2023年《8259中断控制器实验》的实验报告.doc

实验六 8259中断控制器实验

6.1 实验目的

(1) 学习中断控制器8259的工作原理。
(2) 掌握可编程控制器8259的应用编程方法。

6.2 实验设备

PC微机一台、TD-PIT+实验系统一套。

6.3 实验内容

1. 单中断应用实验
(1) 编写中断处理程序，利用PC机给实验系统分配的中断线，使用单次脉冲单元的KK1+按键模拟中断源，每次PC机响应中断请求，在显示器上显示一个字符。
(2) 编写中断处理程序，利用PC机给实验系统分配的中断线，使用单次脉冲单元的KK1+按键模拟中断源，每次PC机响应中断请求，在显示器上显示“Hello中断5次后退出。

2．扩展多中断源实验
利用实验平台上8259控制器对扩展系统总线上的中断线INTR进行扩展。编写程序对8259控制器的IR0和IR1中断请求进行处理。

6.4 实验原理

1. 8259控制器的介绍
中断控制器8259A是Intel公司专为控制优先级中断而设计开发的芯片。它将中断源优先级排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集于一片中，因此无需附加任何电路，只需对8259A进行编程，就可以管理8级中断，并选择优先模式和中断请求方式，即中断结构可以由用户编程来设定。同时，在不需增加其他电路的情况下，通过多片8259A的级连，能构成多达64级的矢量中断系统。它的管理功能包括：1）记录各级中断源请求，2）判别优先级，确定是否响应和响应哪一级中断，3）响应中断时，向CPU传送中断类型号。8259A的内部结构和引脚如图6-1所示。
8259A的命令共有7个，一类是初始化命令字，另一类是操作命令。8259A的编程就是根据应用需要将初始化命令字ICW1-ICW4和操作命令字OCW1-OCW3分别写入初始化命令寄存器组和操作命令寄存器组。ICW1-ICW4各命令字格式如图6-2所示，OCW1-OCW3各命令字格式如图6-3所示，其中OCW1用于设置中断屏蔽操作字，OCW2用于设置优先级循环方式和中断结束方式的操作命令字，OCW3用于设置和撤销特殊屏蔽方式、设置中断查询方式以及设置对8259内部寄存器的读出命令。

图6-1 8259内部结构和引脚图

图6-2（a） ICW1格式

图6-2（b） ICW2格式

图6-2（c） ICW3格式

图6-2（d） ICW4格式

图6-3 OCW命令字格式
2．8259寄存器及命令的控制访问
在硬件系统中，8259仅占用两个外设接口地址，在片选有效的情况下，利用A0来寻址不同的寄存器和命令字。对寄存器和命令的访问控制如表6-1所示。
表6-1 8259寄存器及命令的访问控制
A0
D4
D3
读信号
写信号
片选
操作
0

0
1
0
读出ISR,IRR的内容
1

0
1
0
读出IMR的内容
0
0
0
1
0
0
写入OCW2
0
0
1
1
0
0
写入OCW3
0
1
×
1
0
0
写入ICW1
1
×
×
1
0
0
写入OCW1，ICW2，ICW3，ICW4

3. PC微机系统中的8259
在80x86系列PC微机系统中，系统中包含了两片8259A中断控制器，经级连可以管理15级硬件中断，但其中部分中断号已经被系统硬件占用，具体使用情况如表6-2示。两片8259A的端口地址为：主片8259使用020H和021H两个端口；从片使用0A0H和0A1H两个端口。系统初始化两片8259的中断请求信号均采用上升沿触发，采用全嵌套方式，优先级的排列次序为0级最高，依次为1级、8级～15级，然后是3级～7级。
在扩展系统总线上的INTR对应的中断线就是PC机保留中断其中的一个。对INTR中断的初始化PC机已经完成，在使用时主要是将其中断屏蔽打开，修改中断向量。
表6-2 PC微机系统中的硬件中断
中断号
功能
中断向量号
中断向量地址
主8259A IRQ0
日时钟/计数器0
08H
0020H～0023H
主8259A IRQ1
键盘
09H
0024H～0027H
主8259A IRQ2
接从片8259A
0AH
0028H～002BH
主8259A IRQ3
串行口2
0BH
002CH～002FH
主8259A IRQ4
串行口1
0CH
0030H～0033H
主8259A IRQ5
并行口2
0DH
0034H～0037H
主8259A IRQ6
软盘
0EH
0038H～003BH
主8259A IRQ7
并行口1
0FH
003CH～003FH
从8259A IRQ8
实时钟
70H
01C0H～01C3H
从8259A IRQ9
保留
71H
01C4H～01C7H
从8259A IRQ10
保留
72H
01C8H～01CBH
从8259A IRQ11
保留
73H
01CCH～01CFH
从8259A IRQ12
保留
74H
01D0H～01D3H
从8259A IRQ13
协处理器中断
75H
01D4H～01D7H
从8259A IRQ14
硬盘控制器
76H
01D8H～01DBH
从8259A IRQ15
保留
77H
01DCH～01DFH

6.5 实验说明及步骤

1. 单中断应用实验
本实验要求使用总线上INTR中断请求线完成一次单中断应用实验。中断处理程序完成在屏幕上显示字符“9”。实验前先运行CHECK程序，得到INTR所对应的中断号、相应的初始化命令字寄存器ICW及操作命令字寄存器OCW的地址、开屏蔽的命令字、中断矢量地址和PCI卡中断控制寄存器INTCSR的地址。得到这些信息后就可以开始设计实验了。参考程序流程如图6-5所示。
实验步骤如下。
(1) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。
(2) 首先运行CHECK程序，查看INTR中断号及相关信息。
(3) 参考实验流程图编写程序，然后编译链接。
(4) 将单次脉冲单元的KK1+连接到系统总线上的INTR。
(5) 运行程序，按动KK1+按键，观察中断是否产生。

2．扩展多中断源实验
利用实验平台上的8259控制器，可以对总线上的INTR进行扩展。将8259的INT连接到INTR，8259的8路中断请求线IR0～IR7就成了单一INTR中断请求线的扩充。这8路中断源共用INTR的中断矢量，共用INTR的中断服务线程。在INTR的中断服务线程中通过对8259OCW3的查询，以确定是IR0～IR7中哪个产生中断，然后转到相应的服务线程进行处理。将8259的OCW3中P位置1即可执行查询，查询字格式如图6-6所示。

(a)主程序 (b)中断处理程序
图6-5 8259中断应用实验(1)参考程序流程图

图6-6 8259 OCW3查询命令字格式
本实验要求实现8259控制器IR0、IR1两路中断。用KK1+和KK2+模拟两个中断源，在IR0对应的服务程序中显示字符“0”，在IR1对应的服务程序中显示字符“1”。实验程序参考流程如图6-7所示。参考实验电路如图6-8所示。
实验步骤如下：
(1) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。
(2) 首先运行CHECK程序，查看INTR中断号及相关信息。
(3) 参考实验流程图编写程序，然后编译链接。
(4) 参考实验接线图连接实验电路。
(5) 运行程序，按动KK1+、KK2+按键，观察中断响应是否正常。

(a)主程序 (b)中断处理程序
图6-7 8259中断应用实验(2)参考程序流程图

图6-8 8259中断应用实验(2)参考接线图

6.6 思考题

1. 在编程过程中，用到了哪些操作命令字？
2. 在执行中断服务程序之前，保存了哪些断点？为什么？

单一中断应用实验参考程序
;***************根据CHECK配置信息修改下列符号值*******************
INTR_IVADD EQU _____H ;INTR对应的中断矢量地址
INTR_OCW1 EQU _____H ;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址
INTR_OCW2 EQU _____H ;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址
INTR_IM EQU _____H ;INTR对应的中断屏蔽字
PCI_INTCSR EQU _____H ;PCI卡中断控制寄存器地址
STACK1 SEGMENT STACK
DW 256 DUP(?)
STACK1 ENDS

DATA SEGMENT
CS_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口段地址的变量
IP_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址的变量
IM_BAK DB ? ;保存INTR原中断屏蔽字的变量
DATA ENDS

CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE,DS:DATA
START: MOV AX,DATA
MOV DS,AX
CLI
MOV DX,PCI_INTCSR
SUB DX,19H
IN ALDX
MOV DX,PCI_INTCSR ;初始化PCI卡中断控制寄存器
MOV AX,1F00H ;向PCI_INTCSR中写入003F1F00H
OUT DX,AX
ADD DX,2
MOV AX,003FH
OUT DX,AX

MOV AX,0000H ;替换INTR的中断矢量
MOV ES,AX
MOV DI,INTR_IVADD
MOV AX,ES:[DI]
MOV IP_BAK,AX ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址
MOV AX,OFFSET MYISR
MOV ES:[DI],AX ;设置当前中断处理程序入口偏移地址

ADD DI,2
MOV AX,ES:[DI]
MOV CS_BAK,AX ;保存INTR原中断处理程序入口段地址
MOV AX,SEG MYISR
MOV ES:[DI],AX ;设置当前中断处理程序入口段地址

MOV DX,INTR_OCW1 ;设置中断屏蔽寄存器，打开INTR的屏蔽位
IN AL,DX
MOV IM_BAK,AL ;保存INTR原中断屏蔽字
AND AL,INTR_IM
OUT DX,AL
STI
WAIT1: MOV AH,1 ;判断是否有按键按下
INT 16H
JZ WAIT1 ;无按键则跳回继续等待，有则退出

QUIT: CLI
MOV DX,PCI_INTCSR ;恢复PCI卡中断控制寄存器
MOV AX,0000H
OUT DX,AX

MOV AX,0000H ;恢复INTR原中断矢量
MOV ES,AX
MOV DI,INTR_IVADD
MOV AX,IP_BAK ;恢复INTR原中断处理程序入口偏移地址
MOV ES[DI],AX
ADD DI,2
MOV AX,CS_BAK ;恢复INTR原中断处理程序入口段地址
MOV ES:[DI],AX

MOV DX,INTR_OCW1 ;恢复INTR原中断屏蔽寄存器的屏蔽字
MOV AL,IM_BAK
OUT DX,AL
STI

MOV AX,4C00H ;返回到DOS
INT 21H

MYISR PROC NEAR ;中断处理程序MYISR
MOV AL,39H
MOV AH,0EH
INT 10H
MOV AL,20H
INT 10H

OVER: MOV DX,PCI_INTCSR
SUB DX,19H
IN AL,DX
MOV DX,PCI_INTCSR ;清PCI卡中断控制寄存器标志位
ADD DX,2
MOV AX,003FH
OUT DX,AX

MOV DX,INTR_OCW2 ;向PC机内部8259发送中断结束命令
MOV AL,20H
OUT DX,AL
MOV AL,20H
OUT 20H,AL
IRET
MYISR ENDP
CODE ENDS
END START