式。在单步工作时，每执行完一条指令，CPU自动产生中断类型号为1的中断。 断点中断：断点中断是80 x86提供的一种调试程序的手段。用于设置程序中的断点，中断类型号为3。,中断优先级（由高到低）：,除法错、溢出、INT n指令、断点中断 非屏蔽中断 可屏蔽中断INTR 单步中断,8.2.3 中断向量
6、表,中断向量表是存放中断服务程序入口地址的表格。它存放于系统内存的最低端，共1024个字节，每4个字节存放一个中断服务程序的入口地址。 CPU响应中断后，将中断类型号4，在中断向量表中“查表”得到中断服务程序入口地址，分别送CS和IP，从而转入中断服务程序。,设置中断向量的方法：,1、将中断服务程序的入口地址直接写入中断向量表中的相应单元 MOV AX , 0000H MOV DS , AX MOV SI , 中断类型号 * 4 MOV AX , 中断服务程序偏移地址 MOV SI, AX MOV AX , 中断服务程序段地址 MOV SI+2 , AX,2、二是利用DOS功能调用完成中断向量
7、的设置 中断向量设置(DOS功能调用 INT 21H) 功能号：AH=25H 入口参数：AL=中断类型号， DS:DX=中断向量(段地址:偏移地址) 获取中断向量(DOS功能调用 INT 21H) 功能号：AH=35H 入口参数：AL=中断类型号 出口参数：ES:BX=中断向量(段地址:偏移地址),8.2.4 80 x86中断响应过程,8.3 中断控制器8259A,在PC/XT微机系统中使用了一片8259A，在PC/AT微机系统中使用了两片8259A。目前的PC系列微机，其外围接口芯片（如80C286）都集成有与两片8259A相当的中断控制电路。,8.3.1 8259A的功能, 具有8级优先权
8、控制，通过级联可扩展至64级。 每一级均可通过编程实现屏蔽或开放。 能向CPU提供相应的中断类型号。 可通过编程选择不同的工作方式。,8.3.2 8259A的内部结构和引脚特性,1. 重要的寄存器,中断请求寄存器（IRR）:用于寄存外部设备提出的中断请求，当IR0IR7中任何一个变为高电平，IRR中的相应位置“1”。 中断服务寄存器（ISR）：用于寄存所有正在被服务的中断请求，8259A在接收到第一个信号后，使当前被响应的中断请求所对应的ISR置“1”，而相应的IRR复位。在中断嵌套时，ISR中有多个位为“1”。 中断屏蔽寄存器（IMR）：用于寄存要屏蔽的中断。某位为“1”，表示屏蔽相应中断请
9、求，为“0”，表示开放相应中断请求。,2. 需要说明的引脚：,A0：地址线，输入，在使用中8259A占用相邻两个端口地址，A0与 配合，A0=1选中奇地址端口，A0=0选中偶地址端口。在80X86的PC系列机中，主片8259A的端口地址为20H和21H。 CAS2CAS0：级联信号线，对主片8259A，它为输出；对从片8259A，它为输入。主、从片8259A 的CAS2CAS0对应相连，主片8259A在第一个响应周期内通过CAS2CAS0送出识别码，而和此识别码相符的从片8259A在接收到第二个信号后，将中断类型码发送到数据总线上。 / ：从编程/缓冲器允许信号，双向。 / 作为输入还是输出，
10、取决于8259A是否采用缓冲方式，若采用缓冲方式， / 作为输出，反之，作为输入。作为输入的 使用时，用于区分主、从片8259A。主片8259A的=1，从片8259A的=0。作为输出的 使用时，作为数据总线缓冲器的使能信号。 INT：中断请求信号，输出。与CPU的INTR引脚连接。 ：中断响应信号，输入。与CPU的 引脚连接。,8.3.3 8259A的工作方式,1. 中断嵌套方式 （1）全嵌套方式。全嵌套方式是8259A最常用的一种工作方式，中断优先级别固定，IR0最高，IR7最低。当IRi中断请求响应时，相应的ISRi位置1，在中断服务过程中禁止同级和优先级低于本级的中断请求。 （2）特殊全
11、嵌套方式。特殊全嵌套方式与全嵌套方式基本相同，只是在特殊全嵌套方式下，可响应同级的中断请求。特殊全嵌套方式一般用于8259A的级联情况。,2. 循环优先方式,（1）优先级自动循环方式。初始时，优先次序为IR0IR7，IR0最高，IR7最低。当某级中断响应后，则优先级降为最低。而其后的与之相邻的优先级升为最高。如，IR3响应后的优先级次序变为IR4，IR5，IR6，IR7，IR0，IR1，IR2，IR3。 （2）优先权特殊循环方式。优先权特殊循环方式与优先权循环方式相比仅有一点不同，就是在优先权特殊循环方式下，一开始的最低优先权是由编程确定的。,3中断屏蔽方式,（1）普通屏蔽方式。这种屏蔽方式是
12、通过编程将中断屏蔽字写入IMR而实现的。若写入某位为1，则对应的中断请求被屏蔽；为0，则对应的中断请求被开放。 （2）特殊屏蔽方式。在执行较高级的中断服务时，希望开放较低级的中断请求。采用普通屏蔽方式是不能实现这一要求的，因为用普通方式时，即使把较低级的中断请求开放，但由于ISR中当前正在服务的较高中断级的对应位仍为“1”，它会禁止所有优先级比它低的中断请求。采用特殊屏蔽方式，可在中断服务程序中用中断屏蔽命令字来屏蔽当前正在服务的中断级别（即设置IMR的相应位为“1”），同时使ISR中对应位清“0”，这样就不但屏蔽了当前正在服务的中断级，同时真正开放了其它优先级较低的中断请求。,4结束中断处理
13、方式,8259A有两种不同的结束中断处理方式： （1）自动中断结束方式（AEOI）。此种方式只能用于单片8259A的系统中，8259A在第二个 信号的上升沿，自动清除ISR的相应位。显然AEOI只能用于不允许中断嵌套的情况下。 （2）非自动中断结束方式（EOI）。在这种工作方式下，中断服务程序返回前，必须向8259A发送中断结束命令，清除ISR的相应位，表示该中断处理的结束。,5程序查询方式,（1）边沿触发方式 （2）电平触发方式,6中断请求触发方式,设置查询方式的过程为：写入查询方式命令字，然后读取8259A的查询字（IRR寄存器）。I=1（D7）表示有中断请求，W2W1W0表示8259A请
14、求服务的最高优先级编码。,8.3.4 8259A的编程,18259A的初始化命令字 （1）初始化命令字ICW1,D3（LTIM）表示中断请求信号起作用的触发方式。D3=1为电平触发，D3=0为边沿触发。 D1（SNGL）表示系统是使用单片8259A还是多片8259A。D1=1为单片，D1=0为多片。 D0（ICW4）表示是否需要ICW4。D0=1为需要，D0=0为不需要。 D2（ADI）在80808085CPU模式下用，80 x86 CPU模式下不用。,（2） 初始化命令字ICW2,设定8259A的中断类型号,D7D3为中断类型号的高5位，由用户给出。低3位由8259A按IR0IR7三位编码值
15、自动填入。,（3）初始化命令字ICW3（多片时需要）,8259A作为主片的格式：（Di=1表示IRi接有从片）,8259A作为从片的格式：,表示从片的INT输出与主片8259A中的哪一个IRi相连接,（4) 初始化命令字ICW4,D0（PM）：D0=1为80 x86系统，D0=0为80808085系统。 D1（AEOI)：表示是否采用自动结束中断方式，D1=1为自动中断结束方式，D1=0为非自动中断结束方式。 D2（M/S）：D2=1为主片，D2=0为从片。 D3（BUF）：D3=1表示有缓冲器D3=0表示没有缓冲器。(决定8259A和系统数据总线之间是否有缓冲器) D4（SFNM）：D4=1
16、为特殊全嵌套方式，D4=0为全嵌套方式。（用于设定级联方式下的优先权管理方式）,写入初始化命令字的流程：,28259A的操作命令字,（1） 操作命令字OCW1（屏蔽操作命令字）,Mi=1表示IRi上的中断请求被屏蔽,（2）操作命令字OCW2（中断方式命令字）,D7（R）：中断排队是否循环的标志。R=1为优先级循环方式，R=0为固定优先级方式。 D6（SL）：选择L2L1L0编码是否有效的标志。若SL=1，则L2L1L0编码有效，若SL=0，则无效。 D5（EOI）：中断结束命令。D5=1时，则使现行的ISR中最高优先级的相应位复位（一般中断结束方式），或由L2L1L0指定的ISR相应位复位（特殊中断结束方式）。 D2D1D0（L2L1L0）：对应8个二进制编码，有两个作用：一是用在特殊EOI命令中，表示清除的是ISR的哪一位；另一是用在优先权特殊循环方式中，表示系统中最低优先级编码。,（3） 操作命令字OCW3（状态操作命令字）,D6D5：决定8259A是否工作于特殊屏蔽方式。D6D5为11时，8
