第五章中斷技術(shù)-微型計算機接口技術(shù)及應用

1、第五章 中斷技術(shù) 本章內(nèi)容5.1 中斷的基本概念5.2 IBM-PC微機中斷系統(tǒng)5.3 可編程中斷控制器8259A5.4 8259A在微機系統(tǒng)中的應用5.1 中斷的基本概念1. 什么是中斷中斷：是指CPU在正常運行程序時，由于內(nèi)部/外部事件或由程序預先安排的事件，引起CPU中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去為該事件服務。服務完畢，再返回去繼續(xù)運行被暫時中斷的程序的過程。（中斷服務(處理)程序、斷點）2. 中斷源與中斷識別1）中斷源：發(fā)出中斷請求的外部設備或引起中斷的內(nèi)部原因 外設中斷：鍵盤、打印機、顯示器等 指令中斷：INT 10H、INT21H等 硬件故障中斷：奇偶錯、電源故障等 程序性中斷：除法溢出

2、、非法操作碼等2）中斷識別：確定中斷源，實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移 向量中斷：中斷向量、中斷號 查詢中斷：軟、硬件查詢確定中斷源3）中斷向量與中斷向量表 中斷向量：中斷服務程序入口地址 ,4個字節(jié)(偏移地址、段首址) 中斷向量表：PA=000H3FFH, 256個;存儲結(jié)構(gòu)(中斷號,順序)4）中斷類型號與中斷向量指針 類型號：8位，N=00FFH 中斷向量指針：PA=4*N5）中斷向量的裝入(填寫)與修改 裝入：系統(tǒng)配置和使用的系統(tǒng)軟件負責設中斷類型號為N,服務程序入口為INT_SEVñ 用MOV指令裝入CLIMOVAX,0MOVES,AXMOVDI,4*NMOVAX,OFFSET INT SEV

3、MOVES:DI,AX ；寫入偏移地址MOVAX,SEG INT_SEVMOVES:DI+2,AX ；寫入段首址STIñ 用串操作指令裝入CLICLDMOVAX,0MOVES,AXMOVDI,4*NMOVAX,OFFSET INT_SEVSTOSWMOVAX,SEG INT_SEVSTOSWSTIñ 用系統(tǒng)功能調(diào)用裝入(參照修改)ñ 中斷向量的修改修改方法與步驟 · 保存原中斷向量 INT 21H 的35H號功能· 設置新中斷向量INT 21H 的25H號功能· 恢復原中斷向量INT 21H 的25H號功能使用后恢復 使用的DOS功能

4、調(diào)用ñ 獲取中斷向量（功能號AH=35H）入口參數(shù):AL=類型號出口參數(shù):ES:BX=中斷向量ñ 設置中斷向量（功能號AH=25H）入口參數(shù):AL=類型號入口參數(shù)DS:DX=中斷向量 6）中斷優(yōu)先級排隊方式 按優(yōu)先級排隊 循環(huán)輪流排隊7）中斷嵌套 完全嵌套 特定完全嵌套 OLD_OFFDW ? OLD_SEGDW ? ；定義保存原中斷向量的2個字單元 s；保存原中斷向量MOVAH,35HMOVAL,NINT21HMOVOLD_OFF,BXMOVOLD_SEG,ESCLI；設置新中斷向量MOVAH,25HMOVAL,NPUSHDSMOVDX,SEG INT_SEVMOVDS,

5、DXMOVDX,OFFSET INT_SEVINT21HPOPDSSTIs;恢復原中斷向量sCLIMOVAH,25HMOVAL,NMOVDX,OLD_OFFMOVDS,OLD_SEGINT21H5.2 IBM-PC微機中斷系統(tǒng)分類：硬中斷(外部中斷)、軟中斷(內(nèi)部中斷)1. 硬中斷(NMI和INTR)（隨機性）中斷號IRQ標準應用02H08H09H0AH70H71H72H73H74H75H76H77H0BH0CH0DH0EH0FHNMI0128910111213141534567奇偶檢驗錯、I/O檢測錯中斷定時器T0中斷鍵盤輸入中斷接收從片8259A的中斷請求實時鐘中斷改向INT 0AH（以I

6、R2出現(xiàn)）保留保留保留協(xié)處理器中斷硬磁盤控制器中斷保留串行通信（COM2）中斷串行通信（COM1）中斷打印機（LPT2）中斷軟磁盤控制器中斷打印機（LPT1）中斷（系統(tǒng)硬中斷）1）不可屏蔽中斷NMIñ 不可屏蔽：不受IF狀態(tài)影響ñ 類型號固定：02Hñ 有效信號：上升沿 緊急故障處理：RAM奇偶校驗錯、I/O通道校驗錯、協(xié)處理器運算錯INTNMI產(chǎn)生邏輯&&PCKIO CHCKNMIDQCLRD7寫0A0HRESETCPU2）可屏蔽中斷INTRñ 可屏蔽：IF=1,開放;IF=0,屏蔽ñ 類型號由8259A提供(PC機08H0F

7、H)ñ 有效信號：高電平 INTR的處理過程 開中斷，接收請求 發(fā)2個,取得類型號N （PSW）（SP）,IF=TF=0 （CS）（SP）,（4*N+2）CS （IP）（SP）,（4*N）IP 執(zhí)行中斷服務程序 執(zhí)行IRET時 （SP）（IP）,（SP）（CS） （SP）（PSW） 繼續(xù)運行原程序2. 軟中斷1）雙字節(jié)指令形式的中斷(INT n)ñ ROM-BIOS中斷：INT 10H; INT 16Hñ DOS中斷：INT 21H; INT 20Hñ 未定義中斷：INT 60H; INT 78H 2）特殊中斷ñ 除法溢出中斷（N=0）條件：商

8、超出規(guī)定寄存器的表示范圍;字（AX）,字節(jié)（AL）ñ 單步中斷（N=1）條件：TF=1;調(diào)試工具或程序設置ñ 斷點中斷（N=3）條件：調(diào)試工具中使用ñ 溢出中斷（N=4）條件：OF=1且執(zhí)行INTO指令PUSHFPOP AX（TF=0） AND AH,0FEH（TF=1）（OR AH,01H)PUSH AX POPF3. 硬中斷與軟中斷的比較特點軟中斷硬中斷（INTR)隨機性、突發(fā)性否是中斷響應周期無有類型號的提供指令或固定中斷 控制器可屏蔽否是（NMI具有隨機性, 其他特點同軟中斷）4. 軟中斷的應用ROM-BIOS中斷DOS中斷5. 中斷的處理過程（INTR)

9、1）中斷申請CPU執(zhí)行完每條指令檢測INTR;高電平, IF=1,且無DMA請求,當前指令執(zhí)行完進入響應階段2）中斷響應CPU連續(xù)發(fā)出2個負脈沖;取得類型號N;保護斷點;查表將中斷向量賦予IP、CS;進入中斷服務程序3）中斷服務執(zhí)行中斷服務程序4）中斷返回執(zhí)行到IRET恢復斷點,返回原程序 中斷服務程序的結(jié)構(gòu)保護現(xiàn)場STI ;若允許中斷嵌套服務程序主體恢復現(xiàn)場中斷結(jié)束（EOI)命令I(lǐng)RET 不同中斷的處理過程區(qū)別:獲取類型號的方法不同;另,軟中斷無申請階段6. 中斷響應周期及的作用 兩個連續(xù)中斷應答信號負脈沖組成一個中斷響應周期ñ 第1個負脈沖：CPU:=0;8259A:IRRi=0

10、;ISRi=1ñ 第2個負脈沖：CLKT1T2T3T4T1T2T3T4類型號ALED07INTALOCKCPU: =1;ALE=0;8259A:類型號CPU自動結(jié)束方式ISRi=05.3 可編程中斷控制器8259A1. 8259A協(xié)助CPU完成的工作 接收和擴充外設的中斷請求（一片可管理8級中斷;兩級級聯(lián)最多管理64級) 優(yōu)先級排隊管理（固定優(yōu)先級、循環(huán)優(yōu)先級) 控制中斷請求的屏蔽與開放 提供中斷類型號（向量中斷，還可實現(xiàn)查詢中斷）2. 8259A的外部特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）引腳（28腳）ñ 面向CPU的信號（14)D07、A0:端口選擇信號;輸入INT :8259A的中斷申請

11、;輸出;高有效;向CPU發(fā)出中斷申請:中斷響應;輸入;接收CPU的中斷響應信號, 第2個負脈沖中送出類型號ñ 面向外設的信號（8）IR07:外設的中斷申請;輸入;觸發(fā)方式由編程設定ñ 面向同類芯片的信號（4）CAS03：級聯(lián)信號;雙向;主片向從片發(fā)送級聯(lián)代碼：主從定義/緩沖器方向;雙功能;緩沖方式:輸出,控制緩沖器傳送方向,非緩沖方式:輸入,定義主從片,1:主片,0:從片2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)讀/寫邏輯數(shù)據(jù)總線緩沖器D0D7A0IORIOW級聯(lián)/緩沖比較器CS優(yōu)先級分析器PRCAS0CAS2CAS1SP/EN正在服務寄存器ISR中斷請求寄存器ISR控制邏輯中斷屏蔽寄存器IMRIR0I

12、R1IR7INTAINT 中斷請求寄存器（IRR）:8位,寄存有請求的中斷級,IRi有請求,IRRi=1 正在服務寄存器（ISR）:8位,寄存正在服務的中斷級,IRi被響應且未服務完,ISRi=1,ISR可能多位同時為1 中斷屏蔽寄存器（IMR）:8位,寄存中斷級的屏蔽情況,IMRi=1,IRi被屏蔽 優(yōu)先級分析器（PR）:由IRR、IMR、ISR的狀態(tài)確定INT引腳的輸出;優(yōu)先級編碼器+比較電路INTA>B中斷屏蔽寄存器IMRIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7IRR³1B0B1B2A0A1A2ISR編碼器&D1D0D7D5D4D2D3D6工作原理 級聯(lián)緩

13、沖器/比較器：級聯(lián)時傳送級聯(lián)代碼;緩沖方式控制傳送方向 讀寫控制邏輯：中斷類型號的讀取不是讀寫邏輯控制的讀寫操作主片從片TP86A0010寫ICW1，OCW2320H0A0HFFECH0011寫ICW24，OCW121H0A1HFFDEH0100讀IRR，ISR，查詢字20H0A0HFFDCH0101讀IMR21H0A1HFFDEH3. 8259A的工作方式1）中斷觸發(fā)方式2）連接系統(tǒng)總線的方式 （ ）3）中斷屏蔽的方式 4）優(yōu)先級排隊的方式 固定：IR0最高，IR7最低 輪換：自動輪換 指定輪換5）中斷結(jié)束的方式 （用與非嵌套系統(tǒng)） 4. 8259A的編程命令及中斷操作功能4個初始化命令字（

14、ICW14）、3個操作命令字（OCW13）;寫入到2個端口中同一端口寫入多個命令字的區(qū)分方式:設置特征位、規(guī)定寫入順序1）ICW1×××1（特征位）LTIM×SNGLIC4A00×:16位機無效，一般寫0LTIM:觸發(fā)方式,=0,邊沿觸發(fā);=1,電平觸發(fā) SNGL:=0,多片級聯(lián);=1,單片系統(tǒng) IC4:=0,不寫入ICW4;=1,要寫入ICW4,16位機要寫入ICW1還實現(xiàn)對8259A的復位如PC機：邊沿觸發(fā)，單片MOV AL，13HOUT 20H，AL2）ICW2T7T6T5T4T3×××A01確定中斷類型號的

15、高五位中斷類型號（8位）高五位：ICW2的高五位低三位：IRi的編碼如PC機：類型號08H0FHMOV AL，08HOUT 21H，AL3）ICW3（級聯(lián)系統(tǒng)才寫入,主、從片格式不同）A01主片：相應的申請端是否掛接從片S7S6S5S4S3S2S1S0Si 0:IRi上無從片 1:IRi上接有從片從片：該從片的識別碼×××××ID2ID1ID0A01ID2ID1ID0的編碼=i，該從片掛在主片的IRi上 如圖中所示的級聯(lián)系統(tǒng)主片中的ICW3=24H從片1的ICW3=02H從片2的ICW3=05Hñ 級聯(lián)方式的硬件連接IR0從片1從片2

16、8259A (主片)INTINTCAS02CAS02SP/ENSP/ENIR2IR5CAS02AIR6SP/EN+5VINTAINTAINTINTAINTRINTAIR1IR7IR4CIR0IR1IR7BDñ 級聯(lián)方式下工作過程CPU的操作與單片無任何區(qū)別 只有A有申請（與單片系統(tǒng)相同）從片1:IRR=00H從片2:IRR=00H主片:IRR6=1,INT=1收到,主片ISR6=1,送IR6的類型號 A、B、C同時申請從片1:IRR7=1從片2:IRR4=1主片:IRR6、IRR2、IRR5同時為1, INT=1（轉(zhuǎn)發(fā)IR2的請求）第1個主片ISR2=1并送IR2的級聯(lián)代碼從片2與自

17、己的識別碼比較不同,無操作從片1:相同,ISR7=1第2個 從片1送出IR7的類型號,主片不送4）ICW4×××SFNMBUFM/AEOI 0:8位機系統(tǒng) 1:16位機系統(tǒng)AEOI 0:非自動結(jié)束方式 1:自動結(jié)束方式 0:從片 1:主片M/BUF=1有效BUF 0:非緩沖方式 1:緩沖方式SFNM 0:一般完全嵌套 1:特定完全嵌套A01 特定完全嵌套方式(用于級聯(lián)系統(tǒng)的主片)開放同級和高級中斷,上例中,主片若采用特定完全嵌套方式,則允許D打斷B的服務（從片服務程序中送EOI的方法）（給主片送EOI的條件:從片ISR=00H5）OCW1（設置IMR）M7M6M5

18、M4M3M2M1M0M1 0:開放IR1 1:屏蔽IR1A01如開放IR1、IR77; 屏蔽IR3、IR76;其他不變INAL,21H; 讀取IMRANDAL,7DHORAL,48HOUT21H,AL6）OCW2 （設置優(yōu)先級輪換、發(fā)EOI命令）RSLEOIOOL2L1L0A01特征位位優(yōu)先級 固定輪換自動輪換指定輪換結(jié)束方式 自動非自動，用EOI命令清ISRiEOI命令不指定：清除ISR中優(yōu)先級最高位指定：添除ISR中的指定位R0：優(yōu)先級不輪換 1：優(yōu)先級輪換EOI0：不對ISR操作1：清除ISRi如：不指定EOI指定EOI（清除ISR4）MOVAL，20HMOVAL，64HOUT20H，A

19、LOUT20H，ALSL=1,L2 L1 L0的編碼有效,與R、EOI配合R=1:L2 L1 L0指定的中斷級為最低優(yōu)先級EOI=1:將ISR中L2 L1 L0指定的位清0R、SL、EOI的組合就是OCW2的命令RSLEOI功能000自動EOI中輪換復位001不指定EOI命令010無效011指定EOI命令100自動EOI中輪換置位101不指定EOI中的輪換110直接設置優(yōu)先級111指定EOI中的輪換A00特征位7）OCW3（設置特定屏蔽方式、查詢式中斷、讀寄存器選擇）×ESMMSMM01PRRRIS 0：消除特定屏蔽方式1:設置特定屏蔽方式SMMESMM=1時有效ESMM=1,特定屏

20、蔽方式允許P=1,查詢式中斷 0：IRR 1：ISRRR=1,讀寄存器選擇有效PIS:讀寄存器選擇 RR=1時有效 特定屏蔽方式(開放低級中斷)設置方法: 用OCW1屏蔽當前中斷 用OCW3設置特定屏蔽方式（設置后一直有效，直到清除）清除方法: 用OCW3清除特定屏蔽方式 用OCW1開放當前中斷如在IR3服務程序中使用CLIIN AL,21H OR AL,08H OUT 21H,AL MOV AL,68H OUT 20H,AL STI CLI MOV AL,48H OUT 20H,AL IN AL,21H AND AL,0F7H OUT 21H,AL STIMOV AL,20H OUT 20H

21、,ALRETIR02開放IR37關(guān)閉;IMR3=1;特定屏蔽設置IR02、IR47開放 IR3關(guān)閉;特定屏蔽清除;IMR3=0;EOI命令（比IR3優(yōu)先級低的中斷的服務程序必須送指定EOI） 查詢式中斷不需要接收中斷請求,CPU查詢8259A,發(fā)查詢命令(P=1的OCW3)后讀查詢字(A0=0),再根據(jù)查詢字內(nèi)容確定中斷源查詢字格式I-W2W1W0 I 0：無中斷請求 1：有中斷請求（每次讀查詢字需重新送查詢命令）I=1時，W2W1W0是當前有請求的優(yōu)先級最高的中斷級編碼讀查詢字（查詢命令令讀寄存器無效） 讀IMRINMOVAL,0CH AL，21HOUT20H,AL；查詢命令I(lǐng)NAL,20H

22、；讀查詢字讀IRR讀ISRMOVAL，0AHMOVAL，OBHOUT20H，ALOUT20H，ALINAL，20HINAL，20H讀寄存器 讀IMR:直接對A0=1端口進行讀 讀IRR、ISR:先選擇(RR=1的OCW3)再讀（初始為IRR）（選擇后一直有效,直到改變）級聯(lián)系統(tǒng)？準備接收中斷N初始化流程寫ICW1寫ICW4？寫ICW3寫ICW4YYN寫ICW2查詢方式的應用: 無中斷向量表 無INTR或INTA信號 級聯(lián)增加到第3層（查詢方式不用送ICW2）1. 8259A編程命令的使用ñ ICW:初始化時,按順序接收24個ñ OCW:工作過程中,動態(tài)控制初始化編程MOV

23、AL,13H OUT 20H,AL MOV AL,08H OUT 21H,AL MOV AL,01H OUT 21H,AL;ICW1;ICW2;ICW42. 8259A初始化編程ñ 早期PC機單片系統(tǒng)端口地址:20H、21H;邊沿觸發(fā);完全嵌套; 固定優(yōu)先級;非緩沖;中斷類型號:08H0FH8259ASP/EN+5VINT日時鐘鍵盤保留串口2串口1硬盤軟盤打印機IR1IR0IR2IR3IR4IR5IR6IR7A0CSINTARDWRINTAIORIOWS0S1S2S0S1S2D07D07INTRCPU總線 控制器ñ 286以上PC機雙片級聯(lián)系統(tǒng)從片連在主片的IR2上;主從級