中斷和可編程中斷控制器8259A

1、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第5版第8章中斷和可編程中斷控制器8259A8.2 8259A的工作原理8.2.1 8259A的引腳信號和內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.2.2 8259A的工作方式8.2.3 8259A的命令字及編程可編程中斷控制器 8259A中斷控制器 8259A 1. 8259A的引腳8259A與CPU的接口引腳8259A與外設(shè)的接口引腳8259A級聯(lián)時(shí)的接口引腳8.2.1 8259A的引腳信號和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可接收8級中斷，經(jīng)4個(gè)8位寄存器判別后，優(yōu)先級最高的中斷請求信號從INT腳輸出，送CPU的INTR腳請求可屏蔽中斷。內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.中斷請求寄存器IRR (Interrupt Request Regi

2、ster)外部8級中斷請求信號從IR7IR0腳上引入，有請求時(shí)相應(yīng)位置1。多個(gè)中斷請求可同時(shí)進(jìn)入。例如IR7、IR5、IR2上有請求，IRR將置成10100100。中斷響應(yīng)時(shí)相應(yīng)位清0。中斷請求信號可為高電平或上升沿觸發(fā)，編程定義。2.中斷屏蔽寄存器IMR (Interrupt Mask Register)存放中斷屏蔽信息，每1位與1個(gè)IR位對應(yīng)，置1禁止對應(yīng)中斷請求進(jìn)入系統(tǒng)。用來有選擇地禁止某些設(shè)備請求中斷。內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.中斷服務(wù)寄存器ISR（Interrupt Service Register）保存正處理的中斷請求。任一中斷被響應(yīng)而執(zhí)行其服務(wù)程序時(shí)，相應(yīng)位置1，直到處理結(jié)束。多重中斷情況下，

3、會(huì)有多個(gè)位置1。4.優(yōu)先級判決器PR（Priority Resolver）判別請求寄存器IRR里中斷的優(yōu)先級，把優(yōu)先級最高的中斷請求選進(jìn)服務(wù)寄存器ISR中去。多重中斷出現(xiàn)時(shí)，PR判定新出現(xiàn)的中斷能否去打斷正在處理的中斷，優(yōu)先服務(wù)更高的中斷級別。內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.控制電路包含一組初始化命令字寄存器ICW1ICW4和一組操作命令字寄存器OCW1OCW3，管理8259A的全部工作。根據(jù)IRR設(shè)置和PR判定，發(fā)控制信號。從INT腳向CPU發(fā)中斷請求信號，接收CPU或總線控制器8288送來的中斷響應(yīng)信號 ；中斷響應(yīng)時(shí)ISR相應(yīng)位置1，并發(fā)送中斷類型號n，經(jīng)數(shù)據(jù)總線緩沖器送到D7D0；中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，按編程

4、規(guī)定方式結(jié)束中斷。內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.數(shù)據(jù)總線緩沖器是8259A與CPU的接口，CPU經(jīng)它向8259A寫控制字，接收8259A送出的中斷類型號，還可從中讀出狀態(tài)字（中斷請求、屏蔽、服務(wù)寄存器的狀態(tài)）和中斷查詢字。7.讀/寫控制電路接收CPU的 、 、地址、片選 。一片8259A只占兩個(gè)I/O地址，XT機(jī)中A0接地址A0，口地址為20H、21H。與8086 連時(shí)，A0腳接地址A1，A0的0/1選偶/奇地址口。執(zhí)行OUT指令時(shí)， 信號與A0配合，將控制字寫入ICW和OCW寄存器；執(zhí)行IN指令時(shí)， 信號與A0配合，將內(nèi)部寄存器的內(nèi)容經(jīng)D7D0送給CPU。內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.級聯(lián)緩沖器/比較器一片8259A最多引入8

5、級中斷，超過8級要用多片8259A構(gòu)成主從關(guān)系，級聯(lián)使用。從片輸出INT接主片IRi。主從片的3條級聯(lián)信號線CAS2CAS0并接。單片時(shí)，從設(shè)備編程/允許緩沖線 接高電平；多片時(shí)，主片 接高電平，從片的接低電平。多片時(shí)，8259A必須經(jīng)驅(qū)動(dòng)器與數(shù)據(jù)總線相連，工作于緩沖方式；少量8259A系統(tǒng)中，8259A可直接與數(shù)據(jù)總線相連，工作于非緩沖方式。8.2 8259A的工作原理8.2.1 8259A的引腳信號和內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.2.2 8259A的工作方式8.2.3 8259A的命令字及編程8.2.2 8259A的工作方式寫入初始化命令字ICW和控制命令字OCW，對8259A設(shè)置不同的工作方式。1.設(shè)置優(yōu)

6、先級方式1）全嵌套方式：最基本方式，初始化后自動(dòng)進(jìn)入。從各IRi腳引入的中斷請求具有固定優(yōu)先級，IR0IR7依次降低，IR0 最高。8259A初始化后自動(dòng)進(jìn)入此方式。中斷響應(yīng)后，中斷服務(wù)寄存器ISR的對應(yīng)位ISn置1，并保持到中斷結(jié)束，類型號n出現(xiàn)在DB上，然后進(jìn)入中斷處理。由CPU發(fā)EOI命令結(jié)束中斷，使ISn復(fù)位；也可發(fā)自動(dòng)結(jié)束中斷命令A(yù)EOI。處理過程中，高級中斷打斷低級中斷，禁止低級或同級中斷進(jìn)入。2）特殊全嵌方式: 同全嵌套方式,但允許同級中斷進(jìn)入。1.設(shè)置優(yōu)先級方式圖中, 從片INT腳接主片的IR2, 主片角度看, 從片的8級中斷為同級中斷。若正在處理IR3，則允許IR0IR2進(jìn)入

7、, 即允許同級中斷進(jìn)入。必須在IR3中斷處理程序中，用STI指令開中斷，才允許從片中斷嵌套。但全嵌套方式禁止同級中斷進(jìn)入。例8.3 同級中斷舉例。1.設(shè)置優(yōu)先級方式3）優(yōu)先級自動(dòng)循環(huán)方式 各中斷請求優(yōu)先級相同，IRi服務(wù)完后成為最低級，IRi+1成最高級。初始優(yōu)先級從高到低為IR0IR7。例8.4 參看下圖的優(yōu)先級自動(dòng)循環(huán)方式示意圖。圖(a)：初始狀態(tài)IR0為最高級，若IR1、IR3、IR6同時(shí)請求中斷，則ISR的IS1、IS3、IS6均置1。圖(b)：IR1先被服務(wù)，之后IS1=0，IR1成最低級，IR2為最高級，優(yōu)先級順序：IR2IR7、IR0、IR1。為IR3服務(wù)后IS3=0，IR3最低

8、，IR4最高，依次類推。1.設(shè)置優(yōu)先級方式4）優(yōu)先級特殊循環(huán)方式也稱為設(shè)置最低優(yōu)先級方式，與優(yōu)先級自動(dòng)循環(huán)方式類似，只是最低優(yōu)先級由程序設(shè)置，并非IR7最低。IRi設(shè)為最低后，IRi+1便是最高?？捎肅LI指令關(guān)中斷，禁止可屏蔽中斷進(jìn)入；開中斷情況下，可將中斷屏蔽寄存器IMR的相應(yīng)位置1，來屏蔽某一級或某幾級中斷。有兩種屏蔽方式： 1）普通屏蔽方式 將IMR中的某1位或某幾位置1，就可將相應(yīng)的中斷請求屏蔽。例如，令I(lǐng)MR=00100100，則IR5和IR2上的中斷請求被屏蔽。 2）特殊屏蔽方式 僅屏蔽本級中斷，高級或低級中斷都允許進(jìn)入。2.中斷屏蔽方式3.結(jié)束中斷方式中斷響應(yīng)后，ISR的相應(yīng)位

9、ISn置1，中斷結(jié)束后應(yīng)將ISn清0，表示結(jié)束中斷。2種結(jié)束中斷方式：自動(dòng)和非自動(dòng)，后者又分普通結(jié)束和特殊結(jié)束（EOI和SEOI）。1）自動(dòng)結(jié)束中斷方式AEOIIRi上中斷響應(yīng)后，ISR相應(yīng)位置1，在CPU發(fā)來的中斷響應(yīng)信號 的第2周期結(jié)束時(shí), ISR相應(yīng)位自動(dòng)清0, 結(jié)束中斷。AEOI方式，中斷結(jié)束時(shí)不用對8259A發(fā)任何命令，通常在只有一片8259A，多個(gè)中斷不會(huì)嵌套的情況下使用。3.結(jié)束中斷方式2）普通結(jié)束中斷方式EOI是常用的結(jié)束中斷方式，用于全嵌套方式。當(dāng)CPU處理完1個(gè)中斷請求時(shí)，需向8259A發(fā)EOI命令，8259A收到EOI后，將ISR寄存器中優(yōu)先級最高的中斷，也就是剛服務(wù)過的

10、中斷的ISn清零，從而結(jié)束中斷。3）特殊結(jié)束中斷方式SEOI在非完全嵌套方式下，用ISR寄存器無法確定當(dāng)前正在處理哪級中斷，也無法確定哪級中斷是最后響應(yīng)和處理的，不能用EOI方式結(jié)束中斷，要用特殊方式。這時(shí)要用OCW2命令中的L2L0來指定將ISR寄存器的哪1位清0。4.中斷查詢方式-POLL使用一條IN指令讀取中斷查詢字，就可查到8259A是否有中斷請求以及哪個(gè)優(yōu)先級最高。下圖是中斷查詢字格式8.2 8259A的工作原理8.2.1 8259A的引腳信號和內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.2.2 8259A的工作方式8.2.3 8259A的命令字及編程8.2.3 8259A的命令字及編程為使8259A按預(yù)定方式工作

11、，必須對它編程，由CPU向其控制寄存器發(fā)各種控制命令。控制命令有兩類:初始化命令字ICW1ICW4，對8259A初始化；操作命令字OCW1OCW3，定義操作方式。在操作過程中，允許重設(shè)置操作命令字，動(dòng)態(tài)改變8259A的控制方式。兩類命令字被寫入8259A的兩個(gè)端口，一個(gè)為偶地址口，8259A的A0=0，另一個(gè)為奇地址口，A0=1。在XT機(jī)中，偶/奇地址口為20H和21H。1.初始化命令字ICW初始化命令字ICW1ICW4順序?qū)懭肟刂瓶?，設(shè)置8259A初始狀態(tài)。8086系統(tǒng)中ICW1、ICW2和ICW4必須要有，ICW3只在級聯(lián)時(shí)用。ICWl A0=0，ICW1寫入偶地址口；D4=1標(biāo)志位；IC

12、4=1需要設(shè)ICW4；單片時(shí)SNGL=1, 不要寫入ICW3, 級聯(lián)時(shí)SNGL=0, 要寫入ICW3；LIMT=1從IRi引入中斷為電平觸發(fā)，0邊沿觸發(fā)；A7A5及ADI位用于8位CPU。初始化命令字ICW2ICW2緊跟ICW1寫入，A0=1，寫入奇地址口，無標(biāo)志位。T7T3位用于確定中斷類型碼n的高5位，低3位D2D0則由8259A根據(jù)從IRi上引入中斷的引腳序號自動(dòng)填入，從IR0IR7的序號依次為000111，其初值可以置為0。ICW2的高5位內(nèi)容是可以任選的，一旦高5位確定，一塊芯片的8個(gè)中斷請求信號IR0IR7的中斷類型號也就確定了。初始化命令字例8.4 在PC/XT機(jī)中，ICW2的高

13、5位T7T3=00001B，若從IR5上引入中斷請求，則其中斷類型碼n=? 如何設(shè)置ICW2?從IR5上引入的中斷類型號的低3位D2D0=101B，由于高5位是00001B，所以從IR5上引入的中斷類型碼n=00001 101B=0DH，表示是硬盤中斷請求。因此設(shè)置ICW2的指令為：MOVAL ，00001000BOUT 21H ，AL據(jù)此可知，若ICW2的高5位為01110B，則該8259A引入的8級中斷的中斷類型號n = 01110000B 01110111B = 70H 77H，這是為PC/AT機(jī)設(shè)置的ICW2 。初始化命令字ICW3ICW3只在級聯(lián)時(shí)使用。圖8.15是ICW3的格式和8

14、259A主從結(jié)構(gòu)連接圖。(a)主片ICW3格式。Si=0, IRi上未接從片, Si=1接有從片。(b)從片ICW3格式。低3位指明從片接主片哪個(gè)引腳，ID2 ID0 = 000 111表示IR0IR7引腳。初始化命令字例8.5 用3片8259A按主從結(jié)構(gòu)連接，如圖8.15（c）。主片口地址為20H/21H， 從片1口地址為A0H/A1H，從片2為B0/B1H。試求出3片8259A的ICW3，并編程將ICW3寫入各芯片的奇地址口中。主片IR2、IR7接從片，故主片ICW3=10000100B=84H，從片1接主片IR2，故從片1的ICW3=00000010B =02H；從片2接主片IR7，故從

15、片2的ICW3=00000111B=07H。對各芯片寫入初始化命令字ICW3： MOV AL， 84H；主片程序 OUT 21H， AL MOV AL， 02H；從片1程序 OUT 0A1H， AL MOV AL， 07H；主片2程序 OUT 0B1H，AL初始化命令字ICW48086系統(tǒng)ICW4必須設(shè)置, 寫入奇地址口。無級聯(lián)時(shí)ICW4應(yīng)在ICW2后寫入, 級聯(lián)時(shí)它在ICW3后寫入。圖8.16 ICW4的格式：初始化命令字ICW4各位的含義：D7D5=000, 為標(biāo)志位；PM=1, 選擇8086系統(tǒng)；AEOI=1, 選擇AEOI方式, 即自動(dòng)結(jié)束中斷方式; AEOI=0, 為非AEOI(非自

16、動(dòng)結(jié)束中斷)方式, 須在中斷服務(wù)程序中安排操作命令字OCW2, 選擇所需的方式結(jié)束中斷。BUF和M/S配合使用決定緩沖或非緩沖方式等；SFNM=1,設(shè)置特殊全嵌套方式(Special Fully Nested Mode), 否則為一般全嵌套方式。初始化命令字 圖8.17 8259A初始化命令字寫入流程圖。初始化命令字必須從ICW1開始順序?qū)懭胍?guī)定端口；級聯(lián)時(shí)要寫入ICW3，無級聯(lián)時(shí)無需寫入。級聯(lián)時(shí)ICW4應(yīng)在ICW3后寫入，無級聯(lián)時(shí)在ICW2后寫入。只有ICW1寫入偶地址口，即A0=0，其余都寫入奇地址口。初始化命令字初始化開始時(shí)，首先寫入ICW1，D4=1為標(biāo)志位；接著寫入ICW2，確定中斷

17、類型碼n 的高5位；若ICW1的SNGL=0，是級聯(lián)方式，接著應(yīng)寫ICW3，分主、從片寫入不同的ICW3，確定主片和從片的連接關(guān)系，否則不用寫ICW3；隨后檢查ICW1的IC4位，如IC4=1，則要寫ICW4，否則不用寫ICW4。8086必須寫ICW4，以規(guī)定中斷嵌套方式和結(jié)束中斷方式等。初始化結(jié)束，8259A進(jìn)入所設(shè)置的狀態(tài)后，才能寫入操作命令字OCW。初始化命令字例8.6 在PC/XT機(jī)中，只使用一片8259A，ROM BIOS中對8259A進(jìn)行初始化的程序?yàn)椋篗OV AL，00010011B ；ICW1：邊沿觸發(fā)，；單級，要ICW4OUT 20H，AL MOV AL，00001000B

18、；ICW2：中段類型號；基值為08HOUT 21H，ALMOV AL，00001001B ；ICW4：全嵌套，；緩沖，非AEOIOUT 21H，AL2. 操作命令字OCW8259A工作期間，可寫入操作命令，讓它按需要方式工作?？蓪懭?個(gè)操作命令字OCW1OCW3，用來發(fā)非AEOI方式結(jié)束中斷的命令、優(yōu)先級循環(huán)命令、中斷查詢命令，還可設(shè)置或撤銷AEOI循環(huán)命令、設(shè)置或撤銷特殊屏蔽方式、讀內(nèi)部寄存器的狀態(tài)，功能比較復(fù)雜，尤其是OCW2。OCW在應(yīng)用程序內(nèi)部設(shè)置，沒有規(guī)定寫入順序，但寫入的端口地址有規(guī)定：OCW1必須寫入奇地址口，OCW2和OCW3要求寫入偶地址口。操作命令字OCW1OCW1也稱中斷

19、屏蔽字，直接對中斷屏蔽寄存器IMR的各位進(jìn)行置1或清0。當(dāng)Mi位置1，相應(yīng)IRi的中斷請求將被屏蔽，清0則允許中斷。 屏蔽某個(gè)IRi中斷，并不影響其它腳上的中斷請求。 允許隨時(shí)讀出IMR的內(nèi)容，供CPU分析。操作命令字例8.7 某系統(tǒng)只允許鍵盤(IR1)中斷，其余位均屏蔽，8259A口地址20H/21H，試寫入中斷屏蔽字。如系統(tǒng)中要新增鍵盤中斷，其余屏蔽位不變，如何設(shè)置屏蔽字。只允許鍵盤中斷的程序段為： MOV AL，11111101B ；D1=0，IR1沒被屏蔽， ; 其余均被屏蔽 OUT 21H， AL新增鍵盤中斷的程序段為： IN AL， 21H ；用IN指令讀屏蔽字 AND AL， 1

20、1111101B ；僅D1清0，其余位不變 OUT 21H， AL ；寫入修改后的屏蔽字由于可對屏蔽寄存器進(jìn)行讀/寫，因此可用程序測試屏蔽寄存器是否有問題。下面介紹PC機(jī)的ROM BIOS中的一段程序。操作命令字例8.8 對8259A中斷屏蔽寄存器IMR寫入全0，然后讀出看是否全0，若是則正確，否則轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理。再寫入全1，作類似檢查。程序如下：CLIMOV AL，0 ；OCW1，IMR各位清0OUT 21H，AL IN AL， 21H ；ALIMR，不影響FLAGSOR AL， AL ；IMR=0?JNZ D6 ；非0，轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理程序MOV AL，0FFH ；是0，再將全1寫入IMR寄存器OU

21、T 21H，AL ；寫入OCW1IN AL，21H ；讀IMRADD AL，1 ；IMR各位置1？全1+1應(yīng)為00HJNZ D6 ；非，轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理程序 D6: ；出錯(cuò)處理程序操作命令字OCW2OCW2 設(shè)置優(yōu)先級循環(huán)方式和中斷結(jié)束方式的命令字操作命令字OCW2各位有單獨(dú)的含義：D4D3=00，是OCW2的標(biāo)志位。R（Rotate） R=1，優(yōu)先級按循環(huán)方式設(shè)置，否則為非循環(huán)方式。SL（Specific Level） SL=1，OCW2中的L2L0有效，否則無效。EOI（End of Interrupt） 結(jié)束中斷命令。EOI=1，當(dāng)前ISR寄存器相應(yīng)位清0。當(dāng)ICW4中的AEOI=0，即非自動(dòng)

22、結(jié)束中斷時(shí)，可用它來結(jié)束中斷。L2L0 在SL=1時(shí)，配合R、SL、EOI設(shè)置來確定一個(gè)中斷優(yōu)先級的編碼，L2L0的編碼000111，分別與IR0IR7相對應(yīng)。操作命令字R、SL、EOI組合設(shè)置，具有不同的意義：（1） R SL EOI=001，發(fā)EOI命令 在中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，IRET指令前，發(fā)EOI命令結(jié)束中斷，將服務(wù)寄存器中剛服務(wù)過的ISn位清0，結(jié)束中斷。設(shè)置命令的方法是將00100000B=20H輸出到8259A的偶地址口中。EOI命令是最常用的中斷結(jié)束命令。例8.9 在PC機(jī)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置中斷結(jié)束命令，使相應(yīng)的IS n清0。程序段如下： MOV AL，20H ；OCW2的E

23、OI命令 OUT 20H，AL ；發(fā)EOI命令操作命令字（2） R SL EOI=011，發(fā)SEOI命令在中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，發(fā)特殊結(jié)束中斷命令SEOI，到底結(jié)束哪一級中斷由L2L0指定，將相應(yīng)的ISn清0。例8.10 發(fā)特殊結(jié)束中斷SEOI命令，結(jié)束5級中斷。 MOV AL，01100101B ；OCW2的SEOI命令， ；L2L0=101 OUT 20H，AL ；將IS5清0，結(jié)束5級中斷（3） R SL EOI=101，發(fā)EOI循環(huán)命令采用EOI方式結(jié)束中斷，將剛服務(wù)過的優(yōu)先級最高的ISn清0，同時(shí)將剛結(jié)束的中斷請求IRi的優(yōu)先級設(shè)為最低級，使IRi+1置為最高級，將優(yōu)先級置為自動(dòng)循環(huán)方

24、式。操作命令字（4） R SL EOI=100，設(shè)置AEOI循環(huán)命令使8259A采用自動(dòng)結(jié)束中斷方式結(jié)束中斷，CPU響應(yīng)中斷時(shí)，在中斷總線周期的第二個(gè) 脈沖結(jié)束時(shí), 將ISR寄存器的相應(yīng)位清0，并使優(yōu)先級置為自動(dòng)循環(huán)方式。（5） R SL EOI=100，發(fā)清除AEOI循環(huán)方式命令（6） R SL EOI=111，發(fā)SEOI循環(huán)命令采用特殊結(jié)束中斷方式結(jié)束中斷，使ISR寄存器中由L2L0指定的相應(yīng)ISn位清0, 并置優(yōu)先級為自動(dòng)循環(huán)方式。例8.11 發(fā)OCW2命令，結(jié)束2級中斷，并置優(yōu)先級為自動(dòng)循環(huán)方式 MOV AL，11100010B ; OCW2 的SEOI循環(huán)命令， ; L2L0=010 OUT 20H，AL ; IS2=0結(jié)束2級中斷，優(yōu)先級 ; IR2 最低, IR3為最高操作命令字（7） R SL EOI=110，設(shè)置最低優(yōu)先級循環(huán)命令將L2L0指定的中斷請求IRi設(shè)置為最低優(yōu)先級，其余按循環(huán)方式給出。例8.12 要求發(fā)OCW2命令，使IR3設(shè)為最低優(yōu)先級，優(yōu)先權(quán)按循環(huán)方式給出。 MOV AL，11000011B ; 將IR3置為最低優(yōu)先級， ;