微机原理中断技术

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1、中断的定义 CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)，引起 CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(称为 中断服务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件处理完后又 返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。 中断源引起CPU中断的事件中断源。例如：外设请求输入输出数据，报告故障等事件掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时时间到等 中断源分为：外部中断、内部中断 内部中断：CPU内部执行程序时自身产生的中断外部中断：CPU以外的设备、部件产生的中断 8086/8088 的外部中断信号：INTR、NMIINTR可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控制。

2、IF=1 时，执行完当前指令后CPU对它作出响应。 NMI非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU都要响应此 中断请求信号。 中断过程四个步骤： 中断请求 中断响应 中断服务 中断返回 以下以外部中断 为主介绍这四个步骤。 1）中断请求外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到CPU的INTR或NMI引脚；中断请求信号：边沿请求，电平请求 例如，NMI为边沿请求，INTR为电平请求中断请求信号应保持到中断被处理为止；CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。在8086/8088系统中，外设的中断要经过8259A可编程中断控制器 (PIC)的排队判优后向CPU发出：(I/O接口) PIC CPU

3、中断源识别计算机中的中断源有很多，CPU必须识别是哪一个设备产生中断。识 别中断源有两个方法：软件查询。将中断信号从数据总线读入，用程序进行判别。中断矢量法。由中断源提供中断类型号，CPU根据类型确定中断 源。（8086/8088即采用此种方法） 2）中断响应 中断响应 CPU响应可屏蔽中断申请必须满足3个条件: 无总线请求； CPU被允许中断； CPU执行完现行指令若NMI 和 INTR 同时发生，则首先响应NMI 。 2）中断响应（续）CPU中断响应时，要做下述三项工作： 向中断源发出INTA 中断响应信号； 断点保护，包括CS 、IP 和FLAGS （ PSW ）。这主要是 保证中断结束

4、后能返回被中断的程序。 获得中断服务程序首地址（入口）。 如何得到中断处理程序的首地址？ 固定入口法 中断向量法 常用 IPL IPH CSL CSH FLAGL FLAGHSP进入中断服 务程序时3）中断处理（中断服务） 中断处理 CPU响应中断后要自动完成三项任务1、关闭中断； 2、CS、IP以及FR的内容推入堆栈； 3、中断服务程序段地址送入CS中，偏移地址送入IP中。 一旦CPU响应中断，就可转入中断服务程序之中。中断服务程序的结构如下：4）中断返回执行中断返回指令IRETIRET 指令将使CPU 把堆栈内保存的断点信息弹出到IP 、CS 和FLAG 中，保证被中断的程序从断点处能够继

5、续往下执行。 7.3 8086的中断系统 一、中断分类8086/8088系统中，可以处理256个不同类型的中断，其编号从 00H0FFH，称为中断类型号。 内中断： 除法出错 类型号0 自动产生 单步中断 类型号1 DEBUG执行T命令 断点中断 类型号3 DEBUG执行G命令 溢出中断 类型号4 执行 INTO INT n 类型号n(05H 0FFH)外中断: 不可屏蔽中断 类型号2 自动产生 可屏蔽中断 类型号(32 255) 由8259管理不可屏蔽中断所谓不可屏蔽中断就是用户不能通过CPU内的中断允许触发器 IF控制的中断，由8086CPU的NMI管脚引入。NMI中断请求采用上升沿 触发

6、方式，这种中断一旦产生，在CPU内部直接生成中断类型号02。 三、 可屏蔽中断可屏蔽中断就是用户可以控制的中断，其途径是通过对CPU内的 中断允许触发器IF的设置来禁止和允许CPU响应中断。可屏蔽中断由 8086CPU的INTR管脚引入。这种中断请求需要设备提供中断类型号， CPU响应中断后，取中断类型号的4倍作为中断服务入口地址表的地址，通过查表得到相应的中断服务程序首地址，转去执行相应的中 断服务程序。 四、中断向量的装入 8086的中断系统 与中断有关的控制线为：NMI、INTR、INTA8086系统的中断源内部中断除法溢出：类型号0，商大于目的操作数所能表达的范围时产生。单步中断：类型

7、号1，TF=1时产生（当前指令需执行完）断点中断：类型号3，这是一个软件中断，即INT 3指令。溢出中断：类型号4，这是一个软件中断，即INTO指令。软件中断：即INT n指令，类型号n(0-255)。外部中断非屏蔽中断NMI：类型号2，不可用软件屏蔽，CPU必须响应它。可屏蔽中断INTR：类型号由PIC提供。IF=1时CPU才能响应。 8086/8088 CPU的中断响应过程 内部中断响应过程 无INTA周期中断类型码固定或由指令给出响应过程主要步骤： PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取中断向量送入IP和CS 中断响应过程（续）外部中断响应过程非屏蔽中断，与内部

8、中断响应过程类似 可屏蔽中断 INTA（1），PIC进行优先级排队判优处理 INTA（2），PIC把中断类型码放到DB上，CPU读入 PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取中断向量送入IP和CS 8086系统中各中断的优先级优先级从高到低顺序如下： 内部中断 NMIINTR 单步中断 7.4 可编程中断控制器8259APIC，Programmable Interrupt Controller可对8个中断源实现优先级控制 可扩展至对64个中断源实现优先级控制 可编程设置不同工作方式根据中断源向x86提供不同中断类型码引脚分配及功能见教材8259A的内部结构 8259A的

9、内部结构IRR 中断请求寄存器 用来存放由外部输入的中断请求信号IR0IR7，允许多位置1。ISR 中断服务寄存器 保存、记录正在处理中的中断请求，当任何一级中断被响应， CPU正在执行它的中断服务程序时，ISR相应位置1。PR 优先级判别器 对保存在IRR中的中断请求进行优先级识别，送出最高级别中断 请求到ISR中；当出现多重中断时，PR判定是否允许所出现的中断去 打断正在处理的中断。IMR 中断屏蔽寄存器 实现对各级中断的有选择的屏蔽，当某位为1，表示禁止这一级 中断请求进入系统 7.5.1 8259A的工作过程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

10、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 7.5.2 8259A的工作方式8259A的工作方式有如下几类： 中断优先方式与中断嵌套 中断结束处理方式 屏蔽中断源的方式 中断触发方式 级联工作方式 中断优先方式与中断嵌套中断优先方式 两类优先级控制方式：固定优先级 和循环优先级 固定优先级方式 所有中断请求IRi 的中断优先级固定

11、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 中断优先方式与中断嵌套（续）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 中断优先方式与中断嵌套（续）中断嵌套方式 在中断处理过程中允许被更高优先级的事件所中断称为中断嵌 套。8259A 有两种中断嵌套方式： 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。特殊全嵌套方式 一中断正被处理时，允许同级或更高优

12、先级的事件可以打断 当前的中断处理过程而被服务。 注: 特殊全嵌套仅用于多个8259A级连时的主8259A，而不能用 于从属8259A或单8259A系统。 中断结束处理方式当某一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。三种EOI命令 自动EOI （AEOI ） （自动EOI 方式） 非指定EOI （NSEOI ） （正常EOI 方式） 指定EOI （SEOI ） （特殊EOI 方式 ） AEOI：在第2个INTA结束时，由8259A使ISRi自动复位；因不保留当前正在服务的

13、中断的状态，故AEOI不能用于中断嵌 套方式SEOI：由CPU 发出一条SEOI 命令，该EOI 命令中指出了所要 复位的ISR 的位号。 用于特殊屏蔽方式NSEOI ：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。 用于普通全嵌套方式 屏蔽中断源的方式IMR屏蔽字决定了允许或禁止某位IRi所对应的中断：IMi=1 禁止， IMi=0 允许。特殊屏蔽方式： 提供了允许较低优先级的中断能够得到响应的特殊手段。 原理 ：假定当前正在处理IR6 ，先进入特殊屏蔽方式，然后 设置IM6=1。这时，除IR6 外的所有中断请求均能得到响应。 特殊屏蔽方式中只

14、能用SEOI命令结束中断。 中断触发方式边沿触发IRi出现上升沿表示有中断请求 电平触发 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 级联工作方式单片8259A可支持8个中断源；采用多片8259A级连，可最多支持64个中断源。n片8259A可支持 7n+1个中断源；级连时只能有一片8259A为主片，其余的均为从属片；涉及到的8259A引脚包括：CAS0-CAS2SP/ENIRiINT 级连电路连接方法 7.5.3 8259A的编程使用8259A的控制命令分为初始化命令字ICWICW1ICW4向8259A写入ICW的过程称为初始化编程操作命令字OCW OCW1OCW3向8259A写入OCW的过程称为操作方式编程 8259A的初始化顺序 8259的初始化流程如图 注意次序不可颠倒 8259A的控制命令字初始化8259A必须从ICW1开始写ICW1意味着重新初始化8259A写入ICW1后，8259A的状态如下：清除ISR和IMR(全0)；将中断优先级设成初始状态：IR0最高，IR7最低；设定为一般屏蔽方式；采用非自动中断结束方式；状态读出逻辑预置为读IRR。 IC