第08章 中斷系統(tǒng)

第8章中斷系統(tǒng)8.1中斷的基本概念8.2PC系列機(jī)的中斷結(jié)構(gòu)8.3可編程中斷控制器8259A第8章中斷8.1中斷的概念

中斷是指計(jì)算機(jī)的CPU在執(zhí)行主程序時(shí)，收到了外部的或內(nèi)部的中斷請(qǐng)求，因而暫時(shí)中止主程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段預(yù)先編制好的中斷服務(wù)程序來(lái)處理這一中斷請(qǐng)求，待處理完畢之后，又返回主程序接著被中斷處繼續(xù)執(zhí)行，這樣的一個(gè)過(guò)程就稱為中斷。

主程序IRET中斷服務(wù)程序斷點(diǎn)中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求可以來(lái)自處理器外部的中斷源，也可以由處理器執(zhí)行指令引起：例如執(zhí)行INTn指令。中斷的過(guò)程中斷源引起中斷的原因或者發(fā)出中斷請(qǐng)求的來(lái)源，稱為中斷源。根據(jù)中斷源是來(lái)自CPU內(nèi)部還是外部，將中斷源分為兩類：外部中斷源和內(nèi)部中斷源，對(duì)應(yīng)的中斷稱為外部中斷和內(nèi)部中斷。8.2PC系列機(jī)的中斷結(jié)構(gòu)8086/8088的中斷源1、外部中斷外部中斷是由于8088外部提出中斷請(qǐng)求引起的程序中斷利用外部中斷，微機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)響應(yīng)外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，能夠及時(shí)處理外部意外或緊急事件外部中斷的原因是處理器外部隨機(jī)產(chǎn)生的，所以是真正的中斷（Interrupt）內(nèi)部中斷的原因是處理器執(zhí)行程序出現(xiàn)異常，所以經(jīng)常被稱為異常（Exception）⑴非屏蔽中斷通過(guò)非屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)向微處理器提出的中斷請(qǐng)求，微處理器無(wú)法禁止，將在當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束予以響應(yīng)，這個(gè)中斷被稱為非屏蔽中斷8088的非屏蔽中斷的向量號(hào)為2，非屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)為NMI非屏蔽中斷主要用于處理系統(tǒng)的意外或故障。例如：電源調(diào)電前的數(shù)據(jù)保護(hù)存儲(chǔ)器讀寫錯(cuò)誤的處理⑵可屏蔽中斷外部通過(guò)可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)向微處理器提出的中斷，微處理器在允許可屏蔽中斷的條件下，在當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束予以響應(yīng)，同時(shí)輸出可屏蔽中斷響應(yīng)信號(hào)，這個(gè)中斷就是可屏蔽中斷8088的可屏蔽中斷請(qǐng)求和響應(yīng)信號(hào)分別是INTR和INTA*；由IF標(biāo)志控制可屏蔽中斷是否允許響應(yīng)；向量號(hào)來(lái)自外部中斷控制器8088通常需要配合中斷控制器8259A共同處理可屏蔽中斷可屏蔽中斷主要用于主機(jī)與外設(shè)交換數(shù)據(jù)IF控制可屏蔽中斷的響應(yīng)2、內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷是由于8088內(nèi)部執(zhí)行程序出現(xiàn)異常引起的程序中斷利用內(nèi)部中斷，微處理器為用戶提供了發(fā)現(xiàn)、調(diào)試并解決程序執(zhí)行時(shí)異常情況的有效途徑例如，ROM-BIOS和DOS系統(tǒng)利用內(nèi)部中斷為程序員提供了各種功能調(diào)用內(nèi)部中斷的中斷向量號(hào)已定⑴除法錯(cuò)中斷在執(zhí)行除法指令時(shí)，若除數(shù)為0或商超過(guò)了寄存器所能表達(dá)的范圍，則產(chǎn)生一個(gè)向量號(hào)為0的內(nèi)部中斷，稱為除法錯(cuò)中斷例如：movbl,0idivbl ；除數(shù)BL＝0，產(chǎn)生除法錯(cuò)中斷movax,200hmovbl,1divbl ；商＝200H，不能用AL表達(dá) ；產(chǎn)生除法錯(cuò)中斷⑵指令中斷在執(zhí)行中斷調(diào)用指令I(lǐng)NTn時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)向量號(hào)為n（0~255）的內(nèi)部中斷，稱為指令中斷其中向量號(hào)為3的指令中斷比較特別（生成一個(gè)字節(jié)的指令代碼：11001100），常用于程序調(diào)試，被稱為斷點(diǎn)中斷例如：DEBUG.EXE調(diào)試程序的運(yùn)行命令G設(shè)置的斷點(diǎn)，就是利用INT3指令實(shí)現(xiàn)的⑶溢出中斷在執(zhí)行溢出中斷指令I(lǐng)NTO時(shí)，若溢出標(biāo)志OF為1，則產(chǎn)生一個(gè)向量號(hào)為4的內(nèi)部中斷，被稱為溢出中斷例如：movax,2000haddax,7000h ；2000H＋7000H＝9000H，溢出：OF＝1into ；因?yàn)镺F＝1，所以產(chǎn)生溢出中斷⑷單步中斷若單步中斷TF為1，則在每條指令執(zhí)行結(jié)束后產(chǎn)生一個(gè)向量號(hào)為1的內(nèi)部中斷，稱為單步中斷例如：DEBUG.EXE調(diào)試程序的單步命令T就利用單步中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的單步調(diào)試3．中斷優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)將所有的中斷劃分為四級(jí)，以0級(jí)為最高，依次降低，各級(jí)情況如下：

0級(jí)---除單步中斷以外的所有內(nèi)部中斷

1級(jí)---不可屏蔽中斷

2級(jí)---可屏蔽中斷

3級(jí)---單步中斷

不同級(jí)別的中斷同時(shí)申請(qǐng)時(shí)，CPU根據(jù)級(jí)別高低依次決定響8.2.2中斷向量和中斷向量表中斷類型號(hào)在8086系統(tǒng)中，共設(shè)有256類中斷，每類中斷分配到一個(gè)8位的編號(hào)，這個(gè)編號(hào)就叫做中斷類型號(hào)。中斷類型號(hào)的范圍：00～FFH（0～255D）8086獲取中斷類型號(hào)的方法為：可屏蔽中斷（硬件中斷）：由中斷控制器8259A提供。軟件中斷：在中斷指令I(lǐng)NTn中，參數(shù)n即為中斷類型號(hào)除上面二種情況外，其余中斷都是固定類型號(hào)：除法錯(cuò)（類型0）、單步中斷（類型1）、斷點(diǎn)中斷INT3(類型3)、溢出中斷INTO(類型4)，不可屏蔽中斷（類型2）。8.2.2中斷向量與中斷向量表中斷服務(wù)程序的入口地址叫做中斷向量，將全部中斷向量集中在一張表中，這張表叫做中斷向量表。PC機(jī)中斷向量表的位置固定在內(nèi)存的最低1K字節(jié)中，即00000H～003FFH處。每一個(gè)中斷服務(wù)程序的入口地址在表中占4字節(jié)：前2字節(jié)為偏移量，后2字節(jié)為段基址。為了便于在中斷向量表中找到中斷向量，通常設(shè)置一種指針，來(lái)指出中斷向量存放在中斷向量表中的具體位置；存放中斷向量的4個(gè)存儲(chǔ)單元的最低地址稱為中斷向量表地址指針。計(jì)算方法：中斷向量表地址指針=中斷類型號(hào)×4根據(jù)中斷類型號(hào)找到中斷向量的過(guò)程如果已知一個(gè)中斷類型號(hào)，則通過(guò)兩次地址轉(zhuǎn)換（中斷類型號(hào)到中斷向量表地址；中斷向量表地址到中斷處理程序入口地址）后，可到達(dá)中斷服務(wù)程序。8086中斷向量表8.3可編程中斷控制器8259A8.3.18259A的引腳信號(hào)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)8259A芯片是由美國(guó)Intel公司研制生產(chǎn)的，功能強(qiáng)大。它可以對(duì)中斷源進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判別、可以向CPU提供中斷矢量號(hào)n，還可以根據(jù)中斷源需要屏蔽中斷請(qǐng)求。一片8259A可以管理8級(jí)中斷源，并且可通過(guò)級(jí)聯(lián)擴(kuò)展，最多可用9片管理64級(jí)中斷。8259A可編程中斷控制器，主要用于管理外部中斷請(qǐng)求。1.8259A的引腳①D0~D7：雙向數(shù)據(jù)總線。CPU用來(lái)傳送命令，接收狀態(tài)和讀取中斷向量。②CAS0~CAS2：級(jí)聯(lián)總線，雙向。主控8259A與從控8259A的連接線。主控時(shí)該總線為輸出，從控時(shí)則為輸入。③IR0~IR7：外設(shè)中斷請(qǐng)求線，輸入。從外設(shè)送來(lái)的中斷請(qǐng)求由這些引腳輸入到8259A。在邊沿觸發(fā)方式中IR輸入應(yīng)有由低到高的上升沿，此后保持為高，直到被響應(yīng)。在電平觸發(fā)方式中，IR輸入應(yīng)保持高電平直到被響應(yīng)為止。④SP/EN：主從定義/緩沖器方向引腳，是一個(gè)雙功能引腳。在非緩沖方式中用作輸入線，指定8259A為主控制器（=1）或是從控制器（=0）。在緩沖方式中用作輸出線，控制緩沖器的接收/發(fā)送。⑤INTA：中斷響應(yīng)引腳，輸入。接收CPU發(fā)送來(lái)的2個(gè)中斷響應(yīng)脈沖，第一個(gè)用來(lái)通知8259A，其中斷請(qǐng)求已被響應(yīng)；第二個(gè)作為讀操作信號(hào)，讀取8259A所提供的中斷類型號(hào)。⑥CS：片選信號(hào)，輸入，低電平有效。注意，不論該信號(hào)是否有效，都不會(huì)影響對(duì)8259A讀取中斷類型號(hào)。⑦WR：寫信號(hào)，輸入，低電平有效。⑧RD：讀信號(hào)，輸入，低電平有效。⑨A0：地址線，輸入。該引腳與片選、讀/寫信號(hào)聯(lián)合使用，作為對(duì)8259A內(nèi)部端口尋址。⑩Vcc和GND：8259A的+5V電源和地線。2.8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)D7~D0INTAINT中斷請(qǐng)求寄存器中斷屏蔽寄存器數(shù)據(jù)總線緩沖器IR0IR7讀/寫控制邏輯級(jí)聯(lián)緩沖器比較器RDWRA0CSCAS0CSA1CAS2SP/EN優(yōu)先權(quán)判別電路中斷服務(wù)寄存器控制邏輯8259的工作原理8.3.28259A的工作方式普通全嵌套方式特殊全嵌套方式自動(dòng)循環(huán)方式特殊循環(huán)方式優(yōu)先權(quán)固定方式優(yōu)先權(quán)循環(huán)方式設(shè)置優(yōu)先權(quán)方式普通中斷結(jié)束方式特殊中斷結(jié)束方式自動(dòng)中斷結(jié)束方式非自動(dòng)中斷結(jié)束方式結(jié)束中斷處理方式屏蔽中斷源方式普通屏蔽方式特殊屏蔽方式中斷觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)方式電平觸發(fā)方式數(shù)據(jù)線連接方式緩沖方式非緩沖方式中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套中斷嵌套方式在中斷處理過(guò)程中允許被更高優(yōu)先級(jí)的事件所中斷稱為中斷嵌套。8259A有兩種中斷嵌套方式：普通全嵌套方式（默認(rèn)方式）

一中斷正被處理時(shí)，只有更高優(yōu)先級(jí)的事件可以打斷當(dāng)前的中斷處理過(guò)程而被服務(wù)。特殊全嵌套方式

一中斷正被處理時(shí)，允許同級(jí)或更高優(yōu)先級(jí)的事件可以打斷當(dāng)前的中斷處理過(guò)程而被服務(wù)。注:特殊全嵌套僅用于多個(gè)8259A級(jí)連時(shí)的主8259A，而不能用于從屬8259A或單8259A系統(tǒng)。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(wú)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仍被本從片封鎖)C.假定IR7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CPU3.結(jié)束中斷處理方式什么是8259A的中斷結(jié)束？8259A利用中斷服務(wù)寄存器ISR判斷：某位為1，表示正在進(jìn)行中斷服務(wù)；該位為0，就是該中斷結(jié)束服務(wù)。3.結(jié)束中斷處理方式自動(dòng)中斷結(jié)束方式普通中斷結(jié)束方式配合全嵌套優(yōu)先權(quán)方式使用當(dāng)CPU用輸出指令往8259A發(fā)出普通中斷結(jié)束EOI命令時(shí)，8259A就會(huì)把所有正在服務(wù)的中斷中優(yōu)先權(quán)最高的ISR位復(fù)位特殊中斷結(jié)束方式配合循環(huán)優(yōu)先權(quán)方式使用CPU在程序中向8259A發(fā)送一條特殊中斷結(jié)束命令，這個(gè)命令中指出了要清除哪個(gè)ISR位4.連接系統(tǒng)總線的方式緩沖方式將8259A通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器和數(shù)據(jù)總線相連接。一般用于較大的系統(tǒng)中，比如采用多片8259A級(jí)聯(lián)組成的主從式系統(tǒng)，多采用這種方式。8259A的數(shù)據(jù)線需加緩沖器予以驅(qū)動(dòng)8259A把SP*/EN*引腳作為輸出端，輸出允許信號(hào)，用以鎖存或開(kāi)啟緩沖器非緩沖方式將8259A直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連接。一般用于小系統(tǒng)中，比如只有一片8259A，就可采用非緩沖方式。SP*/EN*引腳為輸入端若8259A級(jí)連，由其確定是主片或從片8.3.38259A的初始化命令字初始化8259A必須從ICW1開(kāi)始寫ICW1意味著重新初始化8259A寫入ICW1后，8259A的狀態(tài)如下：清除ISR和IMR(全0)；將中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)成初始狀態(tài)：IR0最高，IR7最低；設(shè)定為一般屏蔽方式；采用非自動(dòng)中斷結(jié)束方式；狀態(tài)讀出邏輯預(yù)置為讀IRR。ICW1——初始化字LTIM:觸發(fā)方式=1高電平觸發(fā)=0上升沿觸發(fā)SNGL:級(jí)連控制=1單片=0級(jí)連IC4:ICW4控制=1要寫ICW4=0不寫ICW4（默認(rèn)ICW4為全0）A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 x

x

x 1 LTIM x SNGL IC4ICW2——中斷向量碼T7～T3:中斷向量碼的高5位T2～T0:最低3位為中斷源的序號(hào)IRn000～111分別對(duì)應(yīng)IR0～I(xiàn)R7由8259A根據(jù)中斷源的序號(hào)自動(dòng)填入

例如： 若ICW2命令字為48H，則IR0的中斷向量碼為48H，IR7的中斷向量碼為4FH，等等。A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 T7T6 T5 T4 T3

0

0

0ICW3——級(jí)連控制字主片的級(jí)聯(lián)控制字Si=1對(duì)應(yīng)IRi線上連接了從片

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 S7S6 S5 S4 S3

S2

S1

S0從片的級(jí)聯(lián)控制字ID2～I(xiàn)D0標(biāo)識(shí)碼，說(shuō)明本從片連接到主片的哪個(gè)IR引腳上。000～111分別對(duì)應(yīng)IR0～I(xiàn)R7。

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 00 0 0 0

ID2 ID1 ID0示例ICW3——級(jí)連控制字（續(xù)）ICW3必須與主從片的連接關(guān)系一致：

例如，主片的IR4與從片的INT線連接，則主片的ICW3=10H，從片的ICW3=04H。中斷響應(yīng)時(shí)，主片通過(guò)級(jí)連線CAS2-CAS0送出被允許中斷的從片標(biāo)識(shí)碼，各從片用自己的ICW3與CAS2-CAS0比較，二者一致的從片才可發(fā)送中斷向量碼。動(dòng)畫ICW4——中斷結(jié)束方式字SFNM:特殊全嵌套1特殊全嵌套方式0一般全嵌套方式AEOI:自動(dòng)EOI1自動(dòng)EOI方式0非自動(dòng)EOI方式A0 D7 D6 D5D4 D3 D2 D1 D0

1 00 0SFNM BUF M/S AEOI 1BUF:緩沖方式M/S:主/從緩沖選擇BUFM/S11緩沖方式/主PIC10緩沖方式/從PIC0x非緩沖方式/正常8.3.58259A的操作命令字OCW用于設(shè)置8259的工作狀態(tài)在初始化后寫入OCW的寫入順序可任意寫入地址要求：OCW1必須寫入奇地址端口(A0=1)OCW2，OCW3必須寫入偶地址端口(A0=0)OCW1——中斷屏蔽字Mi=1中斷請(qǐng)求線IRi被屏蔽(不允許中斷)=0允許該IRi中斷OCW1將寫入IMR寄存器。A0=1時(shí)讀OCW1可讀出設(shè)置的IMR內(nèi)容。A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 M7M6 M5 M4 M3

M2

M1

M0OCW2——中斷結(jié)束和優(yōu)先級(jí)循環(huán)L2～L0:優(yōu)先級(jí)編碼R:優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)SL:指定優(yōu)先級(jí)EOI:結(jié)束中斷命令

RSLEOI001非指定EOI命令(NSEOI)，全嵌套方式011指定EOI命令(SEOI)，全嵌套方式，按L2-L0編碼復(fù)位ISR101NSEOI命令，優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)100自動(dòng)EOI，設(shè)置優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)000自動(dòng)EOI，取消優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)(固定優(yōu)先級(jí))111SEOI命令，按L2-L0編碼循環(huán)優(yōu)先級(jí)(L2-L0設(shè)為最低優(yōu)先級(jí))110按L2-L0編碼循環(huán)優(yōu)先級(jí)(L2-L0設(shè)為最低優(yōu)先級(jí))

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 RSL EOI 0 0

L2

L1

L0OCW3——屏蔽方式和讀出控制字ESMM:

允許使能特殊屏蔽方式SMM:

特殊屏蔽方式ESMMSMM11特殊屏蔽方式置位10特殊屏蔽方式復(fù)位0x非特殊屏蔽方式P(Polling):=1查詢方式=0非查詢方式A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 0 ESMM SMM 0 1 P RR RISRR:讀寄存器RIS:ISR/IRR選擇RRRIS11讀ISR10讀IRR0x無(wú)效OCW3（續(xù)）查詢方式允許8259A不工作于中斷方式，而是以查詢方式工作。CPU先寫一個(gè)D2=1的OCW3，再對(duì)同一地址讀入，即可得到如下?tīng)顟B(tài)字節(jié)：

IxxxxR2R1R0

I=1表示有中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求號(hào)為R2-R0此查詢步驟可反復(fù)執(zhí)行，以響應(yīng)多個(gè)同時(shí)發(fā)生的中斷。

讀IRR/ISR：寫入此命令后，隨后再對(duì)同一地址讀，即可得到IRR或ISR的內(nèi)容。8.3.58259A的編程