第-七-章--微型计算机中断系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,微型计算机原理与接口技术,第 七 章 微型计算机中断系统,中断和中断系统,中断的处理过程,中断优先级和中断嵌套,可编程中断控制器,Intel 8259A,1,7.1,中断和中断系统,中断的概念,CUP,在正常执行程序的过程中，由于某种原因，使,CPU,暂停,当前程序的执行，,转去处理,临时发生的事件，,处理完毕再,返回,继续执行暂停的程序。,该过程称,中断,当前程序,中断处理,返回,一、定义,2,中断源,引起程序中断的事件,外部中断,内部中断,中断响应,CPU,在每条指令的最后一个周期,检测中断信号引脚,，当条件满足时，,CPU,响应中断，向外设,发中断响应信号,，并,保护断点,，,转向中断服务程序,3,中断向量表,中断服务程序的入口地址存放处,中断优先级,为每个中断源分配一个优先级，,CPU,总是优先响应优先级高的中断,中断屏蔽,通过软件设置，使,CPU,不能响应中断源的申请,4,二、中断的分类,中断类型号,8086,/8088,可以处理,256种,中断，每一种中断都规定一个唯一的,中断类型号,N,，,即中断向量,256种中断,分为,两类,外部中断由,外部硬件的请求,产生的中断，又称,硬件中断,内部中断是由,指令的执行,所引起的中断，又称,软件中断,5,内部中断,外部中断,外部中断,6三、外部中断,非屏蔽中断请求,由引脚,NMI,引入，边沿触发，上升沿之后维持两个时钟周期高电平有效，,中断类型号,N,2,不受,中断,标志位,IF,影响,引起原因,RAM,奇偶校验错误,I/O,通道扩展板奇偶校验错误,协处理器,8087,中断请求,7,可屏蔽中断请求,引脚,INTR,引入，电平触发，高电平有效,中断,标志位,IF,1,时允许中断；,IF,0,时,禁止中断,可用,STI,指令置位,IF,状态（开中断），,CLI,指令复位（关中断）,引起原因,外部设备的中断请求,三、外部中断（续）,8,四、内部中断,INT n,指令中断,CPU,执行,INT n,指令后，产生中断类型号,N,n,的中断,中断向量表地址,4n,例如：,INT 21H,，产生中断类型号为,21H,的中断，并从中断向量表的,4*21H,（即,0:84H,）单元取出中断服务程序的入口地址，转去执行,9,除法错中断,除数为,0,或商超出寄存器范围。中断类型号,N=0,溢出中断指令,INTO,在算术运算指令之后紧跟,INTO,指令，可检查,溢出标志,OF,。中断类型号,N,4,例如：测试加法的溢出,MOV AX,0009H,MOV AX,9000H,ADD AX,0080H,ADD AX,8000H,INTO,INTO,：,无溢出,不中断,顺序,溢出,中断,转移,四、内部中断（续）,10,单步中断,当标志位,TF1,时，每执行一条指令，,CPU,便产生中断类型号,N,1,的单步中断。单步中断用于,Debug,调试程序,断点中断,当程序设置了断点时，,CPU,执行到断点处便产生中断类型号,N,3,的,断点,中断，并显示寄存器及单元内容，供,Debug,调试程序使用,四、内部中断（续）,11,中断服务程序,可屏蔽中断处理流程,7.2,中断的处理过程,CPU,响应可屏蔽中断的条件：,1,外设提出中断申请,2,本中断位未被屏蔽,3,中断允许,CPU,硬件完成,12,一、,CPU,响应中断过程,可屏蔽中断请求,INTR,CPU,响应,可屏蔽中断,CPU,转入中断服务过程,13,CPU,响应,可屏蔽中断,当中断屏蔽触发器未被屏蔽时，,外设,发出,中断请求信号,CPU,在每条指令的最后一个机器周期的最后一个,T,状态采样,中断请求,INTR,引脚,，若有中断请求信号且,CPU,内部中断允许触发器是开放的（,IF,1,），则,CPU,响应中断,CPU,向外设接口发两个,中断响应信号,INTA,外设收到第二个,INTA,，往数据线送,中断类型号,14,CPU,转入中断服务过程,从数据总线,读取,由外设输入的,中断类型号,标志寄存器,PSW,的值入栈,PSW,中的中断允许标志,IF,和单步标志,TF,清,0,保护断点,，下一条指令的段地址,CS,和指令指针,IP,的值入栈,取中断向量表的,中断入口地址,，转入中断服务子程序,中断处理程序结束后，从堆栈依次弹出,IP,、,CS,和,PSW,，,返回,主程序断点处继续执行,15,非屏蔽中断请求,NMI,CPU,检测有,NMI,，不必判断,IF,标志，内部自动产生中断类型号,N,2,，并转入相应中断服务过程,软件（内部）中断,INT n,由软件设定，不受,IF,标志影响，,CPU,内部形成中断类型号,N,n,，并转入相应中断服务过程,16,8086/8088,中断响应过程,17,二、中断向量表,中断向量表,也称,中断服务程序入口地址表,中断向量表安排在内存的前1,KB,，即,00000,H003FFH,每个,服务程序入口地址,CS:IP,占用4个字节（256*41,KB,），,高字节存放段地址,CS,，低字节存放段内偏移,IP,，按中断类型号顺序存放,18,8086/8088,中断向量表,专用中断,5,个,系统用,27,个,用户用,224,个,256,种中断类型的分配,0,4,为,专用中断,5,31,为,系统使用中断,08H,0FH,：,8259A,中断向量,10H,1FH,：,BIOS,中断向量,32,255,由,用户定义中断,20H,3FH,：,DOS,中断调用,40H,FFH,：用户使用,19,中断操作过程示例,指令,INT 68H,执行过程,取中断类型号,68H,计算中断向量地址,取,中断入口地址,低地址,IP,高地址,CS,转中断服务程序,中断返回到,INT 68H,的下一指令,类型,69H,中断向量,A0,00,20,50,类型,67H,中断向量,1A4,1A2,1A0,0:19C,INT 68H,STI,PUSH DS,IRET,A000:2050,中断处理程序,向量地址,68H4,1A0H,20,50,IP,A0,00,CS,20,为中断类型号,N,设置中断向量,用指令设置中断向量,MOV AX,0,MOV ES,AX,MOV DI,N*4,;,中断类型号,*4,MOV AX,OFFSET INTRAD,;,中断子程序偏移地址,AX,CLD,STOSW,;,偏移地址,4n,4n+1,MOV AX,CS,STOSW段地址,4n+2,4n+3,STI,:,INTRAD:,;,中断服务子程序,:,IRET,21,利用,DOS,功能调用,INT 21H,设置中断向量,设置中断向量,预置：,AL,中断类型号,DS:DX,中断服务程序入口地址,AH,25H,执行：,INT 21H,取中断向量,预置：,AL,中断类型号,AH,35H,执行：,INT 21H,返回：,ES:BX,中断服务程序入口地址,为中断类型号,N,设置中断向量,22,;,取中断向两到,es:bx,中,mov,al,N,mov,ah,35h,int,21h,;,保存原中断向量,push,es,push,bx,push,ds,;,设新中断向量,mov,ax,seg,intrad,mov,ds,ax,mov,dx,offset,intrd,mov,al,N,mov,ah,25h,int,21h,pop,ds,pop,dx,;,恢复原中断向量,pop,ds,mov,al,N,mov,ah,25h,int,21h,ret,intrad,:;,中断服务子程序,iret,23,中断类型号的获取,除数出错，单步断点，,NMI,，断点中断和溢出中断,中断类型号,0,4,用户自己确定的软件中断,INT n,中断类型号由,n,决定,外部可屏蔽中断,INTR,中断类型号由,硬件电路设计产生,外部可屏蔽中断,INTR,中断类型号由可编程控制器,8259A获得,24,8259A,的中断源分配（地址为,21H,）,8259A,输入端,中断类型号,外设,IR,0,08H,定时器,IR,1,09H,键盘,IR,2,0AH,彩色图像接口,IR,3,0BH,未用,IR,4,0CH,串口,(RS-232,接口,),IR,5,0DH,未用,IR,6,0EH,软盘,IR,7,0FH,打印机,25,中断主程序的编程,主程序中的初始化,设置,中断向量,设置,8259A,的中断屏蔽寄存器的,中断屏蔽位,设置,CPU,中断允许位标志,IF,26,硬件（外设接口）和,CPU,自动完成,外设向,CPU INTR,端发,中断请求,执行完当前指令,CPU,发两个,中断响应信号,INTA,CPU,取,中断类型号,n,CPU,将当前,PSW,、,CS,、,IP,入栈,保护,清,IF,、,TF,，禁止外部中断和单步中断,从中断向量表取,4n,IP,，,4n,2,CS,转向中断服务子程序,27,三、中断服务子程序,中断服务子程序的编写,保护现场，用,PUSH,指令将各寄存器值入栈,若允许中断嵌套，则用,STI,开中断（置,IF,1,）,执行中断处理程序,用,CLI,关中断（清,IF,0,）,送中断结束命令,EOI,恢复现场，用,POP,指令将各寄存器值退栈恢复,用中断返回指令,IRET,返回主程序,28,四、中断响应时序,8086/8088,中断响应总线周期时序图,第,1,个,INTA,周期,第,2,个,INTA,周期,29,7.3,中断优先级和中断嵌套,开中断以便响应更高优先级中断,单级中断流程,多级中断流程,30,一、中断优先级,中断优先级,高 低,内中断（除法错,、,INTO,、,INT n,）,非屏蔽中断（,NMI,）,可屏蔽中断（,INTR,）,低,单步中断,31,可屏蔽中断的优先级设定,软件查询中断优先级,软件查询状态位的次序决定外设中断优先权,32,硬件查询优先方式,菊花链法,越靠近,CPU,的外设，优先级越高,33,矢量中断优先级,由优先级管理逻辑判别最高优先级中断请求,34,二、中断嵌套,高优先级的中断源能中断低优先级的中断处理,:,:,:主程序,IR2,和,IR4,中断请求,STI,:,(EOI),:,IRET,IR2,处理程序,STI,:,:,(EOI),IRET,IR1,处理程序,:,STI,:,(EOI),IRET,IR4,处理程序,:,STI,:,:,(EOI),IRET,IR3,处理程序,IR1,中断请求,IR2,中断清除,IR3,中断请求,IR4,中断清除,IR1,中断清除,开中断,IR3,中断清除,开中断,35,7.4,可编程中断控制器,Intel 8259A,8259A,的功能,具有,8级优先权控制,，通过级联可扩展到,64级,优先权控制（主从式中断系统）,每一级中断都可以,单独,屏蔽,或,允许,可提供,中断类型号,传送给,CPU,，从而能迅速地转至中断服务程序,可通过编程选择,多种,不同的,工作方式,36,8259A,的内部结构及引脚,37,8259A,的读写功能,CS,RD,WR,A,0,D,4,D,3,读写操作,指令,0,1,0,0,1,CPUICW,1,OUT,0,1,0,1,CPUICW,2,4,、,OCW,1,0,1,0,0,0,0,CPUOCW,2,0,1,0,0,0,1,CPUOCW,3,0,0,1,0,IRR/ISRCPU,IN,0,0,1,1,IMRCPU,1,高阻,1,1,高阻,38,8259A,的级联缓冲,/,比较器,缓冲方式,8259A,通过总线驱动器和数据总线相连,SP/EN,作输出端,(,连总线驱动器允许端,),EN,0,，数据：,8259ACPU,EN,1,，数据：,CPU8259A,非缓冲方式,8259A,直接与数据总线相连,SP/EN,作输入端,SP,1,，主片,SP,0,，从片,39,8259A,的编程结构,40,8259A,的中断管理方式,优先级设置方式,中断结束方式,循环优先级的循环方法,中断源屏蔽方式,中断请求引入方式,41,优先级设置方式,完全嵌套方式,固定优先级别,0,7,，,IR,0,最高，,IR,7,最低,设置：缺省或初始化命令字,ICW,4,中,SFNM,0,特殊全嵌套方式,用于级联方式，固定优先级别,0,7,，,IR,0,最高IR,7,最低，主片为特殊全嵌套方式，从片为其他方式，主片对相同级别的中断请求开放,设置：主片初始化命令字,ICW,4,中,SFNM,1,，,AEOI,0,42,优先级自动循环方式,优先级可变，初始优先级次序规定为,IR,0,、,IR,1,、,、,IR,7,，当任一级中断处理完，它的优先级变为最低，原来比它低一级的中断变为最高,设置：操作命令字,OCW,2,中,R,、,SL,10,优先级特殊循环方式,与优先级自动循环方式类似，初始最低优先级由程序规定,设置：操作命令字,OCW,2,中,R,、,SL,11,，,L,2,L,0,指定最低优先级,优先级设置方式,43,中断结束方式,自动中断结束方式,不需要中断结束命令,EOI,，,8259A,在第二个,INTA,后自动清除,ISR,对应位,自动,EOI,结束方式（,AEOI,）：置,ICW,4,中,AEOI,1,非自动中断结束方式,在中断服务程序返回之前，需要,发,中断结束命令,EOI,使,ISR,对应位复位,普通,EOI,结束方式：置,OCW,2,中,R,、,SL,、,EOI,001,特殊,EOI,结束方式（,SEOI,）：置,OCW,2,中,R,、,SL,、,EOI,011,，,低三位,L2,L0,指定对应的,IR,i,复位,44,普通,EOI,循环方式,ISR,寄存器,ISR,7,ISR,6,ISR,5,ISR,4,ISR,3,ISR,2,ISR,1,ISR,0,原始状态,ISR,值,0,0,1,0,0,1,0,0,优先级,7,6,5,4,3,2,1,0,处理完,IR,2,ISR,值,0,0,1,0,0,0,0,0,优先级,4,3,2,1,0,7,6,5,处理完,IR,5,ISR,值,0,0,0,0,0,0,0,0,优先级,1,0,7,6,5,4,3,2,循环优先级的循环方法,45,循环优先级的循环方法,特殊,EOI,循环方式,L,2,L,0,011,ISR,寄存器,ISR,7,ISR,6,ISR,5,ISR,4,ISR,3,ISR,2,ISR,1,ISR,0,原始状态,ISR,值,0,0,1,0,0,1,0,0,优先级,7,6,5,4,3,2,1,0,执行置位优先权后,ISR,值,0,0,1,0,0,1,0,0,优先级,3,2,1,0,7,6,5,4,46,中断源屏蔽方式,普通屏蔽方式,利用,OCW,1,命令字使屏蔽寄存器,IMR,中的位置,1,或清,0,，从而屏蔽或开放中断,特殊屏蔽方式,屏蔽本级中断，而允许优先级比它高或低的中断进入,总是在中断处理程序中使用,由,OCW,3,的,ESMM,、,SMM,11,来实现,47,中断请求引入方式,边沿触发方式,上升沿,(ICW1:LTIM=0),电平触发方式,高电平,(ICW1:LTIM=1),中断查询方式,CPU,用,查询程序,确定中断源,系统关中断,(CLI),CPU,用,OUT,指令送,OCW,3,查询命令字,8259A,组成,查询字,CPU,用,IN,指令读取,8259A,查询字,48,中断查询方式,OCW,3,命令字构成的,查询命令,格式,8259A,组成的,查询字,格式,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,IR,W2,W1,W0,当前中断请求的最高优先级,1,：有设备请求中断,0,：无设备请求中断,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,0,0,0,1,1,0,0,A,0,0,P,：查询方式位,49,8259A,的编程方法,初始化命令字,设定中断请求信号触发形式,（高电平或上升沿）,设定,8259A,工作方式（单片或级联）,设定,8259A,中断类型号基值（,IR,0,的中断类型号）,设定优先级设置方式,设定,中断结束方式,50,初始化命令字,8259,A,有4个初始化命令字,ICW,1,、,ICW,2,、,ICW,3,、,ICW,4,8259,A,有两个端口地址,一个偶地址，一个奇地址,ICW,1,偶；,ICW,2,4,奇,51,ICW,1,芯片控制,A,0,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,1,LTIM,0,SNGL,IC,4,写偶地址端口,8086/8088,系统不用,标志位,1,：需设置,ICW,4,0,：无需设置,ICW,4,1单级使用,0,：级联使用,1,：高电平触发,0,：上升沿触发,例：单片方式,边沿触发,需设,ICW,4,MOVAL,13H,OUT20H,AL,52,ICW,2,设置中断类型号,A,0,1,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,T7,T6,T5,T4,T3,0,0,0,写奇地址端口,中断类型号的前,5,位,中断类型号被,8,整除,例：中断类型号基值为,08H,（,08H,0FH,）,MOVAL,8H,OUT21H,AL,53,ICW,3,配置级联模式,A,0,1,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,S7,S6,S5,S4,S3,S2,S1,S0,1,：,IR,i,输入端有从属设备芯片,0,：,IR,i,输入端无从属设备芯片,主片格式,A,0,1,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,0,0,0,0,0,ID2,ID1,ID0,从设备芯片识别地址,从片格式,54,主片,MOVAL,88H;IR,3,和,IR,7,端接从片,OUT21H,AL;,主片端口地址,20H,21H,从片,1,MOVAL,03H;,接,IR,3,端,OUTA1H,AL;,从片,1,端口地址,A0H,A1H,从片,2,MOVAL,07H;,接,IR,7,端,OUTB1H,AL;,从片,2,端口地址,B0H,B1H,ICW,3,配置级联模式,55,ICW,4,方式控制,A,0,1,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,0,0,0,SFNM,BUF,M/S,AEOI,PM,1,：,8086/8088,0,：,8080/8085,1,：自动,EOI,0,：普通,EOI,1,：特殊全嵌套方式,0,：完全嵌套方式,例：,PC/XT,机,非自动中断结束方式，完全嵌套，缓冲方式,MOVAL,00001101B,OUT21H,AL,1,：主片,0,：从片,1,：缓冲方式,0,：非缓冲方式,56,BUF,、,M/S,、,SP/EN,关系,BUF,位,M/S,位,SP/EN,端,0,非缓冲方式,SP,有效,（输入信号）,SP,1,主,8259A,SP,0,从,8259A,1,缓冲方式,1,主,8259A,EN,有效,（输出信号）,EN,1,CPU8259A,0,从,8259A,EN,0,8259ACPU,ICW,4,方式控制,57,初始化命令字设置次序,初始化命令字设置,次序固定,，端口地址,明确规定,初始化,命令字,ICW,是由初始化,一次性,写入，不再改变,A,0,0(20H),A,0,1(21H),A,0,1(21H),A,0,1(21H),58,8259A,的编程方法,操作命令字,决定,8259A,工作方式，如中断屏蔽法，中断结束，中断优先级次序等,由操作命令字,OCW,1,、,OCW,2,、OCW,3,的设置实现,OCW,i,可以在应用程序中任何时间,多次写入,，用于对中断处理过程实现动态控制,59,OCW,1,中断屏蔽操作命令字,A,0,1,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,M7,M6,M5,M4,M3,M2,M1,M0,1,：屏蔽由,IR,i,引入的中断请求,0,：允许,IR,i,端中断请求引入,写奇地址端口,60,OCW,2,优先权循环和中断结束,A,0,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,R,SL,EOI,0,0,L2,L1,L0,写偶地址端口,标志位,000,：,IR,0,001,：,IR,1,010,：,IR,2,011,：,IR,3,100,：,IR,4,101,：,IR,5,110,：,IR,6,111,：,IR,7,中断结束控制位,1,：使,ISR,中最高优先级的相应位复位；或由,L2,L0,指定的,ISR,相应位复位,0,：,不起作用,优先级循环控制位，,1,：循环优先级,0,：固定优先级,选择指定的中断级别位，,1,：,L2,L0,有效,0,：,L2,L0,无效,61,OCW,3,特殊屏蔽和查询方式,A,0,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,ESMM,SMM,0,1,P,RR,RIS,写偶地址端口,标志位,0 x,：无效,10,：特殊屏蔽方式,复位,11,：,特殊,屏蔽,方式置位,1,：查询,8259A,状态,0,：不查询,0 x,：无效,10,：下次,RD,有效,读,IRR,11,：下次,RD,有效,读,ISR,62,8259A,的中断级联,主片,CAS0-2,作为输出端,从片,CAS0-2,作为输入端,从片的,INTR,接主片的,IRi,63,PC/AT,机中的,8259A,级联,64,中断级联的优先级次序,设一个,8259A,主片连两片,8259A,从片，分别经,IR,3,和,IR,6,引脚接入，则系统优先级的排列次序为：,高,低,主片的,IR0,、,IR1,、,IR2,从片,1,的,IR0,、,IR1,、,、,IR7,主片的,IR4,、,IR5,从片,2,的,IR0,、,IR1,、,、,IR7,低,主片的,IR7,65,例：,p302,习题,14,。,解：,;,设置中断向量表,MOVAX,1000H;,段地址,MOVDS,AX,MOVDX,5020H;,偏移地址,MOVAL,50H;,中断类型号,MOVAH,25H,INT21H;,写,50H,的中断入口地址,MOVDX,6100H;,偏移地址,MOVAL,52H;,中断类型号,INT21H;,写,52H,的中断入口地址,MOVDX,3250H;,偏移地址,MOVAL,54H;,中断类型号,INT21H;,写,54H,的中断入口地址,66,;8259A,初始化命令字,MOV AL,0001,0,0,11,B;,定义,ICW1,，单片，边沿触发,OUT 20H,AL,MOV AL,50H;,定义,ICW2,，中断号,50H57H,OUT 21H,AL,MOV AL,000,00101,H;,定义,ICW4,，完全嵌套,;,非缓冲,普通,EOI,OUT 21H,AL,MOV AL,11101010B;,定义,OCW1,，屏蔽,IR1,3,5,6,7,OUT 21H,AL,67,;,中断服务子程序,PUSH DS;,保护现场,PUSH AX,PUSH CX,PUSH DX,STI,；开中断，允许中断嵌套,；执行中断处理程序,CLI,；关中断,MOV AL,20H,；中断结束命令,OUT 20H,AL,POPDX,；恢复现场,POPCX,POPAX,POPDS,IRET,；中断返回,68,作业：,4,、,8,、,10,、,15,69,