《输入输出和中断技术课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《输入输出和中断技术课件（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Ch.7 输入输出和中断技术输入输出和中断技术n本章内容本章内容n基本概念基本概念n I/O端口的编址端口的编址n 输入输出的基本方法：输入输出的基本方法：无条件无条件、查询查询、中断中断、DMAn中断中断n中断基本概念中断基本概念n8086/8088中断系统中断系统n8259中断控制器中断控制器*nDMA*nDMA的基本概念的基本概念nDMA工作过程工作过程nDMA的三种传输方式的三种传输方式 7.1 输入输入/输出接口（输出接口（I/O接口）接口）n7.1.1 概述概述n什么是I/O接口？把把外设外设连接到连接到总线总线上的一组逻辑电路的总称。实现外设与主机之上的一组逻辑电路的总称。实现外
2、设与主机之间的间的信息交换。信息交换。 nI/O接口的功能n数据的寄存和缓冲功能n缓解接口与缓解接口与CPU工作速度的差异工作速度的差异n对外设的控制和检测功能n对外设进行选择n信号电平与类型的转换（信号兼容）n形式、格式、电平、功率、码制等形式、格式、电平、功率、码制等 n7.1.2 端口的编址方式端口的编址方式nI/O端口： I/O信息的三种类型：数据、控制、状态数据、控制、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、控制端口(O)、状态端口(I)。n不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号称为端口地址端口地址(或端口号)。n端口有两种编址方式：统一
3、编址统一编址和独立编址独立编址。 n1. 统一编址统一编址n把外设接口与内存外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。n优点n指令统一，灵活；n访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。 n缺点n内存可用地址空间减小0地址空间(共1MB)内存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H n2. 独立编址独立编址n外设地址空间和内存地址空间相互独立相互独立。n优点：内存地址空间不受I/O编址的影响n缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号00000H内存地址空间内存空间(1MB)I/O空间(64KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空间
4、0000H n7.1.3 I/O端口地址的译码（地址端口地址的译码（地址+控制信号）控制信号）n片间寻址：n高位地址+控制信号=CS*n片内寻址：n地位地址连接到芯片 n7.1.4 I/O数据的传送方式数据的传送方式n并行n一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送n速度快、距离短、成本高n例：PC机的并行接口(通常用于连接打印机)n串行n数据按位按位进行传送n速度慢、距离远、成本低n例： PC机的串行接口(通常用于串行通信)n7.2.1 接口电路的基本结构接口电路的基本结构7.2 简单接口电路简单接口电路数据线数据线控制线控制线状态线状态线DBCBAB数据输入寄存器数据输入寄存器（or 三态门
5、）三态门）数据输出寄存器数据输出寄存器（锁存器）（锁存器）状态寄存器状态寄存器（or 三态门）三态门）命令寄存器命令寄存器译码译码电路电路控制控制逻辑逻辑接接外外设设接接主主机机 n数据输入数据输入/输出寄存器输出寄存器暂存输入暂存输入/输出的数据输出的数据n命令寄存器命令寄存器存放控制命令，用来设定接口功能、存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式。工作参数和工作方式。n状态寄存器状态寄存器保存外设当前状态，以供保存外设当前状态，以供CPU读取。读取。简单接口电路简单接口电路n数据输入接口数据输入接口n必须具有三态输出能力，以便与总线挂接必须具有三态输出能力，以便与总线挂接n外设有
6、数据保持能力时可用三态门实现n外设无数据保持能力时用三态输出的锁存器实现n数据输出接口数据输出接口n常用锁存器实现7.3 I/O设备数据传送设备数据传送控制控制方式方式 n程序控制传送方式n无条件传送n查询式传送n中断方式传送n直接存储器存取(DMA, Direct Memory Access，无需CPU参与)nIOP方式（输入输出处理机）7.3.1 无条件传送方式无条件传送方式n适用于适用于总是处于准备好状态总是处于准备好状态的外设的外设n以下外设可采用无条件传送方式：以下外设可采用无条件传送方式：n开关n发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等)n继电器n步进电机n优点优点：软件及接口硬
7、件简单：软件及接口硬件简单n缺点缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄：只适用于简单外设，适应范围较窄7.3.2 查询传送方式查询传送方式n适用于外设并不总是准备好，而且对传送速适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。率、传送效率要求不高的场合。nCPU在与外设交换数据前必须询问外设状态在与外设交换数据前必须询问外设状态“你准备好没有？你准备好没有？”n对外设的要求：应提供设备状态信息对外设的要求：应提供设备状态信息n对接口的要求：需要提供状态端口对接口的要求：需要提供状态端口n优点优点：软件比较简单：软件比较简单n缺点缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，效率低，数
8、据传送的实时性差， 速度较慢速度较慢7.3.3 中断传送方式中断传送方式nCPU无需循环查询外设状态，而是外部设备无需循环查询外设状态，而是外部设备在在需要进行数据传送时需要进行数据传送时才中断才中断CPU正在进行正在进行的工作，让的工作，让CPU来为其服务。即来为其服务。即CPU在没有在没有外设请求时可以去做更重要的事情，有请求外设请求时可以去做更重要的事情，有请求时才去传输数据，从而大大提高了时才去传输数据，从而大大提高了CPU的利的利用率。用率。n优点优点：CPU效率高，实时性好，速度快。效率高，实时性好，速度快。n缺点缺点：程序编制较为复杂。：程序编制较为复杂。7.3.4 DMA传输传
9、输 n前面三种前面三种I/O方式都需要方式都需要CPU作为中介：作为中介： 外设外设 CPU 内存内存 两个含义：两个含义：1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的执行程序来完成的（PIO方式）；方式）；2）硬件：）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由CPU发发出的（总线由出的（总线由CPU控制）。控制）。n 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十度（约为几十KB/秒）秒）解决：解决：DMA传输传输 nDMA传输传输: 外设外
10、设 内存内存n外设直接与存储器进行数据交换外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者；不再担当数据传输的中介者；n总线由总线由DMA控制器（控制器（DMAC）进行控制（）进行控制（CPU要放弃总线控制权），要放弃总线控制权），内存内存/外设的地址和读写控制信号均由外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。提供。n优点：数据传输优点：数据传输由由DMA硬件来控制，数据硬件来控制，数据直直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几传输速率（可达几MB/秒）秒）DMA传送原理示意图传送原理示意图 系统总线系统总线CPUDMAC存储
11、器存储器外设接口外设接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADRQDACKAENIOWIORMEMWMEMR 外设发出外设发出DMADMA请求请求 DMAC DMAC向向CPUCPU申请总线申请总线 CPU CPU完成当前总线周期后完成当前总线周期后响应，并释放总线控制权响应，并释放总线控制权 DMAC DMAC得到总线控制权，并发出得到总线控制权，并发出DMADMA响应信号响应信号 由由DMACDMAC发出各种控制信号，控制外设与存储器之发出各种控制信号，控制外设与存储器之 间的数据传送间的数据传送 数据传送完后，数据传送完后，DMACDMAC
12、撤销撤销HOLDHOLD信号信号 CPUCPU释放释放HLDAHLDA信号，并重新控制总线信号，并重新控制总线nDMA控制器的工作过程控制器的工作过程1）当外设准备好，可以进行）当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向传送时，外设向DMA控制器发出控制器发出“DMA传送请求传送请求”信号（信号（DRQ）；）；2）DMA控制器收到请求后，向控制器收到请求后，向CPU发出发出“总线请总线请求求”信号信号HOLD，表示希望占用总线；，表示希望占用总线；3）CPU在完成当前总线周期后会立即对在完成当前总线周期后会立即对HOLD信信号进行响应。响应包括两个动作：一是号进行响应。响应包括两个动作：一是C
13、PU将数据将数据总线、地址总线和相应的控制信号线均置为高阻态，总线、地址总线和相应的控制信号线均置为高阻态，由此放弃对总线的控制权。另一方面，由此放弃对总线的控制权。另一方面，CPU向向DMA控制器发出控制器发出“总线响应总线响应”信号（信号（HLDA）。）。4）DMA控制器收到控制器收到HLDA信号后，就开始控制总信号后，就开始控制总线，并向外设发出线，并向外设发出DMA响应信号响应信号DACK；输入输出和中断技术nDMA控制器的工作过程（续）控制器的工作过程（续）5）DMA控制器送出地址信号和相应的控制信号，控制器送出地址信号和相应的控制信号，实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送；
14、实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送；例如，向例如，向I/O接口发出读信号，同时往地址总线上发接口发出读信号，同时往地址总线上发出存储器的地址和存储器写信号出存储器的地址和存储器写信号和和AEN信号，即可从信号，即可从外设向内存传送一个字节。外设向内存传送一个字节。6）DMA控制器自动修改地址和字节计数器，并判控制器自动修改地址和字节计数器，并判断是否需要重复传送操作。当规定的数据传送完后，断是否需要重复传送操作。当规定的数据传送完后，DMA控制器就撤销发往控制器就撤销发往CPU的的HOLD信号。信号。CPU检检测到测到HOLD失效后，紧接着撤销失效后，紧接着撤销HLDA信号，并在下信
15、号，并在下一时钟周期重新开始控制总线。一时钟周期重新开始控制总线。 输入输出和中断技术 nDMA的三种传输方式的三种传输方式:n连续传送（块传送）连续传送（块传送）nDMAC申请到总线后，将一块数据传送完后才释放总申请到总线后，将一块数据传送完后才释放总线，而不管中间线，而不管中间DREQ是否有效。是否有效。n单次传送（每次传送一个字节）单次传送（每次传送一个字节）n每个每个DMA周期只传送一个字节就立即释放总线。周期只传送一个字节就立即释放总线。n按需传送（猝发传送）按需传送（猝发传送）n只要只要I/O接口的数据缓冲可用，就进行传送。接口的数据缓冲可用，就进行传送。 (注：注：I/O接口需要
16、有一定大小的接口需要有一定大小的FIFO缓冲缓冲)YN允许允许DMADMA请求？请求？DMAC请求总线请求总线CPU响应响应, DMAC获总线控制权获总线控制权DMA传送一个字节传送一个字节块结束？块结束？地址增量，计数器减量地址增量，计数器减量DMAC释放总线释放总线Yn数据块传送数据块传送N输入输出和中断技术NYN允许允许DMADMAC请求总线请求总线CPU响应响应, DMAC获总线控制权获总线控制权DMA传送一个数据传送一个数据块结束？块结束？释放总线至少一个总线周期释放总线至少一个总线周期地址增量，计数器减量地址增量，计数器减量DMAC释放总线释放总线Yn每次传送一个字节每次传送一个字
17、节测试测试I/O的的DREQ DMA请求？请求？输入输出和中断技术NYCPU响应响应, DMAC获总线控制权获总线控制权DMA传送一个字节传送一个字节块结束？块结束？测试测试I/O的的DREQ 有效？有效？地址增量，计数器减量地址增量，计数器减量释放总线，请求中断释放总线，请求中断无效，释放总线无效，释放总线允许允许DMADMA请求？请求？DMAC请求总线请求总线n按需传送按需传送YNYN输入输出和中断技术一个总线周期一个总线周期TDMAC控制总线，共传送控制总线，共传送n个数据个数据DMA1DMA2DMAnCPU重新控制总线重新控制总线CPU对总线控制对总线控制连续传送连续传送TDMA共传送
18、共传送n个数据个数据DMA1DMA2DMAn单次传送单次传送DMA3T按需传送按需传送DMA传送传送k个数据个数据DMA传送传送n-k个数据个数据FIFO可用可用FIFO满满FIFO可用可用FIFO满满图例：图例：DMA传输方式示意图传输方式示意图:输入输出和中断技术7.4 中断技术中断技术n7.4.1 中断的基本概念中断的基本概念n什么是中断什么是中断?n与生活场景的比较与生活场景的比较正在看书正在看书电话铃响电话铃响接电话接电话继续看书继续看书执行程序执行程序事件发生事件发生事件处理事件处理继续执行程序继续执行程序中断处理中断处理中断请求及响应中断请求及响应实际场景实际场景计算机计算机中断
19、返回中断返回中断的定义中断的定义 nCPU执行程序时，由于发生了某种随机执行程序时，由于发生了某种随机的的事件事件(外部或内部外部或内部)，引起，引起CPU暂时暂时中中断断正在运行的程序，转去执行一段特殊正在运行的程序，转去执行一段特殊的的服务程序服务程序(称为中断服务程序或中断处称为中断服务程序或中断处理程序理程序)，以处理该事件，该事件处理完，以处理该事件，该事件处理完后又后又返回返回被中断的程序继续执行，这一被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。过程称为中断。中断源中断源n中断源中断源引起引起CPU中断的事件或设备。如：中断的事件或设备。如：n外设外设请求输入输出数据，报告故障等请求输
20、入输出数据，报告故障等n事件事件掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时时间到等时间到等n中断源分为：外部中断、内部中断中断源分为：外部中断、内部中断n内部中断：内部中断：CPU内部执行程序时自身产生的中断内部执行程序时自身产生的中断n外部中断：外部中断：CPU以外的设备、部件产生的中断以外的设备、部件产生的中断n 8086/8088的外部中断信号：的外部中断信号：INTR、NMInINTR可屏蔽中断请求，高电平有效，受可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控标志的控制。制。IF=1时，执行完当前指令后时，执行完当前指令后CPU对它作出响应。对它作出响
21、应。 nNMI非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU都要响应此中断请求信号。都要响应此中断请求信号。为何计算机中要引入中断？为何计算机中要引入中断？n提高数据传输率；提高数据传输率；n避免了避免了CPU不断检测外设状态的过程，提不断检测外设状态的过程，提高了高了CPU的利用率。的利用率。n实现对特殊事件的实时响应。如多任务系实现对特殊事件的实时响应。如多任务系统操作系统中：统操作系统中： n缺页中断n设备中断n各类异常n时钟等中断过程中断过程n五个步骤：五个步骤：n中断请求n中断判优(有时还要进行中断源识别)n中断响应n中断服务n中断返回以下以外部中断外
22、部中断为主介绍这五个步骤。1）中断请求）中断请求n外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到CPU的的INTR或或NMI引脚引脚；n中断请求信号：边沿请求，电平请求中断请求信号：边沿请求，电平请求例如，例如，NMI为边沿请求，为边沿请求，INTR为电平请求为电平请求n中断请求信号应中断请求信号应保持保持到中断被处理为止；到中断被处理为止；nCPU响应中断后，中断请求信号应及时响应中断后，中断请求信号应及时撤销撤销。n在在8086/8088系统中，外设的中断要经过系统中，外设的中断要经过8259A可编程中断控制器可编程中断控制器(PIC)的排队的排队判优后判
23、优后向向CPU发出发出2.1）中断源识别）中断源识别n计算机中的中断源有很多，计算机中的中断源有很多，CPU必须识别是必须识别是哪一个设备产生中断。识别中断源有两个方哪一个设备产生中断。识别中断源有两个方法：法：n软件查询软件查询。将中断信号从数据总线读入，用程序。将中断信号从数据总线读入，用程序进行判别。进行判别。n中断矢量法中断矢量法。由中断源提供中断类型号，。由中断源提供中断类型号，CPU根根据类型确定中断源。（据类型确定中断源。（8086/8088即采用此种即采用此种方法）方法）2.2）中断优先级判断）中断优先级判断n多个中断源产生中断，多个中断源产生中断，CPU首先为谁服务首先为谁服
24、务？中断优先级排队问题。中断优先级排队问题。n中断优先级控制要处理两种情况：中断优先级控制要处理两种情况：n对同时产生的中断：应首先处理优先级别较高的中断；若优先级别相同，则按先来先服务的原则处理；n对非同时产生的中断：低优先级别的中断处理程序允许被高优先级别的中断源所中断即允许中断嵌套。n中断优先级的控制方法中断优先级的控制方法n硬件判优硬件判优链式判优、并行判优（中断向量法）链式判优、并行判优（中断向量法）n软件判优软件判优顺序查询中断请求，先查询的先服务（即先查询的优顺序查询中断请求，先查询的先服务（即先查询的优先级别高）先级别高）n通常将通常将中断判优中断判优与与中断源识别中断源识别合
25、并在一起进行处理。合并在一起进行处理。nx86系统中，这项任务由系统中，这项任务由PIC和和CPU共同完成。共同完成。INTAinCPUINTAINTR外设外设1 1外设外设2 2外设接口外设接口1 1菊花链菊花链逻辑电路逻辑电路外设接口外设接口2 2外设外设3 3外设接口外设接口3 31 1菊花链菊花链逻辑电路逻辑电路菊花链菊花链逻辑电路逻辑电路IREQIREQIREQ中断确认中断确认链式判优电路原理图链式判优电路原理图INTAinINTAin中断确认中断确认中断确认中断确认输入输出和中断技术3）中断响应）中断响应n在每条指令的最后一个时钟周期，在每条指令的最后一个时钟周期，CPU检测检测I
26、NTR或或NMI信号。若以下条件成立，则信号。若以下条件成立，则CPU响应中断：响应中断：n当前指令执行完当前指令执行完。对INTR，还应满足以下条件n当前指令是STI和和IRET，则下条指令也要执行完。n当前指令带有LOCK、REP等指令前缀时，则把它们看成一个整体，要求完整地执行完；n对INTR，CPU应处于开中断状态开中断状态，即IF=1；n当前没有复位没有复位(RESET)和保持保持(HOLD)信号信号。n若NMI和 INTR 同时发生，则首先响应首先响应NMI。3）中断响应（续）中断响应（续）nCPU中断响应时，要做下述三项工作：中断响应时，要做下述三项工作：n向中断源发出INTA中
27、断响应信号响应信号；n断点保护断点保护，包括CS、IP和PSW（FLAGS）。这主要是保证中断结束后能返回被中断的程序。n获得中断服务程序首地址首地址（入口）。如何得到中断处理程序的首地址？n固定入口法n中断向量法常用4）中断处理（中断服务）中断处理（中断服务）n中断服务子程序特点中断服务子程序特点n为”远”过程（类型为FAR）n要用IRET指令返回n中断服务子程序要做的工作中断服务子程序要做的工作n保护现场(PUSH regs) n开中断(STI) n进行中断处理 n恢复现场(POP regs) n中断返回(IRET) 5）中断返回）中断返回n执行中断返回指令执行中断返回指令IRETnIRE
28、T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续往下执行。IPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPCSFLAG进入中断服务程序时中断返回后7.4.2 8088的中断系统的中断系统 n与中断有关的控制线为：与中断有关的控制线为：NMI、INTR、INTA*n8088系统的中断源系统的中断源n内部中断n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。n单步中断：类型号1，TF=1时产生（当前指令需执行完）n断点中断：类型号3，这是一个软件中断，即INT 3指令。n溢出中断：类型
29、号4，这是一个软件中断，即INTO指令。n软件中断：即INT n指令，类型号n(0-255)。n外部中断n非屏蔽中断NMI：类型号2，不可用软件屏蔽，CPU必须响应它。n可屏蔽中断INTR：类型号由PIC提供。IF=1时CPU才能响应。IRQ4IRQ6INTR中断逻辑中断逻辑软件中断指令软件中断指令溢出中断溢出中断除法错除法错单步中断单步中断非屏蔽中断请求非屏蔽中断请求中断控中断控制器制器8259APIC8086/8088CPU8086/8088CPU内部逻辑内部逻辑断点中断断点中断8086/8088中断源类型中断源类型可可屏屏蔽蔽中中断断请请求求n43012IRQ0IRQ1IRQ7IRQ2I
30、RQ3IRQ5输入输出和中断技术中断源的识别中断源的识别n8088系统采用系统采用中断类型码中断类型码来识别不同的中断来识别不同的中断源，源，每个中断源都有一个与它相对应的中断每个中断源都有一个与它相对应的中断类型码类型码 。n溢出、断点、除法溢出、单步、非屏蔽中断的类型码为固定值固定值n软件中断的类型码由指令给出由指令给出n可屏蔽中断的类型码由由PIC给出给出中断向量表（中断向量表（IVT） n存放各类中断的存放各类中断的中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址（段和偏移）（段和偏移）中断向量中断向量 n表的地址位于内存的表的地址位于内存的00000H003FFH，大，大小为小为1KB，
31、共，共256个中断向量个中断向量n每个中断向量占用每个中断向量占用4 Bytes，低字为，低字为段内偏移段内偏移，高字为高字为段基址段基址n根据中断类型号根据中断类型号获得中断服务程序入口的方获得中断服务程序入口的方法法: (n为为中断类型号中断类型号)n中断向量在中断向量在IVT中的存放地址中的存放地址4n中断向量表的初始化中断向量表的初始化n初始化初始化将中断服务程序的入口地址放入将中断服务程序的入口地址放入向量表向量表 例：中断类型码为例：中断类型码为48H的中断处理子程序的的中断处理子程序的名字为名字为int48h，编写程序段将该中断处理子，编写程序段将该中断处理子程序的入口地址放入向
32、量表。程序的入口地址放入向量表。中断向量表的初始化中断向量表的初始化 CLI MOV AX，0 MOV DS，AX MOV SI，48H*4 MOV AX，OFFSET int48h MOV SI，AX MOV AX，SEG int48h MOV SI+2，AX STI8086/8088 CPU的中断响应过程的中断响应过程 n内部中断响应过程内部中断响应过程 n无INTA*周期n中断类型码固定或由指令给出n响应过程主要步骤： PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取中断向量送入取中断向量送入IP和和CS中断响应过程（续）中断响应过程（续）n外部中断响应过程外部中断响应过
33、程n非屏蔽中断，与内部中断响应过程类似 n可屏蔽中断 INTA#（1），优先级排队判优处理），优先级排队判优处理(CPU) INTA#（2），把中断类型码放到），把中断类型码放到DB上上(PIC)，CPU读入读入 PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取中断向量送入取中断向量送入IP和和CS与内部中断一样与内部中断一样中断响应过程与时序中断响应过程与时序8088系统中各中断的优先级系统中各中断的优先级n优先级从高到低顺序如下：优先级从高到低顺序如下：n内部中断nNMInINTRn单步中断NYNYNNNNNYY执行指令执行完否?取指令IF=1?内部中断?NMI?INTR?
34、TF=1?类型码=0255类型码=2类型码=1中断响应，读回类型码FLAG入栈TEMPTFTF=TF=0CS、IP入栈计算向量表地址高字CS低字IP执行中断服务程序NMI?TEMP=1?转入中断服务程序恢复CS和IP恢复FLAGS返回被中断的程序YYYYNIRET指令的操作8086/8088的的中断处理流程中断处理流程输入输出和中断技术7.5 可编程中断控制器可编程中断控制器8259AnPIC，Programmable Interrupt Controllern可对可对8个中断源实现优先级控制个中断源实现优先级控制 n可扩展至对可扩展至对64个中断源实现优先级控制个中断源实现优先级控制 n可编
35、程设置不同工作方式可编程设置不同工作方式n根据中断源向根据中断源向x86提供不同中断类型码提供不同中断类型码8259A引脚图引脚图nCS*：片选信号。：片选信号。nWR*:写控制信号。写控制信号。nRD*：读控制信号。：读控制信号。nD0-D7：双向三态数据线。：双向三态数据线。nCAS0CAS2:级联信号线。级联信号线。nSP*/EN*：主从片选择：主从片选择/缓冲允许线。缓冲允许线。nINT：中断请求信号。：中断请求信号。nIR0-IR7:外设中断请求信号。外设中断请求信号。nITNA*：中断响应信号。：中断响应信号。nA0：地址信号。：地址信号。7.5.18259A的内部结构的内部结构n
36、8259A的内部结构的内部结构n中断请求寄存器中断请求寄存器IRRn保存从保存从IR0IR7来的中断请求信号，某位来的中断请求信号，某位=1表示对应的表示对应的IRi有中有中断请求断请求 n中断服务寄存器中断服务寄存器ISR n保存所有正在服务的中断源，某位保存所有正在服务的中断源，某位=1表示对应的表示对应的IRi中断正在被中断正在被服务服务 n中断屏蔽寄存器中断屏蔽寄存器IMRn存放中断屏蔽字，某位存放中断屏蔽字，某位=1表示对应的表示对应的IRi输入被屏蔽输入被屏蔽 n中断优先权判别电路中断优先权判别电路 n确定是否向确定是否向CPU发出中断请求，中断响应时确定发出中断请求，中断响应时确
37、定ISR的哪位应置的哪位应置位及把相应中断的类型码放到数据总线上位及把相应中断的类型码放到数据总线上 7.5.2 8259A的工作过程的工作过程n8259A对中断请求的处理过程如下：对中断请求的处理过程如下：n当某IRi有效时，IRR相应位置1n若有效的IRi未被屏蔽，则向CPU发出中断请求n检测到第1个INTA#信号后，置ISRi=1，IRRi=0 n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n若工作在自动中断结束方式（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7.5.3 8259A的工作方式的工作方
38、式n8259A的工作方式有如下几类：的工作方式有如下几类：1.中断嵌套方式2.中断优先方式3.中断屏蔽方式4.中断结束处理方式 5.中断触发方式6.中断级联工作方式7.中断查询方式8.8259A读取方式7.5.3 8259A的工作方式的工作方式n1.嵌套嵌套方式方式n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：n普通全嵌套方式（默认方式）普通全嵌套方式（默认方式） 一中断正被处理时，只有一中断正被处理时，只有更高优先级更高优先级的事件可以打的事件可以打断当前的中断处理过程而被服务。断当前的中断处理过程而被服务。n特殊全嵌套方式特殊全嵌套方式 一中断正
39、被处理时，允许一中断正被处理时，允许同级或更高优先级同级或更高优先级的事件的事件可以打断当前的中断处理过程而被服务。可以打断当前的中断处理过程而被服务。注注: 特殊全嵌套仅用于多个特殊全嵌套仅用于多个8259A级连时的主级连时的主8259A，而不能用于从属而不能用于从属8259A或单或单8259A系统。系统。D.主主8259AIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7一般嵌套方式：一般嵌套方式：从从片片的的INT被被主主片片封封锁锁，故故更更高高级级别别的的IR0-IR2中中断断也也无无法法得到响应得到响应特殊嵌套方式：特殊嵌套方式：因因主主片片不不封封锁锁从从片片的的INT，故故级级别
40、别高高的的IR0-IR2中中断断可可以以得得到到响响应应。( (但但IR3-IR7仍仍被被本本从从片片封锁封锁) )C.假定假定IR3发生中发生中断断,并获得服务并获得服务一一般般嵌嵌套套方方式式：IR4的的中中断断被被服服务务时时，这这些些中中断断将将被封锁。被封锁。B.特特殊殊嵌嵌套套方方式式：IR4的的中中断断被被服服务务 时时 ， 只只 封封 锁锁IR5-IR7。A.INTE.从从8259AINTIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7n一般全嵌套方式与特殊全嵌套方式的区别一般全嵌套方式与特殊全嵌套方式的区别 去去CPU输入输出和中断技术7.5.3 8259A的工作方式的工作方
41、式n2.中断优先方式中断优先方式 优先级控制方式：固定优先级固定优先级和优先级自动循环优先级自动循环n优先级固定方式n所有中断请求IRi的中断优先级固定不变n优先级排列顺序可编程改变n加电后8259A的默认方式，默认优先级顺序从高到低为IR0IR7IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR07654321032107654最低级最高级最高级最低级优先级优先级IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0默认优先级默认优先级优先级可编程改变优先级可编程改变中断优先方式与中断嵌套（续）中断优先方式与中断嵌套（续）n循环优先级方式 n中断源轮流处于最高优先级，即自动中断优先级循环n初始优先级顺
42、序可用编程改变n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 IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR07654321021076543最低级最高级最高级最低级ISR内容内容IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0IR4的服务结束以前的服务结束以前0101000001000000IR4的服务结束以后的服务结束以后ISRi7.5.3 8259A的工作方式的工作方式n3.中断屏蔽方式中断屏蔽方式nIMR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。n特殊屏蔽方式：n提供了允许较低优先级的中断能够得到响应的特殊
43、手段。n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。n特殊屏蔽方式中只能用SEOI命令结束中断。7.5.3 8259A的工作方式的工作方式n4.中断结束方式中断结束方式n当某一IRi被中断服务时，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。n三种EOI命令n自动EOI（AEOI） （自动EOI方式）n非指定EOI（NSEOI）（正常EOI方式）n指定EOI（SEOI） （特殊EOI方式） nAEOI：在第2个INTA#结束时，由82
44、59A使ISRi自动复位；n因不保留当前正在服务的中断状态，故AEOI不能用于中断嵌套方式nSEOI：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。 n用于特殊屏蔽方式nNSEOI：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。n用于普通全嵌套方式中断服务程序向从PIC发EOI命令读从PIC的ISR全0？向主PIC发EOI命令YIRET恢复现场Nn特殊全嵌套方式特殊全嵌套方式下的下的EOI处理处理n只有当从只有当从PIC的的中断全部处理完中断全部处理完后，才能向主后，才能向主PIC发发EOI命令命令输入输出和中断技术7.5.3
45、8259A的工作方式的工作方式n5.中断触发方式中断触发方式n边沿触发nIRi出现上升沿表示有中断请求 n电平触发nIRi出现高电平表示有中断请求n在第1个INTA#结束前，IRi必须保持高电平7.5.3 8259A的工作方式的工作方式n6.级联工作方式级联工作方式n单片8259A可支持8个中断源；n采用多片8259A级连，可最多支持64个中断源。n级连时只能有一片一片8259A为主片为主片，其余的均为从属片；n涉及到的8259A引脚包括：nCAS0-CAS2nSP*/EN*nIRinINT级连电路连接方法输入输出和中断技术7.5.3 8259A的工作方式的工作方式n7.查询方式查询方式n82
46、59A的INT引脚不能连接CPU的INTR引脚，或者CPU处于关中断状态。查询时由CPU将8259A设置成查询工作方式，再由CPU读入“查询字” 分析。n8.对对8259状态状态n读取8259内部的3个寄存器。7.5.4 8259A的编程的编程n8259A的控制命令分为的控制命令分为n初始化命令字初始化命令字ICWnICW1ICW4n向向8259A写入写入ICW的过程称为的过程称为初始化编程初始化编程n操作命令字操作命令字OCW nOCW1OCW3n向向8259A写入写入OCW的过程称为的过程称为操作方式编程操作方式编程8259A内部寄存器的寻址方法内部寄存器的寻址方法CS*RD*WR*A0D
47、4D3读写操作写操作010000写OCW2写OCW3写ICW1写ICW2,ICW3,ICW4,OCW1(顺序写入)00101x1xx00101xx读出IRR、ISR读出IMRn需要需要CS*、A0、RD*、WR*和和D4、D3的配合的配合n内部寄存器的访问方法如下表：内部寄存器的访问方法如下表： 8259A的初始化顺序的初始化顺序 n8259的初始化流的初始化流程如图程如图n注意次序不可颠倒次序不可颠倒 写写ICW1写写ICW2级连？级连？写写ICW3需需ICW4?写写ICW4NNYY8259A的控制命令字的控制命令字n初始化初始化8259A必须从必须从ICW1开始开始n写写ICW1意味着意味
48、着重新初始化重新初始化8259An写入写入ICW1后，后，8259A的状态如下：的状态如下：n清除清除ISR和和IMR(全全0)；n将中断优先级设成初始状态：将中断优先级设成初始状态：IR0最高，最高，IR7最低；最低；n设定为一般屏蔽方式；设定为一般屏蔽方式；n采用非自动中断结束方式；采用非自动中断结束方式；n状态读出逻辑预置为读状态读出逻辑预置为读IRR。ICW1初始化字初始化字nLTIM: 触发方式触发方式n=1 高电平触发n=0 上升沿触发nSNGL: 级连控制级连控制n=1 单片n=0 级连nIC4: ICW4控制控制n=1 要写ICW4n=0 不写ICW4（默认ICW4为全0）A0
49、 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 x x x 1 LTIM x SNGL IC4ICW2中断向量码中断向量码nT7T3: 中断向量码的高中断向量码的高5位位nT2T0: 最低最低3位为中断源的序号位为中断源的序号IRnn000111分别对应分别对应IR0IR7n由由8259A根据中断源的序号自动填入根据中断源的序号自动填入 例如：例如：若若ICW2命令字为命令字为48H，则，则IR0的中断向量码为的中断向量码为48H，IR7的中断向量码为的中断向量码为4FH。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 T7 T6 T5 T4 T3 x x xICW3级连控制字级
50、连控制字 n主片的级联控制字主片的级联控制字 nSi=1 对应对应IRi线上连接了从片线上连接了从片 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0n从片的级联控制字从片的级联控制字 nID2ID0 标识码，说明本从片连接到主片的哪标识码，说明本从片连接到主片的哪个个IR引脚上。引脚上。 000111分别对应分别对应IR0IR7。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 0 0 ID2 ID1 ID0ICW3级连控制字（续）级连控制字（续）nICW3必须与主从片的连接关系一致：必须与主从片的连接关系一致：例如，
51、主片的例如，主片的IR4与从片的与从片的INT线连接，则主线连接，则主片的片的ICW3=10H，从片的，从片的ICW3=04H。n中断响应时，主片通过级连线中断响应时，主片通过级连线CAS2-CAS0送送出被允许中断的从片标识码，各从片用自己出被允许中断的从片标识码，各从片用自己的的ICW3与与CAS2-CAS0比较，二者一致的从比较，二者一致的从片才可发送中断向量码。片才可发送中断向量码。ICW4中断结束方式字中断结束方式字 nSFNM: 特殊全嵌套特殊全嵌套1 特殊全嵌套方式特殊全嵌套方式0 一般全嵌套方式一般全嵌套方式nAEOI: 自动自动EOI1 自动自动EOI方式方式0 非自动非自动
52、EOI方式方式A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 SFNM BUF M/S AEOI 1nBUF: 缓冲方式缓冲方式 M/S: 主主/从缓冲选择从缓冲选择BUF M/S 1 1 缓冲方式缓冲方式/主主PIC 1 0 缓冲方式缓冲方式/从从PIC 0 x 非缓冲方式非缓冲方式/正常正常8259A的操作命令字的操作命令字OCW nOCW用于设置用于设置8259的工作状态的工作状态n在在初始化后初始化后写入写入nOCW的写入的写入顺序可任意顺序可任意n写入地址要求：写入地址要求：nOCW1必须写入奇地址端口必须写入奇地址端口(A0=1)nOCW2，OCW3必须写入偶地
53、址端口必须写入偶地址端口(A0=0) OCW1中断屏蔽字中断屏蔽字 nMi=1 中断请求线中断请求线IRi被屏蔽被屏蔽(不允许中断不允许中断) =0 允许该允许该IRi中断中断 nOCW1将写入将写入IMR寄存器。寄存器。nA0=1时读时读OCW1可读出设置的可读出设置的IMR内容。内容。 A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0OCW2中断结束和优先级循环中断结束和优先级循环 nR: 优先级自动循环优先级自动循环nSL: 指定优先级指定优先级nEOI: 结束中断命令结束中断命令nL2L0: 优先级编码优先级编码 R SL EOI
54、0 0 1 非指定非指定EOI 命令命令(NSEOI)，全嵌套方式，全嵌套方式 0 1 1 指定指定EOI 命令命令(SEOI)，全嵌套方式，全嵌套方式 1 0 1 NSEOI 命令，优先级自动循环命令，优先级自动循环 1 0 0 自动自动EOI，设置优先级自动循环，设置优先级自动循环 0 0 0 自动自动EOI，取消优先级自动循环，取消优先级自动循环(固定优先级固定优先级) 1 1 1 SEOI 命令，按命令，按L2-L0编码循环优先级编码循环优先级(L2-L0设为最低优先级设为最低优先级) 1 1 0 按按L2-L0编码循环优先级编码循环优先级(L2-L0设为最低优先级设为最低优先级) A
55、0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 R SL EOI 0 0 L2 L1 L0OCW3屏蔽方式和读出控制字屏蔽方式和读出控制字 nESMM: 允许使能特殊屏蔽方式允许使能特殊屏蔽方式nSMM: 特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式ESMM SMM1 1 特殊屏蔽方式置位特殊屏蔽方式置位1 0 特殊屏蔽方式复位特殊屏蔽方式复位0 x 非特殊屏蔽方式非特殊屏蔽方式P(Polling): =1 查询方式查询方式 =0 非查询方式非查询方式A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 x ESMM SMM 0 1 P RR RISnRR: 读寄存器读寄存器nRIS: ISR/IRR选择
56、选择RR RIS1 1 读读ISR1 0 读读IRR0 x 无效无效OCW3（续）（续）n查询方式允许查询方式允许8259A不工作于中断方式，而不工作于中断方式，而是是以查询方式工作以查询方式工作。nCPU先写一个先写一个D2=1的的OCW3，再对同一地址读，再对同一地址读入，即可得到如下状态字节：入，即可得到如下状态字节： I x x x x R2 R1 R0 I=1表示有中断请求，中断请求号为表示有中断请求，中断请求号为R2-R0 此查询步骤可反复执行，以响应多个同时发生此查询步骤可反复执行，以响应多个同时发生 的中断。的中断。 n读读IRR/ISR：写入此命令后，随后再对同一：写入此命令
57、后，随后再对同一地址读，即可得到地址读，即可得到IRR或或ISR的内容。的内容。8259A编程举例编程举例n按以下要求初始化按以下要求初始化8259A：n接口地址为20H和21H；n中断为上升沿触发；单片8259A；不写ICW4；n与IR0-IR3对应的中断向量码为08H-0BH；nIR4-IR7不使用。n根据要求，各初始化参数及工作参数如下：根据要求，各初始化参数及工作参数如下：nICW1 = 00010010 = 12HnICW2 = 08H 中断向量码 nOCW1 = 11110000 = 0F0H 中断屏蔽字 8259A编程举例（续）编程举例（续）初始化程序如下：初始化程序如下：INIT8259A：MOVDX，20H；A0=0，写ICW1MOVAL，12H；上升沿触发，单片，不写ICW4OUTDX，ALMOVDX，21H；A0=1，写ICW2，OCW1MOVAL，08H；ICW2OUTDX，ALMOVAL，0F0H；OCW1：屏蔽IR4-IR7OUTDX，AL
