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1、1第七章 中断系统7.1 中断系统的基本概念一、中断1、中断及中断源（1）定义中断：在 cpu 正常运行程序时，由于内部事件或外部事件所引起的 cpu 暂时停止正在运行的程序，转而去执行请求 cpu 服务的内部事件或外部事件的服务子程序，待该服务子程序处理完毕后又返回到被中止的程序继续运行，这个过程叫做中断。中断源：引起中断的原因或来源叫做中断源。（2）中断源的种类：故障中断，如电源掉电、内存奇偶错等；软件中断，如 cpu 执行某些指令或操作引起的中断；输入输出设备中断，如打印机、CRT、磁盘等；实时时钟，如定时器提供的实时信号等。2、中断系统的功能（1）能够正确识别中断请求，实现中断响应、中
2、断处理及中断返回。（2）能够实现中断优先级排队。（3）能够实现中断嵌套。二、中断过程1、可屏蔽中断与不可屏蔽中断分类：根据 cpu 处理中断的方法可分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。可屏蔽中断：是指能被 cpu 禁止的中断，即 cpu 能根据具体情况拒绝响应某些中断源的中断请求。 （一般是由 cpu 内部中断允许触发器进行控制的）不可屏蔽中断：不能被 cpu 禁止的中断，即不受 cpu 内部中断允许触发器的空合作，一旦中断源有请求，cpu 将立即响应进行处理。2、中断处理的全过程过程：中断请求、中断排队、中断响应、中断处理和中断返回。（1）中断请求外设进行中断请求条件：一是外设要求 cpu 服务；
3、二是该外设不被中断系统屏蔽。（2）中断排队定义：发生在中断源之间，是中断系统根据中断源的工作性质，分轻重缓急安排优先顺序，使 cpu 首先响应高一级中断，称为中断排队。2方法：软件排队（程序简单接口电路）硬件排队（包括优先权编码电路、优先权中断链排队、中断控制器）软件排队：使用软件查询的方式，优先查询优先级较高的中断请求。查询程序如下：首先查询电源故障是否有中断请求：有，则转向电源故障的处理程序；没有，才依次继续查询磁盘的中断请求等。最后查询打印机的中断请求。程序如下：or al，alout 50h，al ；送屏蔽位，开放所有中断in al，40h ；读中断请求寄存器的内容test al，01
4、hjnz pnftest al，02hjnz disstest al，04hjnz lltest al，80hjnz pp硬件排队：通过硬件排队电路判断和确定中断源的优先级。菊花链结构：越靠近 cpu 的接口设备其优先级越高，排在菊花链中较后的接口设备其优先级越低。微机中常用的方法是：采用可编程的中断控制器 8259A。3、中断响应定义：cpu 的中断系统为优先级最高的中断请求服务时，查找相应的中断服务程序入口地址的过程，称为中断响应。条件：可屏蔽中断：一是 cpu 内部处于开中断状态，二是在 cpu 执行的现行指令结束后。非屏蔽中断：cpu 执行的现行指令结束后。4、中断处理（1） 关中断（
5、硬件）（2） 保留断点（硬件）（3） 转向中断服务程序的入口地址（硬件）（4） 执行中断服务程序（软件）中断处理子程序应注意的几点：（1） 保护现场：中断处理子程序的开始要将有关的各个寄存器的内容和标3志寄存器推入堆栈保护起来。（2） 开中断（用指令开中断）：目的是实现中断嵌套。（3） 关中断：为保证正确恢复现场，此期间禁止其他的中断请求。（4） 恢复现场：将程序开始保护的寄存器的内容恢复，以便主程序的运行。（5） 开中断：返回主程序后能继续响应新的中断请求。（6） 返回：最后一条指令必须是中断返回指令。5、中断返回：从堆栈中弹出断点地址，返回被中断的程序。7.2 8086 的中断结构一、中断
6、源的类型8086 中断系统特点：（1） 可以处理 256 种不同的中断。每个中断对应一个中断类型码，编号 0-255。（2） 按中断产生的方法分为：外部中断和内部中断。1、内部中断：也称软件中断，是由 cpu 的内部指令引起的中断。（1） 除法错中断：中断类型码为 0。（2） 单步执行中断：中断类型码为 1，一般用于 debug 调试。（3） 执行 into 指令产生中断：中断类型码为 4。（4） int n 指令中断：中断类型码为 n，告诉 cpu 调用哪个服务程序来处理此中断，n 的范围为 0-255 之间。2、外部中断定义：也称硬件中断，来自于 cpu 的中断引脚，目的是处理随机发生的外
7、部事件。分类：（1） 非屏蔽中断：特点： 通过 cpu 的 NMI 引脚引入，不受 cpu 内部中断允许标志 if 的影响，中断类型号为 2。 优先级较高，NMI 引脚出现中断请求时，cpu 执行完当前指令立即响应。 一般用于处理系统的重大故障，比如电源掉电、内存奇偶错等。（2） 可屏蔽中断：特点： 通过 cpu 的 INTR 引脚引入，受 cpu 内部中断允许标志 if 的影响。If为 1 时，响应；否则禁止。 通过可编程中断控制器 8259A 进行管理（可管理多个可屏蔽中断） 。二、中断向量表1、中断向量表4定义：在具有向量中断的微机系统中，每个外设都预先指定一些不同的中断向量码。当 cp
8、u 识别出某个外设的中断请求并予以响应时，控制逻辑就将该外设的中断向量码送入 cpu，以自动地提供相应的中断服务程序的入口地址，转入中断服务。中断向量表：8086 系统中，规定在内存的最低端 0 段的 0-03ffh 区域内的1KB 的空间存放一张中断向量表，用于存放各个中断源的中断处理程序的入口地址（称为中断向量） 。每个向量占 4 个字节，可存放 256 个中断向量。中断类型码与中断向量所在位置的关系公式：中断向量在中断向量表中的首地址中断类型号4注：（1）256 个中断源的前 5 个是专用中断：类型 0 是除数为 0 的中断，类型 1 是单步中断，类型 2 是非屏蔽中断，类型 3 是指令
9、中断中的断点中断，类型 4 为溢出中断。其他的中断类型可供中断指令和外部中断使用。（2）用户在对中断系统进行设计时，首先要将外设的中断服务子程序的入口地址填入到中断向量表中，以便 cpu 能够自动的得到中断服务程序的入口地址。中断向量的存取方法：（1）直接存取：用指令直接将中断向量填入中断向量表。将中断服务程序入口地址的偏移地址送入到以 n4 为表地址的低字单元中，段地址送入到以 n4+2 为表地址的高字单元中。程序如下：mov ax，0mov es，axmov bx，n*4mov ax，offset int1mov es：word ptr bx,axmov ax,seg int1mov es
10、:word ptr bx+2,axsti.int1 procretint1 endp5直接从中断向量表中取出中断向量的程序如下：push dsmov ax,0mov ds,axmov dx,n*4+2mov es,dxmov dx,n*4pop ds(2)利用 dos 系统功能调用进行中断向量的存取25h 子功能可把中断向量放入相应的中断向量表中：mov al,nmov ah,25hmov dx,seg int1mov ds,dxmov dx,offset int1int 21hstiint1 procretint1 endp35h 子功能可以从中断向量表中取出中断向量：mov al,nmov
11、 ah,35hint 21h在 es：bx 中得到中断类型码为 n 的中断向量，段地址在 es 中，偏移地址在 bx 中。内部中断的特点：（1）类型号确定：一是系统已经预先规定好，一是包含在指令当中。（2）不执行中断响应总线周期。（3）除单步中断外，都属于非屏蔽中断。所有内部中断都不受 if 的影响，都不可被禁止。（4）除单步中断外，任何内部中断的优先级都比外部中断的高。（5）无随机性。外部中断的特点：6（1）非屏蔽中断的类型号已确定，为 2 号中断。不能被禁止，不需要执行两个中断响应周期。（2）对于可屏蔽中断，cpu 响应时，需要执行两个中断响应周期，发出两个INTA 负脉冲：第一个 INT
12、A 负脉冲通知中断控制器，中断已被响应；第二个 INTA 负脉冲要求中断控制器将中断源的中断类型码送上数据总线，供 cpu 读入，以便取得中断服务程序的入口地址。2、8086 对中断的响应（1）中断响应时序（2）中断过程执行两个中断响应总线周期，用于取得中断类型码执行 1 个总线写周期，将程序状态字 psw 内容入栈保护if0，tf0，即内部关中断执行 1 个总线写周期，将下一条指令的段地址 cs 寄存器的内容入栈保护执行 1 个总线写周期，将下一条指令的偏移地址 ip 寄存器的内容入栈保护执行 1 个总线读周期，将中断向量的前两个字节即偏移量送 ip 寄存器执行 1 个总线读周期，将中断向量
13、的后两个字节即段地址送 cs 寄存器。注：非屏蔽中断和软件中断，只从第二步开始执行。三、中断源优先级优先级：从高到低 除法错中断溢出中断int n 指令中断非屏蔽中断可屏蔽中断单步中断处理顺序：按照优先级的顺序查询中断源。注意：（1）中断处理过程中，cpu 先将程序状态字推入堆栈，清除 if 和 tf标志，再将 cs、ip 推入堆栈。（2）转入中断处理后，还要再次检测是否有非屏蔽中断请求、单步中断，没有才执行中断处理程序。（3）对于可屏蔽中断，一旦有请求，要判断 if 是否为 1，为 1 响应。可屏蔽中断需要获取中断源的类型码。（4）一旦进入中断处理过程，cpu 内部就会自动关中断。四、BIO
14、S 系统功能调用int 16h ；键盘7int 10h ；显示器int 17h ；打印机int 1ah ；实时时钟int 13h ；磁盘7.3 可编程中断控制器一、中断控制器的功能功能：中断控制器就是在有多个中断源的系统中，接收外部的中断请求，并进行判断，选出当前优先级最高的中断请求，并将此请求送到 cpu 的intr 引脚。Cpu 响应后，仍负责外部中断源的请求管理。当发现优先级更高的中断请求，会把此请求再次送往 cpu，实现中断嵌套。内部结构：（1）中断请求寄存器（IRR）和正在服务寄存器（ISR）：用于处理 IR 输入线上的中断请求信号。IRR 用于存放正在请求服务的所有中断级；ISR
15、用于存放正在被 cpu 服务的所有中断级。（2）中断屏蔽寄存器（IMR）：表示要屏蔽中断请求线上的哪些位。IMR 对IRR 起屏蔽作用，屏蔽优先级较高的输入不影响优先级较低的中断请求线。（3）优先级分析器：确定 IRR 中置 1 的各位的优先级。优先级最高的被选出来，并用 负脉冲选通送入 ISR 的对应位。INTA（4）数据总线缓冲器：用来把 8259A 接至系统数据总线上去。用于传送控制信息和状态信息。（5）读写控制逻辑：用于配合数据总线缓冲器工作。接受 cpu 送来的输出命令，将 8259A 的状态传送到数据总线上去。（6）级联缓冲器/比较器：存储并比较系统中所用到的全部 8259A 的
16、ID 号。（7）控制逻辑：可将 IR7-IR0 上的中断请求信号发向 cpu 的中断请求引脚，8并控制接收 cpu 发来的中断响应信号。二、8259A 的引脚及其编程结构1、引脚信号D7-D0：8 根数据线，与系统总线相连。:片选信号。低电平有效时，启动 8259A 工作。CSA0：提供 8259A 访问两个不同的端口地址。奇地址：较高地址；偶地址：较低地址。:写信号。用来通知 8259A 从数据总线上接收数据，即 cpu 向 8259A 发送WR命令字。：读信号。用来通知 8259A 将某个内部寄存器的内容送到数据总线上。DINT：和 cpu 的 INTR 相连，用来向 cpu 发中断请求。：用来接收来自 cpu 的中断应答信号。INTAIR7-IR0：8 条外设的中断请求线。CAS2-CAS0：8259A 级联时指出具体的从片。/ ：双向。作为输入时，确定 8259A 是主控（
