微机原理14162中断处理过程.pptx

2024/4/8 周一1一、CPU响应中断的条件中断响应是指从CPU发现中断请求，中止现行程序到调出中断处理程序这一过程。7.2 中断的处理过程第七章 中断对每个中断源来说，既要能发出中断请求信号，而且能保持这个信号，直至CPU响应该请求后再将其清除。因此，每个中断源都要有一个中断请求触发器，如下图中的触发器A。设置中断请求触发器2024/4/8 周一2具有中断屏蔽的接口电路7.2 中断处理过程一、CPU响应中断的条件2024/4/8 周一3 设置中断屏蔽触发器中断屏蔽，是指即使某个中断源发出中断请求信号，也使该信号不起作用的措施。设置屏蔽的目的是为了增加控制的灵活性。方法是在每个外设的接口电路中设置一个中断屏蔽触发器，用来控制其对应外设所发出的中断请求能否送到CPU，进而又可把一组屏蔽触发器(如8个)组成一个中断屏蔽寄存器端口，用输出指令来控制其状态，如上图所示触发器B。7.2 中断处理过程一、CPU响应中断的条件2024/4/8 周一4 开放CPU内部的中断允许触发器尽管外设有中断请求，但CPU并不一定会响应。因为，在CPU内部设置了一个中断允许触发器，该触发器的状态决定CPU对外设的中断是否响应。CPU不响应中断，称关中断(中断关闭)CPU响应中断，称开中断(中断开放)中断允许触发器017.2 中断处理过程一、CPU响应中断的条件2024/4/8 周一51)当CPU复位时，中断允许触发器处于关中断状态；2)中断请求被响应后，CPU自动关中断；3)CPU执行关中断指令CLI后，中断关闭。中断允许触发器的状态可用指令CLI和 STI来改变，下述三种情况可关闭中断：7.2 中断处理过程一、CPU响应中断的条件2024/4/8 周一6中断关闭与中断屏蔽不同。中断关闭对INTR上所有的可屏蔽中断均不理睬；中断屏蔽则只封锁被屏蔽的那个中断源，使其中断请求不能到达CPU的INTR线上。即：不让其中断请求发往CPU，在接口中屏蔽INTR线上有中断请求，但CPU当时不能响应，CPU内部关闭屏蔽关闭7.2 中断处理过程一、CPU响应中断的条件2024/4/8 周一7 现行指令执行完毕在满足前三个条件后，CPU在执行现行指令的最后一个机器周期的最后一个T状态时，才去采样中断请求输入线INTR，若发现有中断请求，则把CPU内部的中断锁存器置“1”，下一个机器周期就不进入取指周期，而进入中断响应周期。7.2 中断处理过程一、CPU响应中断的条件2024/4/8 周一8二、CPU对中断的响应CPU进入中断响应周期后，中断响应过程如下：7.2 中断处理过程1.关中断2.保护断点CPU在响应中断后，发出中断响应信号INTA，同时内部自动关中断，以禁止接受其它的中断请求。把断点处的IP及CS值入栈保存，以备中断处理完后能正确返回断点。2024/4/8 周一97.2 中断处理过程二、CPU对中断的响应4.保护现场5.执行中断服务程序6.恢复现场7.开中断及返回为了不使中断服务程序的运行影响主程序的状态，必须把断点处的相关寄存器及标志寄存器压栈保护。3.识别中断源CPU要对中断进行处理，必须找到相应的中断服务程序的入口地址，这就是中断源的识别。2024/4/8 周一10三、中断源的识别当CPU响应中断、关中断及保护断点之后，就要寻找中断源，找到相应的中断服务程序的入口地址。这是中断处理过程的重要的一环。识别中断源有两种方法，即查询中断和矢量中断。7.2 中断处理过程2024/4/8 周一11 查询中断查询中断采用软件来识别中断源，其方法是用程序依次读出每一外设的中断标志位，通过测试这一标志位来判断它是否曾经发生中断请求，若该标志位无效则继续往下测试，直到被检测的设备状态(如中断请求触发器的状态)出现“1”时，中断识别程序便转向相应的中断服务程序。若查完所有状态，仍没有任何设备请求服务时，说明是错误所致，转到出错处理。查询过程如下图所示：7.2 中断处理过程三、中断源的识别2024/4/8 周一127.2 中断处理过程三、中断源的识别2024/4/8 周一13查询中断与数据的查询传送方式有本质上的不同。查询传送方式需要CPU花费大量时间不断循环询问，以等待设备的“就绪”信号；而查询中断在外设无中断请求时CPU照常执行程序，只有当CPU收到中断请求，设备已“就绪”时，才查询是谁发出的中断请求。因此查询中断是一种由中断启动而不是由微处理器启动的“查询”。7.2 中断处理过程三、中断源的识别查询中断通常用于比较简单的小系统中。对于中断源较多的大系统来说，查询需要花费较长的时间。2024/4/8 周一14 矢量中断7.2 中断处理过程三、中断源的识别矢量中断是指在CPU中断响应周期内，控制逻辑将发中断请求的外设预先准备好的一个地址送入CPU,CPU在硬件的支持下由该地址自动找到相应的中断服务程序的入口，并转入中断服务程序。外设提供给CPU的这一地址叫做中断矢量，每个外设都预先设定一个自己的中断矢量，中断矢量与中断源一一对应。矢量中断采用硬件来识别中断源，需要花费较多的硬件资源，但速度快，目前被广泛采用。2024/4/8 周一15矢量中断以硬件的开销换取较快的中断响应速度，而查询方式以软件和时间为代价来节省硬件。有时混合使用这两种技术可获预期的较好效果，如在一个较大的中断系统中，用矢量方法将中断源分为若干小组，然后用查询法迅速从组内中识别出请求中断的中断源。这两种方法结合比完全采用矢量中断既经济，又不致对速度造成太大的影响。7.2 中断处理过程三、中断源的识别2024/4/8 周一16四、中断优先级实际应用中，常遇到多个中断源同时请求中断，这时CPU必须确定先为哪个中断服务。解决的方法是采用中断优先排队，即把全部中断源按其中断的必要性和实时性以及处理的轻重缓急进行排队，给出优先级。因此，中断优先级是指多个中断同时发生时，CPU对中断源响应的顺序。优先权高的先被响应。7.2 中断处理过程另外，当CPU正在处理中断时，要能响应优先级更高的中断请求，同时屏蔽同级或较低的中断请求。即多重中断或中断嵌套的问题。2024/4/8 周一17 软件查询优先方式这是最简单的中断优先级处理方式。右图是软件查询方式的接口电路，下页图为其流程图。7.2 中断处理过程四、中断优先级2024/4/8 周一18实现方法：将8个外设的中断请求触发器组合为一个端口，并给这个端口赋以设备号(口地址)，7.2 中断处理过程四、中断优先级2024/4/8 周一19然后，把各外设的中断请求信号相或后作为INTR信号。任何外设有中断请求时，都可向CPU发出INTR信号。CPU响应中断后，把中断寄存器的状态作为一个输入端口读进CPU，然后逐位检测其状态，若有中断请求就转入相应的中断服务程序，这样优先级的级别取决于软件查询的顺序，先测试的中断源具有较高的优先级。该方式的优点是硬件简单，不需要硬件排队电路。但在中断源较多时，软件查询的时间较长。7.2 中断处理过程四、中断优先级2024/4/8 周一20 硬件查询优先方式常用的硬件查询优先方式有两种：优先级中断链矢量优先权排队7.2 中断处理过程四、中断优先级2024/4/8 周一21排队链优先级中断系统 优先级中断链7.2 中断处理过程四、中断优先级2024/4/8 周一22当中断请求得到响应时，中断响应信号就传送到优先级最高的I/O设备，并按串行方式往下传送。若某设备有中断请求，中断响应信号就不再往下传送，而中止在该设备上，从而允许该设备使用总线与CPU交换信息，该设备以后的中断就被屏蔽了。显然，排在链的最前面的优先级最高。各中断源的中断优先级按其在链式排队电路中的先后次序决定。7.2 中断处理过程四、中断优先级2024/4/8 周一23用硬件实现优先级的另一种方法是使用优先级控制器。优先级控制器或可编程中断控制器(PIC)构成的“矢量”是一个由优先级编码器和比较器等构成的电路，它的基本逻辑结构如下图所示。优先级控制器可接受8个中断输入，每一个中断请求能否送到优先级编码器，取决于屏蔽寄存器的对应位。矢量优先级排队7.2 中断处理过程四、中断优先级2024/4/8 周一247.2 中断处理过程四、中断优先级