微机原理与接口技术徐惠民第8章.ppt

微机原理与接口技术,第八章 中断系统,8.1 中断的基本概念,8.1.1 什么是中断 中断是CPU和外部设备交换数据的一种方式。当CPU正常运行程序时，用户通过某种方式向CPU请求为自己服务，CPU接收请求暂时中断正在运行的程序，转去执行直接为用户服务的服务程序，执行完毕后再返回被中断的程序。这一过程被称为中断。中断可以提高CPU与外设交换数据的效率。,8.1 中断的基本概念,8.1.2 中断源能够导致CPU产生中断的来源就是中断源。对于CPU来说，中断源有两类：硬中断源和软中断源。硬中断也称为外中断，是由外部的电路在CPU的引脚上产生的中断请求。软中断是在CPU执行程序过程中产生的中断请求。可以是一条软中断指令，也可以是因为程序运行出现某种问题而导致的软中断。,8.1 中断的基本概念,CPU中断源的示意图：既有硬中断，也有软中断。,另外，要注意CPU的硬中断源与实际的外中断源之间的区别。对于CPU来说，硬中断源就是相应引脚上的中断请求信号；而实际的外中断源是产生这些信号的器件或设备。即实际的外在中断源产生相应的中断信号而形成了硬中断源。,8.1 中断的基本概念,8.1.3 开中断和关中断不同的中断源又可以分为条件中断和无条件中断（一般的软件中断）。对于条件中断，要求CPU必须处于某种条件下，才可以响应中断。如果CPU处于可以响应条件中断的状态，称为开中断状态（IF=1)。如果CPU处于不可以响应条件中断的状态，称为关中断状态(IF=0)。,8.1 中断的基本概念,8.1.4 中断优先级由于CPU存在多个中断源，多个中断源可能同时向CPU申请中断。为了能够有序的处理多个中断申请，所以要有中断优先级的规定。如果CPU在执行中断服务程序时，又接受了新的中断申请，就会打断正在执行的中断服务程序，为新的中断源服务。这种在中断服务过程中，又接受新的中断申请并为之服务的情况，称为中断嵌套。有了中断优先级可以使得中断嵌套有序的进行。,8.1 中断的基本概念,1.软件查询实现中断优先级排队,所有的中断申请接到一个或门电路，无论有一个或者几个中断申请都会在或门的输出向CPU申请中断。同时，各中断输入接到一个锁存器。CPU在响应中断后，从数据总线读入锁存器的内容，并按照中断源的优先级从高到低进行查询，这样即可以实现高优先级的申请首先得到响应。,8.1 中断的基本概念,软件查询中断排队的服务程序流程图 注意：这是CPU响应中断后调用的中断服务程序的流程图。响应程序如下：PORT-R是锁存器地址 IN AL,PORT-R CLC RCL AL,1 JC INTSO1A1:RCL AL,1 JC INTSO2A2:INTSO1:JMP A1INTSO2:JMP A2,上述程序实际上是一个程序段，而不是一个子程序。子程序可以通过RET指令返回；而从程序段返回到跳转点，要有转移指令。,8.1 中断的基本概念,2.硬件电路实现中断源排队：硬件优先权排队电路可以有多种形式，下图所示是一种接口的方式。,运行步骤：1、外中断源向CPU申请中断；（通过一个或门来完成）2、CPU给出中断应答信号；（高电平有效）3、排队电路将选择最高级别的中断，产生相应的三态锁存器的选通信号，将存放在锁存器中的中断源标志传送到CPU的数据总线；4、CPU读入中断源的标志，调用相应的中断服务程序。,8.1 中断的基本概念,软硬件查询中断排队的特点,8.1 中断的基本概念,8.1.5 中断向量表 中断向量表是系统RAM或者系统ROM的一个区域。向量表的大小取决于CPU支持的中断类型和数量。中断向量表存放中断服务程序的入口地址（向量中断的中断向量表），或者是跳转到中断服务程序入口的指令（指令型的中断向量表）。中断向量表用来解决中断和中断服务程序的关联，在中断系统中具有非常重要的作用。,8.1 中断的基本概念,指令型的中断向量表：这种向量表一般位于系统的ROM区域，ROM单元中存放的是转移指令；向量表为每个中断保留了4个字节的空间，足够存放一条转移指令；每一种类型的中断，对应固定的ROM地址；CPU在响应某种中断时，自动地将指令指针调整到中断向量表的相应地址，执行该地址单元中的转移指令，跳到相应的中断服务程序；这种中断向量表和其他程序代码一起固化到ROM存储器的，固化后再修改中断服务程序的入口地址就比较困难。,8.1 中断的基本概念,向量中断的中断向量表：这种向量表一般位于系统的RAM区域，向量表中存放的是中断向量，即中断服务程序的入口地址；表中的中断类型号相当于在硬件优先权电路中的中断源标识；中断类型号也需要在CPU响应中断时传送到CPU的数据总线；由于这种向量表存放在系统RAM区，可随时修改，所以这种向量表使用比较灵活；即使是同一个中断类型号，也可以有若干个不同的中断服务程序，并根据需要来选用。,8.1.6 中断过程 中断是一个过程，中断过程中有一些必须完成的工作要做，这些事情有的是用户做的，有的是CPU做的；对于不同的CPU来说，这样的分工并不都是相同的；在此主要说明8086/8088CPU中断过程中必须要做的事情：1、中断申请：除了软中断外，中断申请是外部设备向CPU发送的中断请求信号。信号可以是电平也可是脉冲，若请求信号和CPU的要求不一致，用户可以通过接口电路来解决。2、中断判优：对中断源判优。若当前没有中断服务进行，则任何级别的中断申请均可交给CPU处理，否则只有更高级别的中断申请被CPU受理，进入中断响应。3、中断响应：CPU收到中断请求后，进入中断响应阶段。中断可分为无条件中断和条件中断。对于无条件中断，CPU是一定响应的。外部中断一般都是有条件的，要针对具体的CPU确定需要什么条件。若中断条件和优先权都没有问题，就正式进入中断响应。CPU在中断响应时，必须要做的事情包括：保存断点地址：自动完成，可堆栈保存也可保存在其他寄存器（由CPU类型决定）。将指令指针指向中断服务程序的入口，开始执行中断服务程序（利用中断向量表）。4、中断服务：即执行中断服务程序。5、中断返回,8.2 8086中断系统,8.2.1 8086的中断源 8086系统可以处理256个不同的中断，对于每个中断，都会分配一个中断类型号。中断类型号的取值是从0255，或者是从00HFFH。8086处理的中断分为两类：软中断和硬中断。硬中断又分为两类：非屏蔽中断和可屏蔽中断。非屏蔽中断就是无条件中断，可屏蔽中断就是条件中断。非屏蔽中断请求从NMI引脚输入，可屏蔽中断的请求从INTR引脚输入。8086的软中断是通过指令“INT n”来引发的。其实软中断并不是真正意义上的中断，它实际上就是一个子程序,它不可屏蔽。INT n指令是双字节指令，其中一个字节是存放中断类型号n。n的取值是0255（00HFFH）。系统规定了中断类型号04的专门用途，这些中断类型号的使用有各自的特点，其余的中断类型号既可以分配给软中断使用，也可以分配给可屏蔽中断使用。,8.2 8086中断系统,8086规定的特殊中断类型号04的中断及其用途,8.2 8086中断系统,8086的中断源：所有中断源中只有可屏蔽中断是条件中断，必须在CPU开中断状态下才可以响应。通过“STI”或“CLI”指令分别使IF置1或置0来完成开关中断。,8.2 8086中断系统,8086中断源的优先级由于8086存在多个中断源，这些中断源之间必须有优先级的差别，以便在几个中断源同时申请中断时，先响应高优先级的中断源。8086中断源的优先级是固定的：除法溢出中断INT n INTO NMIINTR 单步中断（最低）8086本身不处理外中断源的优先级问题，外中断源的优先级问题由中断接口电路来处理。,8.2 8086中断系统,8.2.2 可屏蔽中断的中断周期 8086在响应可屏蔽中断时要进入中断响应周期。中断响应周期需要两个总线周期，共8个T状态。可屏蔽中断的接口电路，要在收到第一个 应答信号后，立即向CPU传送相应外设的中断类型号。,对于8086其他类型的中断，不进入中断响应周期，也不需要外设传送中断类型号。,8.2 8086中断系统,8.2.3 8086的中断向量表 8086的中断向量表位于存储器的03FFH地址，共1024字节。8086的中断向量表采用的是向量中断，中断向量表中存放的是中断向量，也就是中断服务程序的入口地址。1024个字节用来存放256个中断服务程序的入口地址。每个中断号分配4个字节。低地址2个字节是中断入口的IP（偏移地址），高地址的两个字节是中断入口的CS（段地址）。如果已知中断类型号n，在地址从n4开始的2个字节读出n号中断服务程序入口的偏移地址，在地址从n4+2开始的2个字节读出n号中断服务程序入口的段地址。从中断向量表读出中断矢量是CPU的工作，将中断服务程序的入口地址写入中断向量表则是用户的事。写入中断向量表常用的两种方法：1、直接写入法。2、利用DOS功能调用写、读中断向量表。,8.2 8086中断系统,利用DOS功能调用写、读中断向量表。DOS功能调用25H用来写中断向量表。入口参数是：AL：中断类型号；DS：中断服务程序入口的段地址；DX：中断服务程序入口的偏移地址。DOS功能调用35H用来读中断向量表，入口、出口参数如下：AL：中断类型号；ES：读出的中断服务程序入口的段地址；BX：读出的中断服务程序入口的偏移地址。,8.2 8086中断系统,例8-4 设中断类型号为70H，中断服务程序是INTSUB，用DOS功能调用25H将中断服务程序入口地址写入中断向量表。解：相关的程序段如下：PUSHDSMOVAX,SEG INTSUBMOVDS,AXLEADX,INTSUBMOVAL,70HMOVAH,25HINT21HPOPDS,8.2 8086中断系统,8.2.4 8086的中断过程 中断申请:外中断申请（包括NMI、INTR）都是高电平有效。中断响应：无论是哪一种中断申请，8086都要在执行完当前指令后，开始响应中断。标志寄存器的值推入堆栈保护；使得标志IF和TF清零，也就是，进入中断服务程序后，CPU是处于关中断状态；正在执行的程序的断点的CS和IP入堆栈保存；根据中断类型号，查中断向量表，将中断服务程序入口地址写入CS和IP；开始执行中断服务程序。,8.2 8086中断系统,中断服务：中断服务程序都是远过程。如果希望允许中断嵌套，在中断服务程序的开始时，写一条开中断指令：STI。中断返回：用IRET指令。IRET指令的具体操作是：IP(SP)，SPSP+2CS(SP)，SP SP+2F(SP)，SPSP+2,8086响应中断的过程：,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,8259A是可编程中断控制器，实际上就是一种中断接口电路。它在8086环境下，可用于多个INTR中断源的中断接口。NMI中断源不宜用8259A作为中断接口电路。8.3.1 8259A中断控制器的基本功能单片8259可以连接8个中断源，多片8259连接后，可以连接多达64个中断源。可以设置中断源的中断类型号；在CPU应答后，能自动地向CPU发送中断类型号。能管理中断源的优先级，并有固定优先级（自动嵌套方式）和循环优先级（相等优先级）两种管理方式。可以设置中断源的中断请求方式：电平方式或脉冲方式。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,8.3.2 8259A的功能框图,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,主要模块，包括：中断请求寄存器（IRR），保存还没有得到处理的外部中断源的申请。中断服务寄存器（ISR），登记哪些中断源的申请正在被CPU响应。优先级分析器（PR），有多个中断源申请中断时，优先级分析器判定谁是最高优先级，可以优先服务；或者决定是不是可以中断嵌套。中断屏蔽寄存器（IMR），IMR共有8位，每一位控制一个外部中断源申请。当某一位为“1”时，相应的中断源的申请就被屏蔽，不能进入IRR寄存器进行登记。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,8.3.3 8259A引脚图,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,8.3.4 8259A的工作方式 作为一个可编程的中断控制器，8259A提供了多种工作方式供用户选择。了解8259A的主要工作方式才能够正确的使用8259A。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,1.确定中断类型号的方式单片8259A可以为8个中断源分别提供中断类型号。8259A规定8个中断类型号的高5位是相同的，只有低3位不同。中断类型号低3位的值和中断输入引脚的编号相一致。从IR0输入的中断源的中断类型号低3位是“000”，从IR7引脚输入的中断源的中断类型号的低3位是“111”。因此，8259A的8个中断源的中断类型号一定是连续的。如果中断类型 号的高五位为01001，则接到IR0IR7的8个中断源的中断类型号是48H4FH。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,2.中断结束方式8259A有两种清除ISR(中断服务寄存器）寄存器中的登记的方法，也就是有两种中断结束方式。（1）自动结束中断方式：8259A在CPU发送第二个应答信号的后沿，自动清除被响应的中断在ISR寄存器中的登记。（2）非自动结束中断方式：要求在中断服务程序结束前，通过指令向8259A发送一个结束中断的命令，一般就称为EOI命令（8259A的一种操作命令字），8259A收到这个命令后，才会清除正在服务的中断在ISR寄存器中的登记。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,3.优先权管理方式8259A对于中断优先权的管理有两种方式、三种具体的做法。（1）全嵌套方式：即固定优先级方式，对于8个中断源，从IR0接入的中断源优先级最高，从IR7接入的中断源优先级最低。（2）循环优先级方式：初始时，仍然是按IR0的优先级最高，IR7的优先级最低，一旦某个中断请求被响应了，这个中断输入对应的优先级就降到最低，原来比这个输入低一级的输入的优先级升位最高，其余各个输入对应的优先级仍然依次排列。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,（3）特殊全嵌套方式：特殊全嵌套方式在多片8259A级联的时候使用。它允许同级中断的嵌套：后面到来的同级中断申请可以打断前面没有结束的同级中断服务。,从8259A发来的新的申请可以打断前面的中断服务,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,4.中断屏蔽方式一般屏蔽方式：通过对于中断屏蔽寄存器IMR的设置，可以屏蔽一些（甚至全部）中断申请输入到8259A。还可以实现高优先级的中断对低优先级中断的屏蔽。特殊屏蔽方式：8259A还可以设置一种特殊屏蔽方式。在这样的屏蔽方式中，高优先级的中断不对低级中断产生屏蔽。也就是说，各中断源之间的优先级关系就不考虑了。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,5.8259A和系统数据总线连接的方式（1）非缓冲方式在非缓冲方式下，8259A的数据线直接和系统的数据总线相连接。一般的应用场合，都可以使用这种连接方式。在这种连接方式下，不需要 作为输出信号控制外接的数据缓冲器。作为输入信号来标识8259A是作为主8259A，还是从8259A：接高电平为主8259，接低电平，为从8259。,8259A非缓冲方式的连接,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,（2）缓冲方式在缓冲方式下，8259A的数据线通过数据缓冲器和系统的数据总线相连。数据缓冲器的选通端连接到8259A的 引脚。在这种应用场合，引脚输出低电平的选通信号时，打开所连接的数据缓冲器，8259A才和系统数据总线进行数据传送。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,8.3.5 8259A的编程 8259A作为一种可编程中断控制器，需要在CPU的控制下工作。CPU传送给8259A的控制命令有两类：初始化命令字和操作命令字。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,1.8259A的初始化命令字初始化命令字设置8259A的基本工作方式。完成一次初始化编程后，8259A就按照所设置的方式工作，直到重新进行初始化，才可以改变所设置的基本工作方式。8259A共有4个初始化命令字：ICW1ICW4。每个初始化命令字要写到8259A的不同的端口。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(1)ICW1初始化命令字：功能：设置中断触发方式，规定初始化过程是否需要ICW3/ICW4。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(2)ICW2初始化命令字：功能：写入8个中断源的中断类型号的高5位。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(3)ICW3初始化命令字：功能：在多片8259A的系统中，说明主、从8259A之间的连接关系（仅在多片8259A系统中使用）。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(4)ICW4初始化命令字：功能：设置8259A的中断结束方式等。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(5)8259A的初始化过程,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,2.8259A的操作命令字初始化过程结束后所写入的命令字都是操作命令字。每个操作命令字写入的次数和时间顺序都是没有限定的。8259A有3个操作命令字：OCW1、OCW2和OCW3。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(1)OCW1命令字写入端口：A0=1。功能：设置中断屏蔽寄存器。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(2)OCW2命令字：写入端口：A0=0。功能：设置中断优先级管理方式，向8259发送中断结束字（EOI）。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,(3)OCW3命令字：写入端口：A0=0。主要功能：确定下一次读出是IRR还是ISR。,8.3 可编程中断控制器8259A及其应用,3.8259A初始化编程举例例8-5 2片8259级联，从片的INT接主片的IR2。端口地址：主片20H、21H，从片A0H、A1H。主片和从片均采用边沿触发。主片采用特殊全嵌套方式，从片是一般全嵌套方式。采用非缓冲方式，主片接+5V,从片接地。主片的中断类型号为08H0FH，从片的中断类型号为70H77H。写出主8259A和从8259A的初始化程序段。,相应的初始化程序段如下：ICW1A EQU 20H；主片端口地址ICW2A EQU ICW1A+1ICW3A EQU ICW2AICW4A EQU ICW2AICW1B EQU 0A0H；从片端口地址ICW2B EQU ICW1B+1ICW3B EQU ICW2BICW4B EQU ICW2B；-主片8259A-MOV AL，11H；ICW1，边沿触发，多片，需ICW4OUT ICW1A，ALMOV AL，08H；ICW2，中断类型码OUT ICW2A，ALMOV AL，04H；ICW3，IR2接从片OUT ICW3A，ALMOV AL，11H；ICW4，非缓冲，特殊全嵌套，非自动结束OUT ICW4A，AL；-从片8259A-MOV AL，11H；ICW1，边沿触发，多片，需ICW4OUT ICW1B，ALMOV AL，70H；ICW2，中断类型码OUT ICW2B，ALMOV AL，02H；ICW3，INT接主片的IR2OUT ICW3B，ALMOV AL，01H；ICW4，非缓冲，全嵌套，非自动结束OUT ICW4B，AL,