《微机原理中断技术幻灯片资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理中断技术幻灯片资料（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7.3 中 断 技 术,7.3.1 中断的基本概念 1中断的定义 在CPU执行程序的过程中，出现了某种紧急或异常的事件(中断请求)，CPU需暂停正在执行的程序，转去处理该事件(执行中断服务程序)，并在处理完毕后返回断点处继续执行被暂停的程序，这一过程称为中断。断点处是指返回主程序时执行的第一条指令的地址。中断过程如图7.10所示。为实现中断功能而设置的硬件电路和与之相应的软件，称为中断系统。,图7.10 中断过程示意图,2中断源 任何能够引发中断的事件都称为中断源，可分为硬件中断源和软件中断源两类。硬件中断源主要包括外设(如键盘、打印机等)、数据通道(如磁盘机、磁带机等)、时钟电路(如定时计数
2、器8253)和故障源(如电源掉电)等；软件中断源主要包括为调试程序设置的中断(如断点、单步执行等)、中断指令(如INT 21H等)以及指令执行过程出错(如除法运算时除数为零)等。,图7.11 中断请求与屏蔽接口电路,当外设准备好一个数据时，便发出选通信号，该信号一方面把数据存入接口的锁存器中，另一方面使中断请求触发器置1。此时，如果中断屏蔽触发器Q端的状态为1，则产生了一个发往CPU的中断请求信号INT。中断屏蔽触发器的状态决定了系统是否允许该接口发出中断请求。可见，要想产生一个中断请求信号，需满足两个条件：一是要由外设将接口中的中断请求触发器置1，二是要由CPU将接口中的中断屏蔽触发器Q端置
3、1。,2) 中断响应 CPU在每条指令执行的最后一个时钟周期检测其中断请求输入端，判断有无中断请求，若CPU接收到了中断请求信号，且此时CPU内部的中断允许触发器的状态为1，则CPU在现行指令执行完后，发出INTA信号响应中断。从图7.11中可以看到，一旦进入中断处理，立即清除中断请求信号。这样可以避免一个中断请求被CPU多次响应。 图7.12给出了CPU内部产生中断响应信号的逻辑电路。对于8086/8088 CPU可以用开中断(STI)或关中断(CLI)指令来改变中断允许触发器(即IF标志位)的状态。,图7.12 CPU内部设置中断允许触发器,3) 保护断点 CPU一旦响应中断，需要对其正在
4、执行程序的断点信息进行保护，以便在中断处理结束后仍能回到该断点处继续执行。对于8086/8088 CPU，保护断点的过程由硬件自动完成，主要工作是关中断、将标志寄存器内容入栈保存以及将CS和IP内容入栈保存。,4) 中断处理 中断处理的过程实际就是CPU执行中断服务程序的过程。用户编写的用于CPU为中断源进行中断处理的程序称为中断服务程序。由于不同中断源在系统中的作用不同，所要完成的功能不同，因此，不同中断源的中断服务程序内容也各不相同。例如，对于图7.11所示的输入设备，其中断服务程序的主要任务是用输入指令(IN)从接口中的数据端口向CPU输入数据。,另外，主程序中有些寄存器的内容在中断前后
5、需保持一致，不能因中断而发生变化，但在中断服务程序中又用到了这些寄存器，为了保证在返回主程序后仍能从断点处继续正确执行，还需要在中断服务程序的开头对这些寄存器内容进行保护(即保护现场)，在中断服务程序的末尾恢复这些寄存器的内容(即恢复现场)。保护现场和恢复现场一般用PUSH和POP指令实现，所以要特别注意寄存器内容入栈和出栈的次序。,5) 中断返回 执行完中断服务程序，返回到原先被中断的程序，此过程称为中断返回。为了能正确返回到原来程序的断点处，在中断服务程序的最后应专门放置一条中断返回指令(如8086/8088的IRET指令)。中断返回指令的作用实际上是恢复断点，也就是保护断点的逆过程。,7
6、.3.2 中断优先级和中断的嵌套 1中断优先级 中断请求是随机发生的，当系统具有多个中断源时，有时会同时出现多个中断请求，CPU只能按一定的次序予以响应和处理，这个响应的次序称为中断优先级。对于不同级别的中断请求，一般的处理原则是： (1) 不同优先级的多个中断源同时发出中断请求，按优先级由高到低依次处理。,(2) 低优先级中断正在处理，出现高优先级请求，应转去处理高优先级请求，服务结束后再返回原优先级较低的中断服务程序继续执行。 (3) 高优先级中断正在处理，出现低优先级请求，可暂不响应。 (4) 中断处理时，出现同级别请求，应在当前中断处理结束以后再处理新的请求。,2中断优先级的确定 在微
7、机系统中通常用三种方法来确定中断源的优先级别，即软件查询法、硬件排队电路法和专用中断控制芯片法。本节简要介绍前两种方法，第三种方法将在本章的最后一节作详细介绍。 1) 软件查询法 软件查询法需要简单的硬件电路支持。以8个中断源为例，其硬件电路如图7.13所示，将8个外设的中断请求组合起来作为一个端口(中断寄存器)，并将各个外设的中断请求信号相或，产生一个总的INT信号。,任一个外设有中断请求，该电路都可向CPU发中断请求信号(INT)，CPU响应后进入中断处理程序，在中断处理程序的开始先把中断寄存器的内容读入CPU，再对寄存器内容进行逐位查询，查到某位状态为1，表示与该位相连的外设有中断请求，
8、于是转到与其相应的中断服务程序，同时该外设撤消其中断请求信号。软件查询方式的流程图如图7.14所示。,图7.13 软件查询法的硬件电路,图7.14 软件查询方式的流程图,对于图7.13所示电路，设中断寄存器端口号为n，则软件查询的程序段如下： IN AL，n TESTAL，80H ；1号外设有请求? JNZ II1；有，转1号中断服务程序 TEST AL，40H ；2号外设有请求? JNZ II2 ；有，转2号中断服务程序,可以看出，采用软件查询方式，各中断源的优先级是由查询顺序决定的，最先查询的设备，其优先级最高，最后查询的设备，其优先级最低。采用软件查询方式的优点是节省硬件。但是，由于CP
9、U每次响应中断时都要对各中断源进行逐一查询，所以其响应速度较慢。对于优先级较低的中断源来说，该缺点更为明显。,2) 硬件排队电路 采用硬件排队电路法，各个外设的优先级与其接口在排队电路中的位置有关。常用的硬件优先权排队电路有链式优先权排队电路、硬件优先级编码加比较器的排队电路等。图7.15给出了一个链式优先级排队电路。,图7.15中，当响应信号沿链式电路进行传递时，最靠近CPU并发出中断请求的接口将首先拦截住响应信号，CPU进入相应外设的中断处理程序，在服务完成后，该外设撤消其中断请求，解除对下一级外设的封锁。例如，当CPU收到中断请求信号并响应中断时，若1号外设有中断请求(高电平)，则立即向
10、1号外设接口发出应答信号，同时封锁2号、3号等外设的中断请求，转去对1号外设服务；若1号外设没有中断请求，而2号外设有中断请求时，响应信号便传递给2号外设，向2号外设接口发出应答信号，同时封锁3号外设的中断请求；若CPU在为2号外设进行中断服务时1号外设发出了中断请求，CPU会挂起对2号外设的服务转去对1号外设服务，1号外设处理结束后，再继续为2号外设服务。,图7.15 链式中断优先级电路,上述两种方法虽然可以解决中断优先级控制问题，但实现起来在硬件和软件上都要做大量的工作，十分麻烦。目前，最方便的办法就是利用厂家提供的可编程中断控制器，这样的器件在各种微机中得到普遍应用。本章后面将介绍广泛应
11、用于80 x86微机系统中的专用可编程中断控制芯片8259A。,3中断嵌套 CPU在执行低级别中断服务程序时，又收到较高级别的中断请求，CPU暂停执行低级别中断服务程序，转去处理这个高级别的中断，处理完后再返回低级别中断服务程序，这个过程称为中断嵌套，如图7.16所示。,图7.16 中断嵌套示意图,一般CPU响应中断请求后，在进入中断服务程序前，硬件会自动实现关中断，这样，CPU在执行中断服务程序时将不能再响应其他中断请求。为了实现中断嵌套，应在低级别中断服务程序的开始处加一条开中断指令STI。能够实现中断嵌套的中断系统，其软、硬件设计都非常复杂，如果采用了可编程中断控制器，就会方便很多。,7
12、.4 8086/8088中断系统,7.4.1 8086/8088的中断源类型 8086/8088 CPU可以处理256种不同类型的中断，每一种中断都给定一个编号(0255)，称为中断类型号，CPU根据中断类型号来识别不同的中断源。8086/8088的中断源如图7.17所示。从图中可以看出8086/8088的中断源可分为两大类：一类来自CPU的外部，由外设的请求引起，称为硬件中断(又称外部中断)；另一类来自CPU的内部，由执行指令时引起，称为软件中断(又称内部中断)。,图7.17 8086/8088中断源,1软件中断(内部中断) 8086/8088的软件中断主要有五种，分为三类。 1) 处理运算
13、过程中某些错误的中断 执行程序时，为及时处理运算中的某些错误，CPU以中断方式中止正在运行的程序，提醒程序员改错。 (1) 除法错中断(中断类型号为0)。在8086/8088 CPU执行除法指令(DIV/IDIV)时，若发现除数为0，或所得的商超过了CPU中有关寄存器所能表示的最大值，则立即产生一个类型号为0的内部中断，CPU转去执行除法错中断处理程序。,(2) 溢出中断INTO(中断类型号为4)。CPU进行带符号数的算术运算时，若发生了溢出，则标志位OF=1，若此时执行INTO指令，会产生溢出中断，打印出一个错误信息，结束时不返回，而把控制权交给操作系统。若OF=0，则INTO不产生中断，C
14、PU继续执行下一条指令。INTO指令通常安排在算术指令之后，以便在溢出时能及时处理。例如： ADD AX，BX INTO；测试加法的溢出,2) 为调试程序设置的中断 (1) 单步中断(中断类型号为1)。当TF=1时，每执行一条指令，CPU会自动产生一个单步中断。单步中断可一条一条指令地跟踪程序流程，观察各个寄存器及存储单元内容的变化，帮助分析错误原因。单步中断又称为陷阱中断，主要用于程序调试。 (2) 断点中断(中断类型号为3)。调试程序时可以在一些关键性的地方设置断点，它相当于把一条INT 3 指令插入到程序中，CPU每执行到断点处，INT 3 指令便产生一个中断，使CPU转向相应的中断服务
15、程序。,3) 中断指令INT n引起的中断(中断类型号为n) 程序设计时，可以用INT n指令来产生软件中断，中断指令的操作数n给出了中断类型号，CPU执行INT n指令后，会立即产生一个类型号为n的中断，转入相应的中断处理程序来完成中断功能。,2硬件中断(外部中断) 8086/8088 CPU有两条外部中断请求线NMI(非屏蔽中断)和INTR(可屏蔽中断)。 1) 非屏蔽中断NMI(中断类型号为2) 整个系统只有一个非屏蔽中断，它不受IF标志位的屏蔽。出现在NMI上的请求信号是上升沿触发的，一旦出现，CPU将予以响应。非屏蔽中断一般用于紧急故障处理。,2) 可屏蔽中断INTR 可屏蔽中断请求
16、信号从INTR引脚送往CPU，高电平有效，受IF标志位屏蔽，IF0时，对于所有从INTR引脚进入的中断请求，CPU均不予响应；另外，也可以在CPU外部的中断控制器(8259A)中以及各个I/O接口电路中对某一级中断或某个中断源单独进行屏蔽。,38086/8088中断源的优先级 8086/8088中断源的优先级顺序由高到低依次为：软件中断(除单步中断外)、非屏蔽中断、可屏蔽中断、单步中断。 在PC机系统中，外设的中断请求通过中断控制器8259A连接到CPU的INTR引脚，外设中断源的优先级别由8259A进行管理。,7.4.2 中断向量表 中断向量表是存放中断向量的一个特定的内存区域。所谓中断向量，就是中断服务程序的入口地址。对于8086/8088系统，所有中断服务程序的入口地址都存放在中断向量表中。 8086/8088可以处理256种中断，每种中断对应一个中断类型号，每个中断类型号与一个中断服务程序的入口地址相对应。每个中断服务程序的入口地址占4个存储单元，其中低地址的两个单元存放中断
