第7章中斷控制器(改版)

第7章中斷控制器2023/2/627.1中斷基本概念

一、中斷和中斷源

2023/2/637.1中斷基本概念中斷

CPU接到請求，暫停正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)向請求的處理程序，處理結(jié)束后又回到被中止的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱中斷；中斷源的分類；

內(nèi)部中斷：由處理器內(nèi)部產(chǎn)生的中斷；外部中斷：外部設(shè)備在中斷申請引腳上產(chǎn)生的中斷；可屏蔽中斷與不可屏蔽中斷

可屏蔽中斷：能被處理器屏蔽掉而不被響應(yīng)的中斷(INTR)。不可屏蔽中斷：不能被處理器屏蔽掉的中斷(NMI)。

二、中斷的處理過程

2023/2/647.1中斷基本概念中斷請求

在INTR上外設(shè)給出高電平，1)持續(xù)到被CPU響應(yīng)；2)CPU響應(yīng)后及時撤消。中斷承認(rèn)（中斷響應(yīng)的條件）

滿足下列條件進(jìn)入中斷響應(yīng)周期：

a,INTR有中斷請求；

b,IF=1開中斷；

c,無RESET、HOLD和NMI或更高級的中斷；

d,一條指令執(zhí)行結(jié)束。

中斷響應(yīng)2023/2/657.1中斷基本概念(1)關(guān)中斷：CPU硬件自動清IF(關(guān)中斷，禁止其它中斷）。(2)斷點保護(hù)：CPU硬件自動將PSW、CS、IP依次壓棧，以便中斷結(jié)束能夠返回斷點。(3)中斷源識別：

1）軟件查詢(軟件做)2）中斷向量表(硬件自動做)

軟件查詢方法：CPU收到INTR→讀入D0～D7→測試哪一位→確

定中斷源→對其中斷服務(wù)。2023/2/667.1中斷基本概念中斷響應(yīng)

(1)保護(hù)現(xiàn)場：斷點保護(hù)未保護(hù)的&主程序用的&中斷服務(wù)也用的寄存器→堆棧

(2)開中斷（指令STI）：采用軟件查詢方法的中斷源識別。

(3)中斷服務(wù)：對中斷事件的處理。

(4)關(guān)中斷（指令CTI）

(5)現(xiàn)場恢復(fù)：保護(hù)現(xiàn)場的逆過程，堆?！拇嫫?/p>

(6)開中斷（指令STI）：允許新的中斷。

(7)中斷返回(指令I(lǐng)RET)：從堆棧中依次彈出IP、CS、PSW，返回原斷點處，斷點保護(hù)逆過程。2023/2/677.1中斷基本概念多個中斷源同時請求中斷，先響應(yīng)中斷優(yōu)先級高的中斷優(yōu)先級根據(jù)各中斷源的重要性確定其響應(yīng)的優(yōu)先次序。中斷優(yōu)先級控制原則：（1）多個同時請求，先響應(yīng)高優(yōu)先級，再響應(yīng)低優(yōu)先級；

（2）當(dāng)CPU執(zhí)行某中斷服務(wù)程序時，出現(xiàn)新的高優(yōu)先級請求中斷，則：暫停低→處理高，高服務(wù)結(jié)束→返回低，繼續(xù)低服務(wù)。

三、中斷優(yōu)先級及中斷嵌套

2023/2/687.28086/8088的中斷系統(tǒng)

一、中斷源

2023/2/697.28086/8088的中斷系統(tǒng)二、中斷優(yōu)先級除法錯、INTn、INTO 優(yōu)先級最高NMI 次之INTR 較低單步 最低

三、中斷源識別

中斷類型碼每一中斷都有一個表示中斷源編號的8位二進(jìn)制數(shù)稱中斷類型碼(號),從0~255，共256個。2023/2/6107.28086/8088的中斷系統(tǒng)中斷向量每一中斷類型碼對應(yīng)一個中斷向量，該中斷向量指明了該類型碼所對應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址中斷向量表

8086/8088系統(tǒng)將內(nèi)存前1024個單元作為中斷向量表，存放256個中斷向量，每一中斷向量占4個單元，前二字節(jié)是中斷服務(wù)程序入口地址的偏移地址，后二字節(jié)是段地址。中斷向量表地址：4*中斷類型碼n。中斷向量表的中斷源識別方法（1）CPU收到中斷請求→獲取中斷類型碼→查中斷向量表→得到該中斷源的中斷服務(wù)子程序入口地址→轉(zhuǎn)向服務(wù)子程序進(jìn)行中斷服務(wù)2023/2/6117.28086/8088的中斷系統(tǒng)

（2）查表方法：中斷類型碼n*4（左移2位）得到表地址→從表地址所指單元連續(xù)取4個字節(jié)數(shù)據(jù)得到IP、CS→該CS：IP即為該中斷源的中斷服務(wù)子程序入口地址2023/2/6127.28086/8088的中斷系統(tǒng)【例7.2】設(shè)用戶自定義中斷的類型號為24H，已編好的中斷服務(wù)子程序為ISUB，試完成中斷向量表初始化。解：中斷向量表存放首地址為24H×4，中斷服務(wù)子程序段地址為SEGISUB，偏移地址為OFFSETISUB。所以中斷向量表初始化程序段如下。

MOV AX,00HMOV DS,AX ;向量表段地址置0000HMOV BX,24HSHL BXSHL BX ;向量表存放首址MOV AX,OFFSETISUB ;中斷服務(wù)程序入口偏移MOV [BX],AX ;偏移地址存入向量表MOVAX,SEGISUB ;中斷服務(wù)子程序MOV[BX+2],AX ;段地址存入向量表2023/2/6137.28086/8088的中斷系統(tǒng)

四、中斷響應(yīng)過程不可屏蔽中斷NMI

（1）上升沿提出中斷請求。（2）不受IF=0的影響。（3）不要中斷響應(yīng)總線周期，自動進(jìn)入中斷類型2。（4）其它同INTR。內(nèi)部中斷（1）中斷類型號或是指令碼給出，或由硬件決定，都不要中斷響應(yīng)總線周期。（2）不受IF控制，但單步中斷受TF控制。（3）其它同INTR，但要考慮優(yōu)先級2023/2/6147.28086/8088的中斷系統(tǒng)

五、中斷與中斷返回指令中斷指令

INTO測試OF，若OF=1執(zhí)行中斷，否則不操作。

INTn執(zhí)行中斷類型號為n的中斷，n=00H~FFH。

(1)斷點保護(hù)：SP-2→SP，PSW→[SP+1]:[SP]；清PSW的

IF與TF；SP-2→SP，CS→[SP+1]:[SP]；SP-2→SP，IP→[SP+1]:[SP]。

(2)中斷源識別與跳轉(zhuǎn):[n*4+1]:[n*4]→IP;[n*4+3]:[n*4+2]→CS;程序?qū)⒆詣犹D(zhuǎn)到CS：IP處執(zhí)行該中斷服務(wù)子程序中斷返回指令:IRET

執(zhí)行中斷返回時，CPU自動做恢復(fù)斷點：[SP+1]：[SP]→IP，SP+2→SP;[SP+1]：[SP]→CS，SP+2→SP;[SP+1]：[SP]→PSW，SP+2→SP2023/2/6157.3可編程中斷控制器8259A

一、外部引線和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

引腳：

D0~D7:雙向數(shù)據(jù)線

/WR、/RD:寫讀控制信號,/CS片選

A0:地址線，選擇內(nèi)部寄存器

INT:中斷請求輸出

/INTA:中斷響應(yīng)輸入線

IR0~IR7:是外接中斷源輸入線。

CAS0~CAS2:級聯(lián)時用。

SP//EN：作輸入是/SP，控制8259作主片或從片，1主0從。用作輸出是/EN，控制三態(tài)門，大系統(tǒng)中用。2023/2/6167.3可編程中斷控制器8259A

結(jié)構(gòu)框圖

中斷請求寄存器IRR:存放IR0~IR7中斷請求服務(wù)寄存器ISR:存放IR0~IR7中正在服務(wù)的源中斷屏蔽寄存器IMR(interruptmask) 4個8位初始化命令字ICW3個8位操作命令字OCW2023/2/6177.3可編程中斷控制器8259A

二、中斷處理過程

(1)中斷外設(shè)在IR0~IR7上產(chǎn)生n條中斷請求→8259,8259將相應(yīng)的IRR位置1；(2)IRR中斷請求+設(shè)定的IMR屏蔽→優(yōu)先級分析器,最高優(yōu)先級的請求送到INT→CPU；(3)CPU收到INT響應(yīng)：發(fā)送連續(xù)二個總線周期的/INTA；8259在第一個/INTA,該中斷源對應(yīng)的IRR位復(fù)位,ISR位置位，從而禁止較低優(yōu)先級的中斷。8259在第二個/INTA：送出8位的中斷類型碼→D0~D7。(4)8259中斷結(jié)束自動結(jié)束方式：第二個/INTA結(jié)束時ISR復(fù)位相應(yīng)位；非自動方式：收到EOI命令才復(fù)位，以開放低級中斷申請(5)CPU讀取中斷類型碼→查中斷向量表→轉(zhuǎn)服務(wù)子程序2023/2/6187.3可編程中斷控制器8259A

三、中斷優(yōu)先級管理方式

優(yōu)先級管理

(1)固定優(yōu)先級(完全嵌套排序方式):IR0>IR1>…>IR7(2)自動循環(huán)優(yōu)先級(等優(yōu)先級方式)：優(yōu)先級循環(huán)，剛服務(wù)過的最低，下一個變?yōu)樽罡?。?級剛服務(wù)過，6級變?yōu)樽罡撸?級次之。

(3)特殊循環(huán)優(yōu)先級:優(yōu)先級循環(huán)，通過命令字指定最低優(yōu)先級。

屏蔽方式

(1)一般屏蔽方式：一個中斷請求被響應(yīng)→8259禁止所有同級、低級的請求

(2)特殊屏蔽方式：解除這種禁止，允許同級、低級的請求，即IRi被響應(yīng)→ISR、IMR設(shè)置的位對應(yīng)的IR禁止請求，其他所有級別的IR允許請求2023/2/6197.3可編程中斷控制器8259A

中斷結(jié)束方式

(1)非自動EOI：軟件發(fā)EOI命令字結(jié)束普通EOI：清除ISR中已置位的優(yōu)先級最高的位，適用于固定優(yōu)先級、自動循環(huán)優(yōu)先級；特殊EOI：清除命令字指定的ISR位，適用于所有優(yōu)先級方式，特別是特殊循環(huán)優(yōu)先級

(2)自動EOI：硬件自動EOICPU響應(yīng)中斷請求后，向8259發(fā)連續(xù)2個/INTA周期，在第二個

/INTA結(jié)束時8259自動執(zhí)行普通EOI的工作(復(fù)位ISRi).

中斷觸發(fā)方式

（1）電平觸發(fā)方式（2）邊沿觸發(fā)方式

2023/2/6207.3可編程中斷控制器8259A四、初始化命令字ICW

初始化命令字ICW1

2023/2/6217.3可編程中斷控制器8259A【例7.3】某8086系統(tǒng)中，使用單片8259A，中斷請求信號為高電平觸發(fā)，需要設(shè)置ICW4，8259A端口地址為20H、21H，寫出初始化命令字ICW1以及設(shè)置ICW1的

命令。解：高電平觸發(fā)、單片8259A以及需要設(shè)置ICW4，初始化命令字為00011011B=1BH。寫ICW1的命令如下。

MOVAL,1BHOUT20H,AL ;寫ICW1用偶地址2023/2/6>>微機原理<<227.3可編程中斷控制器8259A

初始化命令字ICW2【例7.4】某PC機中有8個可屏蔽中斷(IR0～I(xiàn)R7)，其中IR0的中斷類型號為18H，8259A端口地址為20H、21H，請問ICW2是怎樣設(shè)置的？用指令設(shè)置ICW2。解：由于IR0的中斷類型號是18H，所以ICW2的內(nèi)容是00011000B=18H。寫ICW2的命令如下。

MOVAL,18HOUT21H,AL ;寫ICW2用奇地址2023/2/6237.3可編程中斷控制器8259A

初始化命令字ICW32023/2/6247.3可編程中斷控制器8259A

初始化命令字ICW4

2023/2/6257.3可編程中斷控制器8259A

初始化命令字的設(shè)置過程2023/2/6267.3可編程中斷控制器8259A【例7.5】IBMPC機的ROMBIOS關(guān)于8259A的初始化程序段如下。

INTA00 EQU 20H ;8259A偶地址INTA01 EQU 21H ;8259A奇地址MOVAL,13H ;單片8259A,邊沿觸發(fā),需要ICW4OUTINTA00,ALMOVAL,08H ;中斷類型號8HOUTINTA01,ALMOVAL,09H ;8086/8088,緩沖,從片8259A,非自動結(jié)束,正常全嵌套OUT INTA01,AL2023/2/6277.3可編程中斷控制器8259A【例

7.6】某微機系統(tǒng)中有8259A，滿足下列條件：①工作在8086系統(tǒng)，單片8259A，中斷請求信號為電平觸發(fā)。②中斷類型碼為40H～47H。③中斷優(yōu)先級采用普通全嵌套方式，中斷結(jié)束采用自動EOI方式，系統(tǒng)中未使用數(shù)據(jù)緩沖器。系統(tǒng)分配給8259A的端口地址為20H和21H，試對該8259A進(jìn)行初始化。解：初始化程序如下所示。

MOVAL,00011011B ;寫ICW1OUT20H,ALMOVAL,01000000B ;寫ICW2OUT21H,ALMOVAL,00000011B ;寫ICW4OUT21H,AL2023/2/6287.3可編程中斷控制器8259A五、操作命令字OCW

操作命令字OCW1

2023/2/6297.3可編程中斷控制器8259A五、操作命令字OCW

【例

7.7】某微機系統(tǒng)中有8259A，如果要將IR1、IR6兩個引腳上的中斷請求屏蔽，請問應(yīng)如何設(shè)置OCW1？并用命令寫入OCW1。假設(shè)地址為20H、21H。解：由于IR1和IR6上的中斷請求被屏蔽，所以O(shè)CW1的第0位和第6位應(yīng)該置“1”。OCW1為01000010B。寫入程序如下所示。MOVAL,01000010BOUT21H,AL2023/2/6307.3可編程中斷控制器8259A

操作命令字OCW22023/2/6317.3可編程中斷控制器8259A【例7.8】非自動EOI下用OCW2發(fā)布結(jié)束命令撤銷ISR中斷標(biāo)志結(jié)束中斷。假設(shè)地址為20H，21H。解：程序如下所示。

MOVAL,20H ;20H是命令字,EOI=1OUT20H,AL ;A0=0,20H是OCW2地址2023/2/6327.3可編程中斷控制器8259A【例7.9】如果8086系統(tǒng)中的8259A的優(yōu)先級順序為IR4、IR5、IR6、IR7、IR0、IR1、IR2、IR3，設(shè)8259A的偶地址為20H，試用程序?qū)崿F(xiàn)之。解：要實現(xiàn)題目中的優(yōu)先級，應(yīng)先確定OCW2，然后寫入偶地址。OCW2=11000011B。

程序如下所示。

MOVAL,11000011BOUT20H,AL2023/2/6337.3可編程中斷控制器8259A

操作命令字OCW32023/2/6347.3可編程中斷控制器8259A【例7.10】設(shè)8259A的IR3輸入引腳上有中斷請求，但此時8086CPU的IF=0，8086CPU如何才能知道8259A的IR3上有中斷請求？設(shè)偶地址為20H。解：可用中斷查詢命令來解決這個問題，先發(fā)查詢命令OCW3，然后讀偶地址，就可以知道IR3是否有中斷申請。OCW3應(yīng)該取00001100B。程序如下所示。

MOVAL,00001100B ;P=1,查詢命令OUT 20H,AL ;輸出查詢命令I(lǐng)NAL,20H ;讀8259A的查詢字

讀到的信息如下：

0＊＊＊＊＊＊＊

表示IR3上沒有中斷請求。1＊＊＊＊011表示IR3上有中斷請求。2023/2/6357.3可編程中斷控制器8259A【例7.11】編寫一段程序，將8086系統(tǒng)中8259A的IRR、ISR、IMR3個寄存器的內(nèi)容讀到后，寫入存儲器從0090H開始的數(shù)組中，設(shè)8259A的端口地址為20H和21H。MOVAL,00001010B ;指出讀IRR,OCW3=00001010BOUT 20H,ALINAL,20H ;讀IRR的內(nèi)容MOV[0090H],AL ;將IRR的內(nèi)容寫入數(shù)組中MOVAL,0BHOUT 20H,AL ;指出讀ISR,OCW3=00001011BINAL,20HMOV[0091H],AL ;將ISR的內(nèi)容寫入數(shù)組中INAL,21H ;直接從奇地址端口讀取IMR的內(nèi)容MOV[0092H],AL ;將IMR的內(nèi)容寫入數(shù)組中2023/2/6367.3可編程中斷控制器8259A六8259寄存器的訪問控制：8259的9個寄存器只占2個地址(只有A0地址線),如何區(qū)分?2023/2/6377.3可編程中斷控制器8259A七中斷系統(tǒng)的應(yīng)用方法(1) 分配合適的中斷級；(2) 設(shè)計中斷請求邏輯：(3) 對8259A初始化(4) 編寫中斷服務(wù)子程序(5) 中斷向量表初始化2023/2/6387.48259的應(yīng)用一、8259與系統(tǒng)總線的連接8259A的偶地址：A1=0，地址為0FF00H、0FF01H、0FF04H、0FF05H中的任意一個。8259A的奇地址：A1=1，地址為0FF02H、0FF03H、0FF06H、0FF07H中的任意一個2023/2/6397.48259的應(yīng)用二、初始化及操作控制SET59A： MOV DX，0FF00H ；A0=0 MOV AL，00010011B；ICW1：D3=LTIM=0 沿觸發(fā),D1=1單片，D0=1要ICW4 OUT DX，AL MOV DX，0FF02H ；A0=1 MOV AL，00011000B；ICW2:中斷類型碼

IR0~IR7類型碼18H~1FH OUT DX，AL MOV AL，00000011B；ICW4：8086/8088,

自動EOI,非緩沖,正常全嵌套

OUT DX，AL2023/2/6407.48259的應(yīng)用在某些情況下，如果不希望看到某些中斷發(fā)生，我們可以通過操作命令字OCW1的設(shè)置來屏蔽那些中斷。同時也可以檢查對某些中斷的屏蔽是否成功。程序如下。

MOVDX,0FF02HMOVAL,0 ;OCW1為00H,沒有屏蔽中斷OUTDX,ALINAL,DX ;讀IMRORAL,AL ;檢查是否屏蔽？JNZIMERR ;不為0出錯MOVAL,0FFH ;OCW1為FFH,全部屏蔽OUTDX,ALINAL,DX ;讀IMRADDAL,1 ;檢查是否有屏蔽？JNZIMERR ;不為全1出錯2023/2/6417.48259的應(yīng)用8259A連接到CPU上，通過數(shù)據(jù)總線可以讀取ISR、IRR的內(nèi)容，命令如下。

MOVDX,0FF00H ;OCW3用偶地址MOVAL,00001011B;OCW3的P=0,設(shè)置讀ISROUTDX,ALINAL,DX ;讀出ISRMOVAL,00001010B;OCW3的P=0,設(shè)置讀IRROUTDX,ALINAL,DX ;讀出IRR

2023/2/6427.5小型案例實訓(xùn)案例1-----8259實現(xiàn)電子鐘利用20ms一次的定時中斷服務(wù)程序，建立時、分、秒電子鐘（1）編寫20ms中斷服務(wù)程序每次中斷（20ms）→n1=n1+1→n1<50→中斷返回；

n1=50→second=second+1， n1=0→second<60→中斷返回；second=60→minute=minute+1，second=0→minute<60→中斷返回；

minute=60→hour=hour+1，minute=0→hour<24→中斷返回；

hour=24→hour=02023/2/6437.5小型案例分析─電子鐘中斷服務(wù)子程序：CLOCK PROC FARPUSH DS PUSH AX ；現(xiàn)場保護(hù)

PUSH SI MOV AX，SEGTIMER ；中斷服務(wù)

MOV DS，AX MOV SI，OFFSETTIMER MOV AL，[SI] INC AL ；n1+1 MOV [SI]，AL 保存新n1 CMP AL，50 ；1秒到? JNZ TRNED MOV AL，0 ;1秒到則n1=0 MOV [SI]，AL2023/2/6447.5小型案例分析─電子鐘

MOV AL，[SI+1] ADD AL，1 ;second+1DAA MOV [SI+1]，AL ；保存新second CMP AL，60H ；一分鐘到？

JNZ TRNED MOV AL，0 MOV [SI+1]，AL MOV AL，[SI+2] ADD AL，1 DAA MOV [SI+2]，AL CMP AL，60H ；一小時到？

JNZ TRNED2023/2/6457.5小型案例分析─電子鐘 MOV AL，0 MOV [SI+2]，AL MOV AL，[SI+3]ADD AL，1 DAA MOV [SI+3]，AL CMP AL，24H ；24小時到？

JNZ TRNED MOV AL，0 MOV [SI+3]，ALTRNED： POP SI ；現(xiàn)場恢復(fù)

POP AXPOP DS STI ；開中斷

IRET ；中斷返回CLOCK ENDP2023/2/6467.5小型案例分析─電子鐘(2)確定中斷類型碼，初始化8259IR0中斷類型碼為18H，初始化程序同前SET59A。

SET8259A：MOVDX,0FF00H ;偶地址MOVAL,00010011B ;ICW1，D3的LTIM=0邊沿觸發(fā),D1=1 ;單片,D0=1要ICW4OUTDX,ALMOVDX,0FF01H ;奇地址MOVAL,00011000B ;ICW2：中斷源IR0～I(xiàn)R7類型碼18H～1FHOUTDX,ALMOVAL,00000011B ;ICW4：8086/8088,自動EOI,非緩沖,正常 ;全嵌套OUTDX,AL2023/2/6477.5小型案例分析─電子鐘(3)初始化中斷向量表：INITB：MOV AX，0MOV DS，AXMOV SI，18HSHL SI，1 ；中斷類型碼*4SHL SI，1MOV DX，OFFSETCLOCKMOV [SI]，DXMOV DX，SEGCLOCKMOV [SI+2]，DX

2023/2/6487.5小型案例分析─電子鐘(4)完整的程序：DATA SEGMENTTIMER DB4DUP(0)DATA ENDSSTACKSEGMENTPARASTACK'STACK' DB100DUP(0)STACKENDSCODE SEGMENT ASSUMEDS：CODE,DS：DATA,SS：STACKSTART：MOVAX,0 ;主程序初始化中斷向量表程序段 MOVDS,AX ;初始化中斷向量表程序段 MOVSI,18H SHLSI,1 SHLSI,12023/2/6497.5小型案例分析─電子鐘

MOVDX,OFFSETCLOCK MOV[SI],DX MOVDX,SEGCLOCK MOV[SI+2],DX MOVDX,0FF00H ;初始化8259A程序段 MOVAL,00010011B OUTDX,AL MOVDX,0FF0