微机原理与接口技术PPT.ppt

第八章 中断系统,第一节 概述第二节 中断处理过程第三节 中断优先级和中断嵌套第四节 可编程中断控制器8259A,第一节 概述,一、中断的基本概念二、中断分类,一、中断基本概念,中断：指CPU正常运行程序，由于内外部事件引起CPU暂时终止正在运行的程序，转去执行请求中断的服务程序。服务完毕，返回原程序的过程,中断技术是微机中一项重要技术。它不仅在数据输入、输出中提高了CPU的效率，而且在多外设、实时控制、故障处理中也是一项必不可少的技术。,INTR1,i+1条指令,中断服务程序,i条指令,CPU,响应中断,外设中断源申请中断,中断处理的过程：,中断源、中断响应、中断矢量表、中断优先级、中断屏蔽、中断系统功能,1.中断源：引起中断的原因或事件称为中断源,中断源的类型：一般输入输出设备 数据通道 实时时钟 软件中断,2.中断响应,中断源随机提出中断请求INTR1,3.中断矢量表：存放各外设中断服务入口地址内存区域,每个中断服务程序都有一个中断入口，在内存专门开辟一个区域存放中断服务入口。,4.中断优先级：,5.中断屏蔽,解决有多个中断源同时向CPU提出中断申请，CPU应该响应谁；CPU 正在中断服务，又有中断请求，CPU应该如何操作,系统通过软件设置，对每个中断源提出的中断请求分别给予屏蔽。被屏蔽中断源不向CPU提出中断请求。,6.中断系统功能：,中断处理：实现中断响应，中断服务，中断返回，中断屏蔽中断控制：实现中断优先级排队，实现中断嵌套,二、中断分类,1.外部中断 由外部引脚输入信号引起中断 非屏蔽中断：不受IF标志影响 可屏蔽中断：受IF标志影响,2.内部中断 由于CPU本身启动的中断或执行中断指令引起,1）可屏蔽中断 采用电平触发，高电平有效 受CPU内部中断请求标志IF影响 由中断管理芯片8259驱动 中断类型码获得是在接受到CPU中断响应信 号后，由8259A送出（扩展一片8259A，可 外接8个中断源）,1.外部中断,2）非屏蔽中断非屏蔽中断用于处理掉电，存储器读、写错误等灾难性事件不受CPU内部IF标志影响，优先级高于可屏蔽中断边沿触发（上升沿触发）中断类型码为2，不需要中断响应周期,2.内部中断,内部中断的特点：中断类型码或由指令规定，或是预定不执行INTA总线周期除单步中断外，内部中断无法用软件禁止除单步中断外，内部中断比外部中断具有更高优先级,第二节 可屏蔽中断处理过程,中断处理过程组成：中断请求中断响应保护现场中断服务恢复现场中断返回,一、CPU响应中断的条件,CPU可以通过I/O指令设置中断屏蔽触发器的状态，确定是否相CPU发出中断请求,IF1，CPU允许中断，即中断开放 IF0，CPU不允许中断，即中断禁止,使IF1的条件：执行STI 指令 使IF0的条件：执行CLI 指令；CPU RESET；CPU响应中断,二、CPU的中断响应过程,1.什么是中断识别：CPU响应中断后，设法寻找中断源，即找到是哪一个中断源发出的中断请求，这就是所谓的中断识别。,2.中断识别的目的：是将该中断源的中断服务程序的人口地址置入CS：IP寄存器，从而实现程序的转移,3.CPU识别中断或获取中断服务程序人口地址的方法有两种：向量中断和查询中断 查询中断:是采用软件或硬件(串行顺序链电路)查询技术来确定发出中断请求的中断源。向量中断:是由中断向量来指示中断服务程序的入口地址。,三、中断源的识别,查询中断：通过软件查询中断源，确定中断服务入口的转移,特点：成本低，查询次序即是优先级次序,向量中断：为每个外设设置一个中断矢量（中断类型码），当CPU响应中断，外设把中断类型号送至CPU，CPU根据中断类型码确定中断服务入口的转移,中断向量表：存放每个设备的中断服务的入口地址内存区域,中断向量：中断服务程序的入口，它包括中断服务程序的段基址CS和偏移地址IP(共占4个字节地址)。,中断类型号：是系统分给每个中断源的代号,例：某中断的中断类型号为68H，其操作过程为：,（1）计算存放中断服务程序入口地址的地址=68H*4=1A0H；,（2）取中断入口地址的段内偏移量装入IP，IP=2050H，段码装入CS，CS=A000H；,（3）转向中断服务程序,（4）中断返回,4.中断向量的设置指令设置DOS功能调用,MOV AX，0 MOV ES，AX MOV DI，N*4 MOV AX，OFFSET INTRAD CLD STOSW MOV AX,SEG INTRAD STOSW STI INTRAD：PUSH AX STI,通过指令设置,用DOS功能设置 AH=25H 中断矢量设置 AH=35H取某类型中断服务入口,MOV AL，n；取中断向量MOV AH，35HINT 21HPUSH ES；存原中断向量PUSH BXPUSH DSMOV AX，SEG INTRADMOV DS，AXMOV DX，OFFSET INTRADMOV AL，n；中断类型号MOV AH，25 H；设置中断向量INT 21HPOP DSPOP DX；恢复原中断向量POP DSMOV AL，nMOV AH，25HINT 21HRET,中断类型号的获取*对于除法出错、单步中断、不可屏蔽中断。断点中断、溢出中断，CPU自动提供中断类型号*对于自己定义的软件中断 INT N，类型号由N定*对于外部可屏蔽中断INTR，由可编程中断控制器8259获得中断类型号,第三节 中断优先级和中断嵌套,在实际系统中，会遇到这样问题：两个或两个以上中断源同时提出中断申请CPU在进行中断服务，又有中断申请,一、中断优先级,PC 机规定的中断优先级次序,1.软件查询中断优先级,可屏蔽中断的优先级设定方法,IN AL，20H TEST AL，80H JNZ PWA TEST AL，40H JNZ PWB DONE：,PWA：JMP DONEPWB：JMP DONE,查询法中断服务程序,负或逻辑,2.硬件查询优先方式菊花链法,中断申请：各外设申请“或逻辑”组合，与INTR连接。,INTR,INTA,中断回答,中断请求,菊花链逻辑电路,3.矢量中断优先级逻辑控制,中断请求寄存器：输入外设中断请求IR0IR7，编成3位码。,中断屏蔽寄存器：由用户设定在IR0IR7中屏蔽某些请求位。,中断服务寄存器：正在服务的外设，3位码。,优先级管理逻辑：判断申请优先级和申请者与服务者优先级。,二、中断嵌套,中断嵌套：当CPU执行优先级较低的中断服务时，允许响应比它优先级更高中断源。,多重中断和单级中断的区别：加入屏蔽本级或较低级中断请求环节在中断服务之前要开中在中断服务结束后，为使现场不受干扰，必须关中现场恢复，重新开放中断,第四节 可编程中断控制器8259A,一、8259A功能1、8级优先权控制，通过级连可扩展到64级优先权扩展2、每一级可以屏蔽或允许3、在CPU响应周期，可提供相应的中断类型码。中断类型码由8259编程设定4、通过编程可设定多种工作方式,二、内部结构,1.数据总线缓冲器,与CPU的DB连接，传送控制字、状态字和中断类型码等。,2.中断请求寄存器IRR,存放中断请求信号。中断请求，相应位置1；请求被响应，相应位置0。,3.在服务寄存器 ISR,存放正在服务的中断请求信号。当中断请求被响应，相应位置1；中断服务结束相应位置0。,优先权IR0最高，IR7最低。,4.中断屏蔽寄存器 IMR,它是一个8位寄存器,每一位对应一个I/O设备，当某一位被置为1时,对应的I/O设备发来的中断请求信号就被屏蔽掉(视为无效)；当某一位置为0时,对应I/O设备发来的中断请求信号有效(允许引起中断)。,5.优先权电路PR,由IRR保持的各中断请求(已屏蔽的除外)和ISR的情况，确定最高优先权，并在CPU的中断响应周期将其送ISR。,8.读写逻辑,7.级连缓冲比较 SP/EN为主控/从控选择。通过CAS0CAS2级连总线通信。主控的INTR与CPU的INTR连接；从控的INTR作为主控的IR0IR7输入。,三、与CPU连接和工作过程,1.与CPU 连接,2.工作过程,当IR0IR7中一条或多条中断申请线为高电平时，使中断请求寄存器IRR相应位置1。,若该中断源未被屏蔽，而且其优先级高于ISR的级别，则INT为1，向CPU的INTR申请中断。,若CPU的IF1，则在当前指令执行结束后响应该中断申请；进入二个中断响应总线周期。,在第一中断响应周期，8259A收到INTA0后，IRR中最高级别的位使ISR的相应位置1，IRR的相应位复位。,在第二中断响应周期，8259收到INTA0后，向CPU提供8位中断类型码。,CPU继续进行后续的中断响应过程。,四、8259A的工作方式,1.引入中断请求(中断触发)的方式,边沿触发方式:以正跳沿向8259A请求中断。电平触发方式:以高电平申请中断，但在响应中断后必须及时清除高电平，以免引起第二次误中断。中断查询方式:外设通过8259A申请中断，但8259A却不使用INT信号向CPU申请中断，CPU用软件查询确定中断源，并为其服务。,2.连接系统总线的方式,在多片级联的大系统中，要求数据总线有总线缓冲器。8259A与这种带总线缓冲器的系统总线连接的方式称缓冲器方式。若在小系统中，则8259A不需要总线缓冲器而是将其直接接至数据总线。8259A与这种不需总线缓冲器而直接连到系统总线的方式称非缓冲器方式。,3.屏蔽中断源的方式,普通屏蔽方式:利用操作命令字OCWl，使屏蔽寄存器IMR中的一位或几位置1来屏蔽一个或几个中断源的中断请求。若要开放某二个中断源的中断请求，则将IMR中相应的位置0。特殊屏蔽方式:在某些场合，在执行某一个中断服务程序时，要求允许另一个优先级比它低的中断请求被响应，此时可采用特殊屏蔽方式。它可通过OCW3的D6D5：11来设定。,4.优先级排队的方式,全嵌套方式:在此种方式下中断优先级按07顺序进行排队，并且只允许中断级别高的中断源去中断中断级别低的中断服务程序，而不能相反。这是8259A最常用的方式。特殊全嵌套方式:它和全嵌套方式 的不同之处在于，当执行某一级中断服务程序时，可响应同级的中断请求，从而实现对同级中断请求的特殊嵌套。用于多片级联。优先级自动循环方式：在这种方式下，优先级顺序不是固定不变的，一个设备受到中断服务后，其优先级自动降为最低。优先级特殊循环方式：是由程序指定IR0-IR7中任意一个为最低优先级，然后再按顺序自动轮换，决定优先级。,5.结束中断的处理方式,自动中断结束方式:这种方式用在多个中断不会嵌套的系统中。非自动中断结束方式:在中断返回之前，必须发中断结束命令才能将ISR中的当前服务位清除。有两种形式：a、不指定中断结束命令；b、指定中断结束命令。,五、8259A的编程方法,1.如何对8259进行初始化？,8259的命令字分为初始化命令字和操作方式命令字两种(1)4个初始化命令字ICW1、ICW2、ICW3和ICW4(2)3个操作方式命令字OCW1、OCW2和OCW3,对8259的初始化是通过CPU对8259A送控制命令字实现的。对于只占两个I/O地址的8259A,CPU对8259A各寄存器的读写是I/O地址和数据配合完成的,注意：初始化命令字只发一次，操作命令字可以重置，以动态改变8259A的操作与控制方式,2.PC机对主片8259A各寄存器的选定：(PC机上的8259A的I/O地址为20H和21H）,（2）对于操作方式命令字的选定:OCW1:0021H A0=1OCW2:0020H A0=0,D3D4=0 0OCW3:0020H A0=0,D3D4=1 0,（1）对于4个初始化命令字的选定:ICW1:0020H A0=0,D4=1ICW2:0021H A0=1ICW3:0021H A0=1,ICW1中SNGL(D1)位=0ICW4:0021H A0=1,ICW1中IC4(D0)位=1,3.初始化命令字,初始化命令字ICW1写入后，8259A内部完成初始化过程：A、使8259A对中断请求信号边沿检测电路复位，以使它在中断请求信号由低变高时，才能产生中断。B、清除中断屏蔽寄存器，设置中断优先级排队。,ICW1,ICW2,ICW3,8259A在级联工作方式（SNGL=0）时，要写入ICW3，它规定本8259为主片，还是从片。,主片 MOV AL，88H OUT 21H，AL,从片1 MOV AL，03H地址A1H OUT 0A1H，AL从片2 MOV AL，07H地址F1H OUT 0F1H，AL,ICW4,全嵌套方式：高级中断可打断正在处理的中断，优先处理更高级的中断。,特殊全嵌套方式：对于级联方式，主8259A把从同一从8259A来的不同级别的中断请求认为是同级的。在8259A级联时，若主片处于特殊全嵌套方式就允许对相同级别的中断请求开放。,4.操作命令字,8259A有3个操作命令字，由CPU写入8259A，写入顺序不限。,OCW1,中断屏蔽字：1=屏蔽中断；0=允许中断,OCW2,OCW2-控制8259A的优先级循环方式和中断结束的命令字,作用：A、非自动中断结束方式的操作。不指定的EOI方式：当8259A接收到一个不指定的EOI命令时，它直接将最高优先级(在被置位的ISR中最高)的ISR位复位。（适用于全嵌套方式）,MOV AL,20HOUT 20H,AL,指定的EOI方式：指定出一个确切的被复位的ISR位,可以指定8259A的8个IR等级中的任何一个。（适用于非全嵌套方式）,MOV AL,65HOUT 20H,AL,B、中断排队方式的操作(0CW2)8259有两种优先权排队方式:固定、优先权循环 由OCW2的R控制。当R=0,优先权固定（如前）当R=1,优先权轮换,不指定的EOI轮换方式,MOV AL,0A0HOUT 20H,AL,下面表示优先级0表示优先级最高,指定的EOI轮换方式,MOV AL,0E5HOUT 20H,AL,OCW3,OCW3-特殊屏蔽方式和查询方式的命令操作字,