微機(jī)原理--第八章-中斷系統(tǒng).ppt

1、第7章 中斷技術(shù),7.1 中斷技術(shù)概述 7.2 8086/8088中斷系統(tǒng) 7.3 可編程中斷控制器8259A 7.4 中斷程序設(shè)計(jì),一、什么是中斷 二、中斷源及其中斷優(yōu)先權(quán) 三、中斷請(qǐng)求與中斷屏蔽 四、中斷服務(wù)程序 五、中斷隱操作和中斷向量 六、斷點(diǎn)和中斷現(xiàn)場(chǎng) 七、硬件中斷和軟件中斷,7.1 中斷技術(shù)概述,一、什么是中斷？ 在CPU正常運(yùn)行程序時(shí)，由于內(nèi)部或外部某個(gè)非預(yù)料事件的發(fā)生，使CPU暫停正在運(yùn)行的程序，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理引起中斷事件的程序，然后再返回被中斷了的程序，繼續(xù)執(zhí)行。這個(gè)過(guò)程就是中斷。,二、中斷源和中斷優(yōu)先權(quán) 引起中斷的因素很多，將發(fā)出中斷申請(qǐng)的外設(shè)或內(nèi)部原因,稱(chēng)為中斷源。 給每

2、個(gè)中斷源指定一個(gè)優(yōu)先權(quán)，稱(chēng)為中斷優(yōu)先權(quán)，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)， CPU按照中斷優(yōu)先權(quán)的高低順序,依次響應(yīng)。 三、中斷請(qǐng)求與中斷屏蔽 中斷請(qǐng)求 ：當(dāng)中斷源要求CPU為其服務(wù)時(shí)，必須先向CPU提出申請(qǐng)，這是通過(guò)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。 中斷屏蔽 ：系統(tǒng)中的大部分中斷源是可屏蔽的，稱(chēng)為可屏蔽中斷，而個(gè)別的中斷請(qǐng)求是不能被屏蔽的，稱(chēng)為非屏蔽中斷,四、中斷服務(wù)程序 所謂中斷服務(wù)程序，就是為完成中斷源所期望的功能而編寫(xiě)的程序。 五、中斷隱操作和中斷向量 CPU響應(yīng)中斷時(shí)，首先執(zhí)行一系列由硬件安排的處理過(guò)程，稱(chēng)為中斷隱操作。隱操作把CPU引向中斷服務(wù)程序。 中斷服務(wù)程序的第一個(gè)可執(zhí)行語(yǔ)句所在的地址

3、叫中斷向量，在CPU響應(yīng)硬件中斷時(shí)，這個(gè)中斷向量是由中斷源硬件提供給CPU的。,六、斷點(diǎn)和中斷現(xiàn)場(chǎng) 斷點(diǎn):是指CPU執(zhí)行的現(xiàn)行程序被中斷時(shí)的下一條指令的地址,又稱(chēng)斷點(diǎn)地址。 中斷現(xiàn)場(chǎng):是指CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序前的運(yùn)行狀態(tài)，包括CPU內(nèi)部各寄存器、斷點(diǎn)地址等。,七、硬件中斷和軟件中斷 為了解決CPU與外設(shè)間的速度匹配問(wèn)題，提高CPU 的工作效率。中斷源主要是由外部硬件產(chǎn)生。(稱(chēng)硬件中斷或外部中斷) 由CPU內(nèi)部產(chǎn)生 (如被零除操作)，或者由程序預(yù)先安排，即由指令調(diào)用中斷服務(wù)程序。（稱(chēng)軟件中斷或內(nèi)部中斷）,7.2 8086/8088中斷系統(tǒng),一、8086/8088CPU的中斷分類(lèi) 二、808

4、6/8088CPU的中斷優(yōu)先權(quán) 三、中斷類(lèi)型與中斷向量表 四、 8086/8088CPU響應(yīng)中斷的過(guò)程 五、 8086/8088CPU如何獲取中斷類(lèi)型號(hào),按中斷源的不同，中斷分為內(nèi)部中斷和外部中斷。 1、內(nèi)部中斷（軟中斷）：指CPU執(zhí)行某些特殊操作或由INT指令引起的中斷 被零除操作或OF=1時(shí)執(zhí)行INTO指令引起 使用DEBUG中的單步或斷點(diǎn)設(shè)置操作引起 執(zhí)行INTn 指令引起 2、外部中斷（硬中斷）：指外部芯片通過(guò)CPU的INTR引腳或NMI引腳發(fā)出中斷申請(qǐng)引起的中斷。 當(dāng)INTR上有高電平信號(hào)（可屏蔽中斷） 當(dāng)NMI上有上升沿信號(hào)（非屏蔽中斷）,一、 8086/8088CPU的中斷分類(lèi),

5、可屏蔽中斷 由INTR引腳引起的中斷，稱(chēng)可屏蔽中斷。 CPU是否響應(yīng)INTR引腳上的中斷請(qǐng)求取決于IF標(biāo)志： IF=1，CPU響應(yīng)INTR引腳上的中斷請(qǐng)求 IF=0，CPU不響應(yīng)INTR引腳上的中斷請(qǐng)求 即當(dāng)IF=0時(shí)，將INTR引腳上的中斷申請(qǐng)屏蔽。,非屏蔽中斷 由NMI引腳引起的中斷，稱(chēng)非屏蔽中斷。 當(dāng)NMI引腳上產(chǎn)生上升沿信號(hào)，CPU必響應(yīng)此中斷請(qǐng) 求，即NMI引腳上的中斷請(qǐng)求不受IF標(biāo)志的控制， IF不能屏蔽NMI引腳上的中斷請(qǐng)求。,8086/8088CPU的中斷分類(lèi)圖,8086/8088中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)產(chǎn)生中斷申請(qǐng)時(shí)，CPU先響應(yīng)優(yōu)先權(quán)最高的中斷源，再響應(yīng)優(yōu)先級(jí)較低的

6、中斷源。,二、8088CPU的中斷優(yōu)先權(quán),8086/8088的每個(gè)中斷源都被指定了一個(gè)編號(hào)，稱(chēng)為中斷類(lèi)型號(hào)。 每一個(gè)中斷服務(wù)程序都有一個(gè)唯一確定的入口地址，叫做中斷向量。 把系統(tǒng)中所有的中斷向量集中起來(lái)，按中斷類(lèi)型號(hào)從小到大的順序放到存儲(chǔ)器的某一個(gè)區(qū)域內(nèi)，這個(gè)存放中斷向量的存儲(chǔ)區(qū)叫中斷向量表。8086/8088CPU以存儲(chǔ)器的00000H0003FH共1024個(gè)單元作為中斷向量存儲(chǔ)區(qū)，由于每個(gè)中斷向量占用4個(gè)存儲(chǔ)單元（CS的內(nèi)容占兩個(gè)單元，IP的內(nèi)容占兩個(gè)單元），故這個(gè)向量表中可存放256個(gè)中斷類(lèi)型的中斷向量（即8086/8088CPU的中斷系統(tǒng)最多能處理256個(gè)中斷源） 中斷類(lèi)型號(hào)所對(duì)應(yīng)的中

7、斷向量在中斷向量表中的地址等于： 中斷類(lèi)型號(hào)4,三、中斷類(lèi)型與中斷向量表,當(dāng)中斷源產(chǎn)生中斷申請(qǐng)后，不論是內(nèi)中斷、非屏蔽中斷， 還是可屏蔽中斷，只要滿(mǎn)足響應(yīng)條件，在執(zhí)行完當(dāng)前指令后， CPU內(nèi)部硬件會(huì)自動(dòng)完成下列響應(yīng)中斷的過(guò)程：,四、8088CPU響應(yīng)中斷的過(guò)程,當(dāng)前指令執(zhí)行完的含義 CPU正在執(zhí)行一條指令，執(zhí)行完本條指令，響應(yīng)中斷； 對(duì)于帶重復(fù)前綴的串指令（如REP MOVSB），執(zhí)行一次重復(fù)和串指令即可響應(yīng)中斷； 對(duì)MOV和POP指令，處理對(duì)象為段寄存器，以及STI和IRET指令執(zhí)行完本條指令后，再執(zhí)行一條指令才響應(yīng)中斷。,五、8086CPU如何獲取中斷類(lèi)型號(hào)？ 不同的中斷源，8086CPU

8、獲取中斷類(lèi)型號(hào)的方法不同。,8086中斷響應(yīng)周期時(shí)序,7.3.1 8259A的主要特性,7.3 可編程中斷控制器8259A,8259A的改進(jìn)工藝制造，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳與8259A完全兼容。 單一正5V電源，全靜態(tài)工作（無(wú)需外加時(shí)鐘）。 該芯片集中斷源識(shí)別、判優(yōu)、提供中斷類(lèi)型號(hào)于一體。 每片82C59A能管理8級(jí)中斷（含優(yōu)先級(jí)）。 每片82C59A可送出8個(gè)8位的中斷類(lèi)型號(hào)（自動(dòng)中斷向量轉(zhuǎn)移功能）。 能用軟件屏蔽中斷請(qǐng)求輸入，通過(guò)編程可選擇多種不同的工作方式，以適應(yīng)各種系統(tǒng)的要求。 通過(guò)82C59A級(jí)聯(lián)，在不增加外部電路的情況下，最多可用9片82C59A級(jí)連管理64級(jí)中斷。,7.3.2 825

9、9A的內(nèi)部結(jié)構(gòu),7.3.3 82C59A外部特性（引腳功能）,7.3.4 8259A的控制字,8259A的編程結(jié)構(gòu)內(nèi)部有9個(gè)可讀寫(xiě)的寄存器: 4個(gè)初始化命令寄存器: ICW1、ICW2 ICW3、ICW4 3個(gè)操作命令寄存器 OCW1（IMR） OCW2、OCW3 當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器 ISR 中斷申請(qǐng)寄存器 IRR,初始化命令字(ICW1- ICW4)書(shū)上147頁(yè) 它決定8259A的工作方式,通常是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)在初始 程序設(shè)置，一旦設(shè)定，一般在系統(tǒng)工作過(guò)程不再改變。 例：開(kāi)機(jī)后，BIOS將8259A初始化為： IR0IR7中斷申請(qǐng)信號(hào)為上升沿觸發(fā)方式； IR0IR7對(duì)應(yīng)的中斷類(lèi)型號(hào)分別為

10、08H0FH； 優(yōu)先級(jí)IR0最高, IR7最低； (2) 操作命令字(OCW1,OCW2,OCW3) 在應(yīng)用程序中設(shè)定，動(dòng)態(tài)地控制CPU處理中斷的過(guò)程 (3) ISR和IRR存放當(dāng)前8259A的狀態(tài) 通過(guò)讀取 ISR 和 IRR 的內(nèi)容，可了解當(dāng)前8259A工作情況,7.3.5 8259A的工作方式,1、中斷屏蔽方式 2、中斷嵌套方式 3、設(shè)置優(yōu)先級(jí)的方式 4、中斷結(jié)束方式 5、查詢(xún)中斷方式 6、讀取狀態(tài)方式 7、級(jí)聯(lián)方式 8、連接系統(tǒng)總線的方式 見(jiàn)書(shū)上151頁(yè),分兩步: (1)處理外設(shè)中斷申請(qǐng)，決定是否向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)信號(hào)。 (2)若發(fā)中斷申請(qǐng)信號(hào)，且CPU響應(yīng)，則在CPU中斷響應(yīng)周期送出

11、中斷類(lèi)型號(hào)。,8259A的工作過(guò)程,處理外設(shè)中斷申請(qǐng)，決定是否向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)信號(hào). 中斷申請(qǐng)寄存器IRR 鎖存外部的中斷申請(qǐng)。若IR0IR7引腳 上有中斷申請(qǐng)，則將IRR相應(yīng)位置1；, 中斷屏蔽寄存器IMR決定IRR中的中斷申請(qǐng)是否進(jìn)入優(yōu)先級(jí)裁決器PR。 IMR對(duì)應(yīng)位為0，允許中斷申請(qǐng)進(jìn)入優(yōu)先級(jí)裁決器； IMR對(duì)應(yīng)位為 1，不允許進(jìn)入，中斷申請(qǐng)被IMR屏蔽。, 當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器ISR記錄CPU正在響應(yīng)的中斷。 ISR中的某位為1，表示CPU正在響應(yīng)此級(jí)中斷，即正在執(zhí)行此中斷源的中斷子程； ISR中的某位為0，表示CPU沒(méi)有或已響應(yīng)完此級(jí)中斷，即不在執(zhí)行此中斷源的中斷子程。, 優(yōu)先級(jí)裁決器

12、PR據(jù)新進(jìn)入的中斷申請(qǐng)和 ISR的內(nèi)容,決定是否發(fā)中斷申請(qǐng)信號(hào)。 如果進(jìn)入的中斷申請(qǐng)比ISR中記錄的中斷優(yōu)先級(jí)高，則通過(guò) 8259A的INT 引 腳向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)； 如果進(jìn)入的中斷申請(qǐng)不比ISR中記錄的中斷優(yōu)先級(jí)高,同級(jí)或低級(jí),則不向 CPU發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)。,8086中斷響應(yīng)周期時(shí)序,1.8259A的初始化編程 2.8259A的工作方式編程 (1) 設(shè)置中斷屏蔽字 (2) 發(fā)中斷結(jié)束命令EOI,7.3.6 8259A的編程,8259A內(nèi)部有9個(gè)可讀寫(xiě)的寄存器: 4個(gè)初始化命令寄存器: ICW1、ICW2 、ICW3、ICW4 3個(gè)操作命令寄存器 OCW1（IMR）OCW2、OCW3

13、 當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器 ISR 中斷申請(qǐng)寄存器 IRR,1.8259A的初始化編程：初始化編程是由CPU向8259A寫(xiě)入24個(gè)字節(jié)的初始化命令字ICW。8259A的初始化順序如圖：,例：設(shè)某8088系統(tǒng)中使用一片8259A，其端口地址為210H、211H，若按系統(tǒng)要求，中斷請(qǐng)求為電平觸發(fā)，其8個(gè)中斷源的類(lèi)型號(hào)為60H67H，試編寫(xiě)初始化程序段。 解：按要求確定初始化命令字： ICW1：00011011B ICW2：01100000B（只有前5位有效） ICW4：00000001B 初始化程序段： MOV DX，210H ；DX指向偶地址端口 MOV AL，1BH ；寫(xiě)ICW1 OUT DX，AL

14、 MOV DX，211H ；DX指向奇地址端口 MOV AL，60H ；寫(xiě)ICW2 OUT DX，AL,2.8259A的工作方式編程,(1)設(shè)置中斷屏蔽字，通過(guò)中斷屏蔽寄存器IMR的讀寫(xiě)： 對(duì)應(yīng)位為0，允許該級(jí)中斷申請(qǐng)進(jìn)入 對(duì)應(yīng)位為1，禁止該級(jí)中斷申請(qǐng)進(jìn)入,1）禁止 IR4 的中斷申請(qǐng) IN AL, 21H ;讀入原IMR的內(nèi)容 OR AL, 0001 0000B ;D4=1,禁止IR4的中斷申請(qǐng) OUT 21H, AL ;寫(xiě)入IMR 2）允許 IR2 的中斷申請(qǐng) IN AL, 21H ;讀入原IMR的內(nèi)容 AND AL, 1111 1011B ;D2=0,允許IR2的中斷申請(qǐng) OUT 21H

15、, AL ;寫(xiě)入IMR,例：已知IBM PC/XT系統(tǒng)中，8259A的奇地址端口地址為21H,設(shè)置完成后的結(jié)果如圖,(2) 發(fā)中斷結(jié)束命令 EOI,由 8259A 的工作過(guò)程可知: ISR中的內(nèi)容是優(yōu)先級(jí)裁決器進(jìn)行裁決的重要依據(jù)，CPU響應(yīng)某級(jí)中斷后，8259A自動(dòng)將ISR的對(duì)應(yīng)位置1，如果CPU已執(zhí)行完中斷子程，而ISR中的對(duì)應(yīng)位仍為1,8259A的優(yōu)先級(jí)裁決器仍會(huì)據(jù)ISR的內(nèi)容做裁決，從而會(huì)屏蔽同級(jí)或低級(jí)的中斷申請(qǐng)。 在中斷響應(yīng)后，對(duì) ISR中相應(yīng)位的清0很重要，它是8259A認(rèn)為中斷結(jié)束的標(biāo)志。,清ISR 內(nèi)容的方法有兩種： 一、初始化8259A時(shí)，設(shè)置8259A工作方式為自動(dòng)清0方式，

16、則在CPU響應(yīng)中斷后，硬件自動(dòng)將ISR的對(duì)應(yīng)位清0。 二、初始化8259A時(shí)，設(shè)置8259A工作方式為非自動(dòng)清0方式，需在中斷子程中，通過(guò)軟件方式清0。 方法是：通過(guò)往OCW2寫(xiě)入20H實(shí)現(xiàn)，即由偶地址端口寫(xiě)入：,例：已知 IBM PC系統(tǒng)中, 8259A的偶地址端口地址為20H;BIOS 初始化8259A時(shí)，設(shè)置8259A工作方式為非自動(dòng)清0方式。編程在中斷子程 IRET 返回前，發(fā)中斷結(jié)束命令EOI。 intsub PROC MOV AL, 20H；將中斷結(jié)束命令字20H 送AL OUT 20H, AL ；寫(xiě)入OCW2中 IRET ；中斷返回 intsub ENDP,一、中斷向量的保存、設(shè)

17、置和恢復(fù) 二、軟中斷程序設(shè)計(jì) 三、可屏蔽硬中斷程序設(shè)計(jì),7.4 中斷程序設(shè)計(jì),一、中斷向量的保存、設(shè)置和恢復(fù),1. 保存中斷向量 (35H功能) 入口參數(shù) AL = 要保存向量的中斷類(lèi)型號(hào)N 功能號(hào) AH = 35H 類(lèi)型號(hào) 21H 出口參數(shù) BX = ( 0: N4 ) ES = ( 0: N4 +2 ) 實(shí)現(xiàn)功能 將類(lèi)型號(hào)N 的中斷向量保存在ES、BX中,例 保存09H類(lèi)型的中斷向量(如何保存 (ES),(BX) ) 方法: 用堆棧保存中斷向量 MOV AL, 09H ;取中斷向量 MOV AH, 35H INT 21H PUSH ES ;用堆棧保存 PUSH BX ,2.設(shè)置中斷向量 (

18、25H功能) 入口參數(shù) AL = 要設(shè)置向量的中斷類(lèi)型號(hào)N DS:DX = 中斷子程的入口地址(中斷向量) 功能號(hào) AH = 25H 類(lèi)型號(hào) 21H 出口參數(shù) 無(wú) 實(shí)現(xiàn)功能 將類(lèi)型N的中斷向量設(shè)置在向量表中, 即 ( 0: N 4) =類(lèi)型N中斷子程入口地址的偏移值 ( 0: N 4+2) =類(lèi)型N中斷子程入口地址的段值,例 設(shè)置中斷子程Sound 的中斷向量，類(lèi)型號(hào)為60H,code SEGMENT ASSUME CS:code start: MOV AX, SEG sound MOV DS, AX MOV DX, Offset sound MOV AL, 60H MOV AH, 25H I

19、NT 21H INT 60H ;調(diào)用60H中斷子程 MOV AH，4CH INT 21H sound PROC ; 中斷子程 IRET sound ENDP code ENDS END start,二、軟中斷程序設(shè)計(jì) 軟中斷子程與子程序的編寫(xiě)類(lèi)似, 其不同點(diǎn)在于： 1子程用CALL指令調(diào)用；中斷子程用INT指令調(diào)用 2子程用RET指令返回；中斷子程用IRET指令返回 3CALL指令直接用過(guò)程名做操作數(shù), 即由過(guò)程名提供子程的入口地址； INT指令由類(lèi)型號(hào)N到中斷向量表中固定的單元獲得中斷子程的入口地址；,例：用子程編寫(xiě)和用一個(gè)60H類(lèi)型的中斷子程編寫(xiě)，功能是將BX寄存器的內(nèi)容以16 進(jìn)制形式顯

20、示出來(lái)。若用子程編寫(xiě)：,code SEGMENT ASSUME CS:code start: CALL list ;調(diào)用子程 MOV AH, 4CH INT 21H ;返回DOS list PROC ;子程 MOV CH , 4 MOV CL , 4 next: ROL BX , CL MOV DL , BL AND DL , 0FH ADD DL , 30H CMP DL , 39H JLE print ADD DL , 07H print: MOV AH ,2H INT 21H DEC CH JNZ next RET ;子程返回 list ENDP code ENDS END start,若用INT 60H中斷子程編寫(xiě)：,三、可屏蔽硬中斷程序設(shè)計(jì),分三大步驟： 1. 了解IBM PC/XT系統(tǒng)可屏蔽硬中斷的響應(yīng)過(guò)程,根據(jù)連線確定外設(shè)中斷申請(qǐng)對(duì)應(yīng)的中斷類(lèi)型號(hào); 2主程中做好外設(shè)發(fā)出中斷申請(qǐng)，CPU能夠響應(yīng)的準(zhǔn)備工作; 3編寫(xiě)可屏蔽硬中斷子程，完成中斷源請(qǐng)求的任務(wù).,了解IBM PC/XT系統(tǒng)可屏蔽硬中斷的響應(yīng)過(guò)程,據(jù)連線確定外設(shè)中斷申請(qǐng)對(duì)應(yīng)的中斷類(lèi)型號(hào)。如圖中接口的中斷申請(qǐng)連IRQ3的類(lèi)型號(hào)0BH，接口的中斷申請(qǐng)連 IRQ5的類(lèi)型0DH。,2主程中做好外設(shè)發(fā)出中斷申請(qǐng)，CPU能夠響