第五講5數(shù)字量輸入輸出中斷控制系統(tǒng)

1、8086/8088的中斷控制系統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)中斷的基本概念可編程中斷控制器8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程 中斷的基本概念中斷、中斷源中斷系統(tǒng)的功能中斷的分類、中斷優(yōu)先級(jí)中斷類型號(hào)、中斷向量、中斷向量表中斷響應(yīng)及中斷處理的流程 中斷、中斷源 中斷就是CPU在執(zhí)行當(dāng)前程序的過程中，由于意外的事件引起另一段程序的運(yùn)行。 中斷是一個(gè)“過程”。這個(gè)過程，由微處理器內(nèi)、外部硬件或軟中斷指令引起，即由它們發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU接到中斷請(qǐng)求后暫時(shí)中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請(qǐng)求中斷的那個(gè)外設(shè)或事件的中斷處理子程序，待中斷服務(wù)子程序處理完畢后，再返回到暫停處繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。 中斷源引起中斷的事件中斷示意圖：中斷系統(tǒng)中

2、斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中斷過程的軟硬件系統(tǒng)中斷系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：能實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回 能實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì) 能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套1、除法錯(cuò) (INT 00H) 2、單步(INT 01H) IF=1 ,TF=1 3、溢出(INTO) OF=14、軟件中斷調(diào)用 (INT n) 1、非屏蔽中斷NMI （ INT 02H ）2、可屏蔽中斷INTR （IF=1) 內(nèi)部中斷 外部中斷中斷的分類優(yōu)先級(jí)順序：除法除、INT n、INTO、NMI、INTR、單步8088CPU中斷結(jié)構(gòu)示意圖8088外部中斷請(qǐng)求及響應(yīng)信號(hào)引腳（回顧）NMI： 輸入，非屏蔽中斷請(qǐng)求輸入端，上升沿有效INTR： 輸入，可屏蔽中斷請(qǐng)求輸入

3、端，高電平有效INTA：輸出，低有效，當(dāng)CPU響應(yīng)外設(shè)中斷申請(qǐng)時(shí)， 發(fā)出兩個(gè)連續(xù)的INTA信號(hào)回顧調(diào)用子程序的過程： 主程序 . CALL Alarm .Alarm: RET回顧軟件中斷調(diào)用的過程（INT n）： 主程序 . INT 21H . INT 60H .Alarm: IRET中斷指令 Interrupt（回顧）指令說明執(zhí)行操作INT n中斷 (SP) (SP)-2, (SP)+1,(SP) (FLAGS) (IF) 0 , (TF) 0 (SP) (SP)-2, (SP)+1, (SP) (CS), (CS) n*4+2 (SP) (SP)-2, (SP)+1, (SP) (IP),

4、 (IP) n*4IRET中斷返回 (IP) (SP)+1,(SP)， (SP) (SP)2 (CS) (SP)+1,(SP)， (SP) (SP)2 (FLAGS) (SP)+1,(SP), (SP) (SP)2 中斷服務(wù)程序與子程序的區(qū)別 1） 子程序調(diào)用一定是程序員在編寫源程序時(shí)事先安排好的，是可知的，而中斷是由中斷源根據(jù)自身的需要產(chǎn)生的，是不可預(yù)見的(用指令I(lǐng)NT引起的中斷除外) 2） 子程序調(diào)用是用CALL指令來實(shí)現(xiàn)的，但沒有調(diào)用中斷的指令，只有發(fā)出中斷請(qǐng)求的事件(指令I(lǐng)NT是發(fā)出內(nèi)部中斷信號(hào)，而不要理解為調(diào)用中斷服務(wù)程序) 3） 子程序的返回指令是RET，而中斷服務(wù)程序的返回指令是

5、IRET兩者相似點(diǎn)：1、保存返回地址（堆棧區(qū)）2、在新地址處執(zhí)行特定程序3、返回： 子程序返回到調(diào)用的下一條指令地址 中斷返回到斷點(diǎn)處中斷向量中斷服務(wù)程序的入口地址 類型號(hào)N的中斷向量固定存放在4個(gè)內(nèi)存單元中，如下圖：中斷向量表指存放 256 個(gè)中斷向量的內(nèi)存區(qū)域 每個(gè)中斷向量占4個(gè)單元 256 個(gè)中斷向量占1K個(gè)單元 (4 256 = 1024 = 1K)中斷向量表地址為 0:0 0:03FFH，即低端1K內(nèi)存中斷類型號(hào)256個(gè)中斷源的編號(hào)偏移地址段地址0:N4 0:N4 2其中：較低兩個(gè)單元存放偏移地址較高兩個(gè)單元 存放段地址CSIPCSIPCSIPCSIPCSIPCSIPCSIP類型25

6、5（十進(jìn)制）類型32類型31（十進(jìn)制）供用戶定義的中斷（共224個(gè)）類型5類型4類型3類型2類型1類型0保留的中斷（共27個(gè)）專用的中斷（共5個(gè)）0000: 03FFH0000:007FH0000:007EH 0000:0014H0000:0013H0000:0010H0000:000FH0000:000CH0000:000BH0000:0008H0000:0007H0000:0004H0000:0003H0000:0000H溢出中斷斷點(diǎn)中斷非屏蔽中斷單步中斷除數(shù)為0中斷 中斷向量表（0:0-0:3FFH）保護(hù)斷點(diǎn) FLAG入棧；IF=0 TF=0； CS、IP入棧 獲得中斷類型號(hào)N，取出中斷

7、向量，轉(zhuǎn)中斷服務(wù) 在0:4N開始的4個(gè)單元中取中斷向量CS:IP 返回?cái)帱c(diǎn) IRET：依次彈出IP、CS、FLAG （1）中斷響應(yīng)周期：INTR=1，CPU發(fā)第二個(gè)INTA時(shí)， 類型號(hào)n（1Byte）DB CPU（2）總線寫：FLAG入棧（3）IF=TF=0（EU）（4）總線寫：CS入棧（5）總線寫：IP入棧（6）總線讀：n*4為指針， 讀字IP（7）總線讀：n*4 +2為指針，讀字CS 中斷響應(yīng)過程：堆棧-2-1-3-4-5-6SPSS返回的斷點(diǎn)中斷向量表4n+24n+34n+14n 3FFH0中斷時(shí)的棧頂中斷服務(wù)程序入口FLAGSCSIPIPCS中斷向量表的修改： （參見P307）；裝入I

8、NT 60H的中斷向量PUSHDSMOVDX, OFFSET AlarmMOVAX, SEG AlarmMOVDS, AXMOVAH, 25HMOVAL, 60HINT 21HPOPDS.INT 21H功能調(diào)用功能：置中斷向量功能號(hào)：AH=25H入口：AL=中斷類型號(hào) DS:DX=中斷向量可編程中斷控制器8259A主要功能： 管理和控制8086/8088的外部中斷請(qǐng)求 實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)判決 提供中斷類型碼 屏蔽中斷輸入123456789101112131428272625242322212019181716158259ACS WR RDD7D6D4D5D2D3D0D1CAS0CAS1GNDINTAI

9、R7IR6IR4IR5IR2IR3IR0IR1INTCAS2 SP/ENVCCA08259引腳8259A的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制電路級(jí) 連緩沖器/比較器中斷服務(wù)寄存器（ISR）中斷請(qǐng)求寄存器(IRR)優(yōu)先權(quán)判別器（PR）中斷屏蔽寄存器(IMR)控制電路 SP/ENIR0IR1IR2IR6IR7內(nèi)部總線CAS0CAS1CAS2_ INTA INT WR RDCSA0D7D0IR0IR7: （I） INTERUPT REQUESTS Asynchronous inputs. An interrupt request is executed by raising an IR input

10、（low to high）, and holding it high until it is acknowledged （Edge Triggered Mode）,or Just by a high level on an IR input（Level Triggered Mode）. Internal pull-up resistors are implemented on IR0-7INT：（O） INTERRUPT This pin goes high whenever a valid interrupt request is asserted. It is used to intert

11、upt the CPU, thus, it is connected to the CPUs interrupt pin.INTA：（I） INTERRUPT ACKNOWLEDGE This pin is used to enable 82C59A interrupt-vector data onto the data bus by a sequence of interrupt acknowledge pulses issued by the CPU.CAS0CAS2: (I/0) CASCADE LINES This CAS lines form a private 82C59A bus

12、 to control a multiple 82C59A structure. These pins are outputs for a master 82C59A and inputs for a salve 82C59A.SP/EN: （I/O） SLAVE PROGRAM/ENABLE BUFFER This is dual function pin. When in the Buffered Mode it can be used as output to control buffer transceivers（EN）. When not in the Buffered Mode i

13、t is used as an input to designate a master(SP=1)or slave(SP=0).IR0IR7單片 INTA8259AINTRINTACPU.中斷請(qǐng)求 CPU8259A.IR0IR7級(jí)聯(lián)主片8259AIR0從片.IR7 8259AIR0從片.IR7INTAINTR 使用單片8259A可以管理8級(jí)中斷 采用級(jí)聯(lián)方式最多可擴(kuò)充到64級(jí)（用9片8259A）INT當(dāng)IR0IR7上出現(xiàn)某一中斷請(qǐng)求信號(hào) * IRR對(duì)應(yīng)位被置“1” * IMR的相應(yīng)位決定是否將其屏蔽 * 中斷請(qǐng)求進(jìn)PR，PR把新進(jìn)入的中斷請(qǐng)求和當(dāng)前正在 處理的中斷進(jìn)行優(yōu)先級(jí)比較, 若新進(jìn)入的中

14、斷優(yōu)先級(jí) 高，該中斷請(qǐng)求被送到CPU。 * 若CPU的IF=1，CPU完成當(dāng)前指令后，響應(yīng)中斷， 在 INTA引腳上發(fā)出兩個(gè)連續(xù)的中斷響應(yīng)信號(hào)， 在 第2個(gè)中斷響應(yīng)到來時(shí)，8259將類型號(hào)放到數(shù)據(jù)總線 上。 8259中斷請(qǐng)求過程關(guān)于觸發(fā)方式 8259A的IRQi引腳上出現(xiàn)上升沿信號(hào)表示有中斷請(qǐng)求 邊沿觸發(fā)方式 電平觸發(fā)方式 8259A的IRQi引腳上出現(xiàn)高電平信號(hào)表示有中斷請(qǐng)求， 該方式下，應(yīng)注意及時(shí)撤除高電平，否則可能會(huì)引起不應(yīng)該出現(xiàn)的第二次中斷。 在兩種觸發(fā)方式上，IR的輸入高電平至少應(yīng)保持到中斷被響應(yīng)為止。 D7D0RD 中斷服務(wù) 中斷優(yōu)先 中斷請(qǐng)求 IR0WR 寄存器 級(jí)判決器 寄存器

15、 IR7INT ISR PR IRRINTA地 地址 CS ICW1 IMR（OCW1）址線 譯碼 ICW2 OCW2 A0CAS0 ICW3 OCW3CAS1 操作命令字寄存器CAS2 ICW4 SP/EN 初始化命令字寄存器 8259A的編程模型8259A的的編程 1.初始化命令字（ICW） 初始化命令字（ICW） 操作命令字（OCW） 編程用來規(guī)定8259A的初始狀態(tài) 8080/8085 CPU8086/8088 CPU初始化命令字不同ICW1 、 ICW2 、 ICW3 、 ICW48259A內(nèi)部寄存器的尋址方法/CS/RD/WRA0D4D3讀寫操作010000寫OCW2寫OCW3寫I

16、CW1寫ICW2,ICW3,ICW4,OCW1(順序?qū)懭?00101x1xx00101xx讀出IRR、ISR讀出IMR需要/CS、A0、/RD、/WR和D4、D3的配合內(nèi)部寄存器的訪問方法如下表： 8259A初始化字裝入規(guī)則送ICW1字送ICW2字送ICW3字送ICW4字IC4=1？20H21H21H 是否級(jí)聯(lián)？緊跟ICW4？YNNY21HSNGL=0？8259A初始化字裝入規(guī)則開始ICW1(A0=0 D4=1)ICW2(A0=1)SNGL=0?(級(jí)聯(lián)方式？)ICW3(A0=1)IC4=1 ?ICW4(A0=1)準(zhǔn)備好接受中斷NNYY（1）ICW1字（主初始化命令字）0A0 D7 D6 D5

17、D4 D3 D2 D1 D0特征位，恒為1（用于尋址）（偶地址20H）IC41:寫ICW4字,0:不跟 SNGL1:單片方式,0:級(jí)聯(lián)方式1 LTIM1:高電平觸發(fā),0:上沿觸發(fā) 偶地址（20H） 向8259A寫入ICW1時(shí)，8259A自動(dòng)設(shè)置以下狀態(tài)：將中斷屏蔽寄存器IMR清； 分配IRQ7的優(yōu)先權(quán)為最低； 清除特殊屏蔽方式（以后可以由OCW3改動(dòng)）； 若IC4，則將寄存器ICW4清 說明：在IBM-PC/XT機(jī)中，ICW1=00010011B（13H），其工作方式為：中斷請(qǐng)求信號(hào)為上沿觸發(fā)，單片方式，后要跟ICW4字。（書P306）寫控制字： 00010011B 送 ICW1裝入程序：MO

18、V AL，13H OUT 20H，AL11001000需要ICW4單片工作邊沿觸發(fā) A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 T7 T6 T5 T4 T3 （奇地址21H）自動(dòng)填入，不能改變基值，可以改變說明：在PC-XT機(jī)中，ICW2=00001000B 基值為08H 即： IRQ0 中斷類型碼為08H . IRQ7 中斷類型碼為0FH（2）ICW2（中斷向量類型號(hào)） 用于設(shè)置中斷類型碼的基值（3）ICW3僅用于級(jí)聯(lián) A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 （奇地址21H）1 相應(yīng)IRQ接從82590 不接在從8259 主片ICW3 A0 D7 D6 D5 D

19、4 D3 D2 D1 D01 （奇地址21H）若為從8259，則對(duì)應(yīng)主8259的相應(yīng)位從片ICW3 0 0 0 0 0 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 0 0 0 SFNM BUF M/S AEOI uPM （奇地址21H） 1:8086/88,0:8080/851:自動(dòng)結(jié)束,0:正常結(jié)束0：非緩沖方式 10：緩沖方式/從片 11；緩沖方式/主片1:特殊全嵌套方式,0:一般全嵌套方式（4）ICW4當(dāng)ICW1中的D0=1時(shí)要裝入關(guān)于中斷嵌套方式 一般全嵌套方式 特殊全嵌套方式 普通全嵌套方式是8259A最基本、最常用且是默認(rèn)的工作方式，簡稱為全嵌套方式(一般嵌套方式）。

20、該方式的中斷優(yōu)先權(quán)固定，IR最高，依次到IR最低。只有優(yōu)先權(quán)更高的中斷才能打斷某個(gè)正在進(jìn)行的中斷服務(wù)程序（前提是CPU處于開中斷狀態(tài)） 主要用在級(jí)聯(lián)情況，與全嵌套方式基本相同，除了：CPU響應(yīng)某從8259A中斷請(qǐng)求后，并不屏蔽該從片的中斷退出中斷服務(wù)程序之前，要檢查該從片8259A中是否還有其它中斷源 （送EOI，檢查ISR，為0表示無其它中斷）D.主8259AIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7一般嵌套方式：從片的INT被主片封鎖，故更高級(jí)別的IR0-IR2中斷也無法得到響應(yīng)特殊嵌套方式：因主片不封鎖從片的INT，故級(jí)別高的IR0-IR2中斷可以得到響應(yīng)。(但I(xiàn)R3-IR7仍被本

21、從片封鎖)C.假定IR3發(fā)生中斷,并獲得服務(wù)一般嵌套方式：IR4的中斷被服務(wù)時(shí)，這些中斷將被封鎖。B.特殊嵌套方式:IR4的中斷被服務(wù)時(shí),只封鎖IR5-IR7。A.INTE.從8259AINTIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7一般全嵌套方式與特殊全嵌套方式的區(qū)別 去CPU1、對(duì)于每片8259，ICW1和ICW2是必須的。但I(xiàn)CW3和ICW4則根據(jù)需要設(shè)置。如果在級(jí)聯(lián)方式下，需要設(shè)置ICW3；2、級(jí)聯(lián)情況下，主片和從片8259均要設(shè)置ICW3。但主片和從片的ICW3設(shè)置的內(nèi)容不同。3、ICW1必須寫在偶地址寄存器中，而ICW2ICW4則必須寫在奇地址寄存器中，并且要注意順序，不能順

22、序顛倒或無序。4、主8259或從8259只有經(jīng)過初始化后，才能正常工作。后面對(duì)OCW進(jìn)行控制才能有效。初始化命令字小結(jié)：2. 操作命令字OCW 寫入初始化命令字以后，8259A就處于就緒狀態(tài)。 如果要改變中斷優(yōu)先權(quán)管理方式或狀態(tài)，或者需要讀8259A內(nèi)部寄存器，則需要向8259A寫入有關(guān)操作命令字。 OCW1、OCW2 、 OCW3 注意：可隨時(shí)寫入操作命令字寫入時(shí)可以不按順序進(jìn)行 （1）OCW1中斷屏蔽操作命令字IMR1：被屏敝；0：未屏敝M0M1M2M3M4M5M6M71A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0（2）OCW2優(yōu)先循環(huán)和中斷結(jié)束方式操作命令字 A0 D7 D6 D

23、5 D4 D3 D2 D1 D0 0 R SL EOI 0 0 L2 L1 L0 （偶地址20H）說明： D7（R）中斷優(yōu)先權(quán)旋轉(zhuǎn)0：非循環(huán)方式07級(jí)總是0級(jí)最高，7級(jí)最低；1：優(yōu)先級(jí)循環(huán)方式07級(jí)循環(huán)成為最高優(yōu)先級(jí)；D6（SL）設(shè)定L2，L1，L0有效位0： L2，L1，L0無效；1： L2，L1，L0有效；D2D1D0（L2L1L0）當(dāng)SL=1時(shí)有效，用于指示該操作命令字涉及的哪一級(jí)中斷。例：L2L1L0=111，則7級(jí)為最低，0級(jí)為最高，依次 為：01267例：L2L1L0=011，則3級(jí)為最低，4級(jí)為最高，依次為：45623D6（SL）設(shè)定L2，L1，L0有效位0： L2，L1，L0無

24、效；1： L2，L1，L0有效；D5（EOI）中斷結(jié)束命令位當(dāng)ICW4字中的AEOI=0時(shí)（非自動(dòng)結(jié)束方式），則由該位結(jié)束中斷，即用EOI=1使ISR（中斷服務(wù)寄存器）的相應(yīng)位復(fù)位(清0)。操作：MOV AL， 20H； OUT 20H，AL；無操作 010優(yōu)先級(jí)特殊循環(huán)， L2L1L0指定最低的IRQ011自動(dòng)EOI時(shí)，取消優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán) 000自動(dòng)EOI時(shí)，優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán) 001普通EOI命令，優(yōu)先級(jí)特殊循環(huán) （按編碼）111普通EOI命令，優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán) 101特殊EOI命令，全嵌套，L2L1L0指定ISR位清零 110普通EOI命令,全嵌套方式 100功 能EOISLRR、SL、EOI

25、三位組合為中斷結(jié)束方式及循環(huán)方式 關(guān)于中斷結(jié)束方式 中斷處理結(jié)束后須將ISR相應(yīng)位清，以開放同級(jí)或低級(jí)的中斷請(qǐng)求，清除的方式就是中斷結(jié)束方式 。 CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí)，在第二個(gè)INTA脈沖的后沿，由8259A自動(dòng)將ISR的相應(yīng)位清 只能用于不允許中斷嵌套的場合 自動(dòng)結(jié)束方式 （ICW4中的AEOI）非自動(dòng)結(jié)束方式(常用)（OCW2） 中斷服務(wù)程序末尾向8259A發(fā)出中斷結(jié)束（EOI）命令以清除ISR對(duì)應(yīng)位 普通的EOI命令: 自動(dòng)清除最高優(yōu)先權(quán)位 全嵌套方式 特殊的SEOI命令:位編碼指定清除位 任意方式自動(dòng)循環(huán)方式（等優(yōu)先權(quán)方式） 某級(jí)中斷被處理完，它的優(yōu)先級(jí)別降為最低，而原來比它低一級(jí)的中斷請(qǐng)求升為最高級(jí)。例：初始順序由高到低： IR、IR、IR若IR中斷，其服務(wù)程序執(zhí)行完后，調(diào)整順序由高到低： IR、 、IR、IR、 、IR 可見各中斷源具有相等的優(yōu)先權(quán)，故自動(dòng)循環(huán)方式又稱為等