第7章 中斷技術(shù)

1、第七章第七章 微型計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)7-1概述概述 中斷的基本概念中斷的基本概念 中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，仍須返回到主程中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，仍須返回到主程序被中斷處（斷點(diǎn)處）繼續(xù)執(zhí)行原先程序。序被中斷處（斷點(diǎn)處）繼續(xù)執(zhí)行原先程序。1、 中斷源：中斷源：引起程序中斷的事件引起程序中斷的事件.外部中斷源外部中斷源（1）I/O設(shè)備：鍵盤、顯示器，打印機(jī)等；設(shè)備：鍵盤、顯示器，打印機(jī)等；（2）數(shù)據(jù)通道：磁帶、磁盤；）數(shù)據(jù)通道：磁帶、磁盤；（3）實(shí)時(shí)鐘：外部所需的定時(shí)電路；）實(shí)時(shí)鐘：外部所需的定時(shí)電路；（4）故障源：掉電、存儲器奇偶校驗(yàn)錯(cuò)等。）故障源：掉電、存儲器奇偶校驗(yàn)錯(cuò)等。內(nèi)部中斷

2、源內(nèi)部中斷源： (1)CPU指令執(zhí)行產(chǎn)生的異常指令執(zhí)行產(chǎn)生的異常:溢出、被溢出、被0除、單步執(zhí)行除、單步執(zhí)行 (2)執(zhí)行執(zhí)行INT軟件指令軟件指令:INT 21H等等。2、中斷響應(yīng)、中斷響應(yīng)1）CPU在每條指令的最后一個(gè)在每條指令的最后一個(gè)T周期去檢測周期去檢測INTR引腳引腳,若為高若為高,且且IF=1,則則CPU響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷,并向外設(shè)發(fā)出并向外設(shè)發(fā)出INTA中斷響應(yīng)信號。中斷響應(yīng)信號。2）CPU響應(yīng)中斷后，就自動實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷。響應(yīng)中斷后，就自動實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷。 因此，要實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，必須在進(jìn)入中斷服務(wù)因此，要實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，必須在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后就用指令開中斷，否則中斷嵌套就難以程序后就用指

3、令開中斷，否則中斷嵌套就難以實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。3、中斷向量表、中斷向量表存放中斷服務(wù)子程序的入口的地址存放中斷服務(wù)子程序的入口的地址4、中斷優(yōu)先級、中斷優(yōu)先級多個(gè)中斷發(fā)生中斷請求時(shí)多個(gè)中斷發(fā)生中斷請求時(shí)中斷嵌套中斷嵌套5、中斷屏蔽、中斷屏蔽二、中斷分類二、中斷分類微機(jī)系統(tǒng)中微機(jī)系統(tǒng)中CPU處理的中斷也分成兩大類：處理的中斷也分成兩大類： 1、內(nèi)部中斷、內(nèi)部中斷 也稱也稱軟件中斷軟件中斷,是由是由CPU執(zhí)行軟中斷指令引起的執(zhí)行軟中斷指令引起的 2、外部中斷、外部中斷 又稱又稱硬件中斷硬件中斷,是由外部設(shè)備或協(xié)處理器向是由外部設(shè)備或協(xié)處理器向CPU發(fā)發(fā) 出中斷引起的。出中斷引起的。 這類中斷又分為這類中

4、斷又分為可屏蔽的中斷可屏蔽的中斷 和和 不可屏蔽的中斷。不可屏蔽的中斷。 CPU的的INTR及及NMI引腳。引腳。7-2 中斷處理過程中斷處理過程中斷處理過程包括：中斷處理過程包括： 中斷請求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷處理及中斷返回中斷請求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷處理及中斷返回1、中斷請求、中斷請求中斷源產(chǎn)生中斷請求的條件，不同的中斷源是不一樣的中斷源產(chǎn)生中斷請求的條件，不同的中斷源是不一樣的2、中斷判優(yōu)、中斷判優(yōu)有有多個(gè)中斷源同時(shí)多個(gè)中斷源同時(shí)提出請求的情況，以中斷優(yōu)先權(quán)來決提出請求的情況，以中斷優(yōu)先權(quán)來決定響應(yīng)次序，定響應(yīng)次序，CPU先響應(yīng)優(yōu)先級高的中斷先響應(yīng)優(yōu)先級高的中斷,掛起優(yōu)先級掛

5、起優(yōu)先級低的中斷低的中斷.另一個(gè)作用是決定是否實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。另一個(gè)作用是決定是否實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。圖圖6-21 多層中斷嵌套的示意圖。多層中斷嵌套的示意圖。3、中斷響應(yīng)、中斷響應(yīng)1）CPU在每條指令的最后一個(gè)在每條指令的最后一個(gè)T周期去檢測周期去檢測INTR引腳引腳,若為高若為高,且且IF=1,則則CPU響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷,并向外設(shè)發(fā)出并向外設(shè)發(fā)出INTA中斷響應(yīng)信號。中斷響應(yīng)信號。2）CPU響應(yīng)中斷后，就自動實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷。響應(yīng)中斷后，就自動實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷。 因此，要實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，必須在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后因此，要實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，必須在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后就用指令開中斷，否則中斷嵌套就難以實(shí)現(xiàn)。就用指令開中斷，

6、否則中斷嵌套就難以實(shí)現(xiàn)。4、中斷處理、中斷處理由中斷服務(wù)子程序來完成的，中斷服務(wù)子程序的工作由中斷服務(wù)子程序來完成的，中斷服務(wù)子程序的工作:1）保護(hù)現(xiàn)場）保護(hù)現(xiàn)場2）開中斷）開中斷3）執(zhí)行中斷服務(wù)子程序）執(zhí)行中斷服務(wù)子程序4）關(guān)中斷）關(guān)中斷5）恢復(fù)現(xiàn)場）恢復(fù)現(xiàn)場5、中斷返回、中斷返回執(zhí)行中斷返回指令執(zhí)行中斷返回指令(IRET)，CPU會自動彈出斷點(diǎn)信會自動彈出斷點(diǎn)信息送給指令指針（息送給指令指針（IP和和CS），），并恢復(fù)標(biāo)志寄存器并恢復(fù)標(biāo)志寄存器FR的內(nèi)容，以便回到斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。的內(nèi)容，以便回到斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。6.3.2 中斷優(yōu)先權(quán)中斷優(yōu)先權(quán)一、軟件排優(yōu)一、軟件排優(yōu) 圖圖622 ，623

7、所示所示軟件查詢的次序也就反映了各中斷源的優(yōu)先權(quán)的高低軟件查詢的次序也就反映了各中斷源的優(yōu)先權(quán)的高低二、硬件排優(yōu)二、硬件排優(yōu)1、硬件排優(yōu)電路、硬件排優(yōu)電路 圖圖6-24 鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路2、可編程中斷控制器、可編程中斷控制器采用可編程中斷控制器是當(dāng)前微型機(jī)系統(tǒng)采用可編程中斷控制器是當(dāng)前微型機(jī)系統(tǒng)中解決中斷優(yōu)先權(quán)管理的常用辦法。中解決中斷優(yōu)先權(quán)管理的常用辦法。圖圖6-25中斷控制器的應(yīng)用。中斷控制器的應(yīng)用。例：中斷控制器例：中斷控制器8259A 6.4 80X86/Pentium中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)o Intel 80X86系列微機(jī)可以處理系列微機(jī)可以處理256個(gè)個(gè)不同的中斷源，

8、每個(gè)中斷源都有對應(yīng)的中不同的中斷源，每個(gè)中斷源都有對應(yīng)的中斷類型碼（斷類型碼（0255）供）供CPU識別。識別。o 圖圖6-26 8086/8088中斷分類中斷分類一、硬件中斷一、硬件中斷由外部硬件產(chǎn)生的由外部硬件產(chǎn)生的,又稱外部中斷又稱外部中斷.(1) 不可屏蔽中斷請求不可屏蔽中斷請求 NMI 由由CPU的引腳的引腳NMI引入引入,采用采用邊沿邊沿觸發(fā)觸發(fā),上升沿之后上升沿之后 維持兩個(gè)時(shí)鐘周期高電平有效維持兩個(gè)時(shí)鐘周期高電平有效. 不能用軟件來屏蔽不能用軟件來屏蔽,一一 旦有不可屏蔽中斷請求旦有不可屏蔽中斷請求,如電源掉電等緊急情況如電源掉電等緊急情況,CPU 必須予以響應(yīng)必須予以響應(yīng).(

9、2)可屏蔽中斷請求可屏蔽中斷請求 INTR 由由CPU的引腳的引腳 INTR 引入引入,采用采用電平電平觸發(fā)觸發(fā),高電平有高電平有 效效,INTR信號的高電平必須維持到信號的高電平必須維持到CPU響應(yīng)中斷才響應(yīng)中斷才 結(jié)束結(jié)束.用戶可以通過軟件設(shè)置是否屏蔽外部中斷用戶可以通過軟件設(shè)置是否屏蔽外部中斷.二、軟件中斷二、軟件中斷 又稱內(nèi)部中斷又稱內(nèi)部中斷.是是CPU根據(jù)軟件指令或標(biāo)志寄存器中根據(jù)軟件指令或標(biāo)志寄存器中 的某個(gè)標(biāo)志位產(chǎn)生的的某個(gè)標(biāo)志位產(chǎn)生的.主要有以下幾種主要有以下幾種: (1) 除法錯(cuò)中斷除法錯(cuò)中斷 0型中斷型中斷 n=0 (2) 單步執(zhí)行中斷單步執(zhí)行中斷1型中斷型中斷 n=1 (

10、3) 溢出中斷溢出中斷 4型中斷型中斷, 專用指令為專用指令為 INTO 例例 測試加法的溢出測試加法的溢出 ADDAX, VALUE INTO (4) 由中斷指令由中斷指令 INT n 引起的中斷引起的中斷 n 為中斷類型號為中斷類型號 例例 測試存儲器容量測試存儲器容量 INT 12H 6.4.2 中斷向量表中斷向量表有了中斷類型碼，如何找到中斷服務(wù)程序的入口地址？有了中斷類型碼，如何找到中斷服務(wù)程序的入口地址？1、中斷向量表、中斷向量表(中斷服務(wù)程序入口地址表中斷服務(wù)程序入口地址表) 中斷向量中斷向量也就是中斷服務(wù)子程序的入口地址也就是中斷服務(wù)子程序的入口地址(1)系統(tǒng)允許處理系統(tǒng)允許處

11、理256種中斷種中斷,對應(yīng)中斷類型號為對應(yīng)中斷類型號為00FFH；(2)在存儲器的在存儲器的00000H003FFH,這這1K字節(jié)空間字節(jié)空間. 分成分成256組，對應(yīng)組，對應(yīng)256種中斷，用以存放中斷向量；種中斷，用以存放中斷向量； (3)每個(gè)類型號占每個(gè)類型號占4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié),高高2個(gè)字節(jié)存放中斷入口地址個(gè)字節(jié)存放中斷入口地址的段地址的段地址(CS),低低2個(gè)字節(jié)存放段內(nèi)偏移地址個(gè)字節(jié)存放段內(nèi)偏移地址(IP).中斷類型號和中斷類型號和中中斷向量地址之?dāng)嘞蛄康刂分g間的關(guān)系的關(guān)系:由中斷類型號由中斷類型號n 4即可得到即可得到相應(yīng)中斷向量相應(yīng)中斷向量的地址的地址.例例 某中斷的類型號為某中斷

12、的類型號為68H, 見圖見圖8-5.(1)取中斷類型號取中斷類型號68H(2)計(jì)算向量地址計(jì)算向量地址 68H*4=1A0H(3)將將2050H IP, A000H CS(4)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序(5)中斷返回到中斷返回到 INT 68H 指令的下一條指令指令的下一條指令6.4.3 中斷響應(yīng)過程中斷響應(yīng)過程一、內(nèi)部中斷響應(yīng)過程一、內(nèi)部中斷響應(yīng)過程對于專用中斷，中斷類型碼是自動形成的，而對于對于專用中斷，中斷類型碼是自動形成的，而對于INTn指令，指令，其類型碼為其類型碼為指令中給定的指令中給定的n。在取得了類型碼后的處理過程順在取得了類型碼后的處理過程順序?yàn)椋盒驗(yàn)椋?(1) 將類型

13、碼乘將類型碼乘4，作為中斷向量表的指針，作為中斷向量表的指針; (2) 標(biāo)志寄存器入棧標(biāo)志寄存器入棧，保護(hù)各個(gè)標(biāo)志位，保護(hù)各個(gè)標(biāo)志位; (3) 清除清除IF和和TF標(biāo)志標(biāo)志，屏蔽新的，屏蔽新的INTR中斷和單步中斷中斷和單步中斷; (4) 保存斷點(diǎn)保存斷點(diǎn)，即把斷點(diǎn)處的，即把斷點(diǎn)處的IP和和CS值壓入堆棧，先壓入值壓入堆棧，先壓入 CS值，再壓入值，再壓入IP值值; (5) 取中斷服務(wù)程序的入口地址取中斷服務(wù)程序的入口地址(中斷向量表中斷向量表)，分別送至，分別送至 CS和和IP中；中； (6)按新的地址指針按新的地址指針執(zhí)行執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序。 o 最后執(zhí)行中斷返回指令最后執(zhí)行中

14、斷返回指令I(lǐng)RET。IRET的執(zhí)行將使的執(zhí)行將使CPU按次序恢復(fù)斷點(diǎn)處的按次序恢復(fù)斷點(diǎn)處的IP和和CS值，恢復(fù)標(biāo)志寄值，恢復(fù)標(biāo)志寄存器存器(相當(dāng)于相當(dāng)于POPF)。恢復(fù)到斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行?；謴?fù)到斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。 o 內(nèi)部中斷有如下特點(diǎn)內(nèi)部中斷有如下特點(diǎn)： 1中斷由中斷由CPU內(nèi)部引起，中斷類型碼的獲得也與外部內(nèi)部引起，中斷類型碼的獲得也與外部 無關(guān)，無關(guān)，CPU不需要執(zhí)行中斷響應(yīng)周期去獲得中斷類不需要執(zhí)行中斷響應(yīng)周期去獲得中斷類 型碼；型碼；2除單步中斷外，內(nèi)部中斷無法用軟件禁止，除單步中斷外，內(nèi)部中斷無法用軟件禁止，不受中不受中 斷允許標(biāo)志斷允許標(biāo)志IF的影響；的影響；3內(nèi)部中斷沒有隨機(jī)性，這

15、一點(diǎn)和調(diào)用子程序非常內(nèi)部中斷沒有隨機(jī)性，這一點(diǎn)和調(diào)用子程序非常 相似。相似。二、外部中斷響應(yīng)過程二、外部中斷響應(yīng)過程1、非屏蔽中斷響應(yīng)、非屏蔽中斷響應(yīng)CPU采樣到采樣到NMI請求時(shí)，自動提供中斷類型碼請求時(shí)，自動提供中斷類型碼2。然后根。然后根據(jù)中斷類型碼，查到中斷向量表指針，其后的中斷處理過程據(jù)中斷類型碼，查到中斷向量表指針，其后的中斷處理過程和內(nèi)部中斷一樣。和內(nèi)部中斷一樣。2、可屏蔽中斷響應(yīng)、可屏蔽中斷響應(yīng)CPU在每條指令的最后一個(gè)在每條指令的最后一個(gè)T周期去檢測周期去檢測INTR引腳引腳, 若若INTR為高為高,且且IF=1,則則CPU響應(yīng)中斷。響應(yīng)中斷。 當(dāng)當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后響應(yīng)中斷后

16、,對外設(shè)接口發(fā)出兩個(gè)中斷響應(yīng)信號對外設(shè)接口發(fā)出兩個(gè)中斷響應(yīng)信號INTA, 外設(shè)收到第二個(gè)外設(shè)收到第二個(gè) INTA 以后以后,立即往數(shù)據(jù)線上給立即往數(shù)據(jù)線上給CPU送中斷類型號送中斷類型號o 一個(gè)可屏蔽中斷被響應(yīng)時(shí)一個(gè)可屏蔽中斷被響應(yīng)時(shí)CPU實(shí)際執(zhí)行的總線周期實(shí)際執(zhí)行的總線周期有有7個(gè)，即：個(gè)，即：(1) 執(zhí)行執(zhí)行兩個(gè)中斷響應(yīng)總線周期兩個(gè)中斷響應(yīng)總線周期，CPU獲得獲得相應(yīng)的相應(yīng)的中中斷斷 類型碼類型碼，形成中斷向量表指針存入暫存器，形成中斷向量表指針存入暫存器(2) 執(zhí)行執(zhí)行一個(gè)寫總線周期一個(gè)寫總線周期，把標(biāo)志寄存器，把標(biāo)志寄存器FR的內(nèi)容壓的內(nèi)容壓 入堆棧。并將中斷允許標(biāo)志入堆棧。并將中斷允

17、許標(biāo)志IF和單步標(biāo)志和單步標(biāo)志TF清清0， 以禁止中斷響應(yīng)過程中其他可屏蔽中斷的進(jìn)入，以禁止中斷響應(yīng)過程中其他可屏蔽中斷的進(jìn)入， 同時(shí)也禁止了中斷處理過程中出現(xiàn)單步中斷。同時(shí)也禁止了中斷處理過程中出現(xiàn)單步中斷。(3)執(zhí)行執(zhí)行兩個(gè)寫總線周期兩個(gè)寫總線周期，把斷點(diǎn)地址的內(nèi)容，把斷點(diǎn)地址的內(nèi)容 CS、IP壓入堆棧。壓入堆棧。(4)執(zhí)行執(zhí)行一個(gè)讀總線周期一個(gè)讀總線周期，從中斷向量表中取出，從中斷向量表中取出 中斷處理子程序入口地址的偏移量送到中斷處理子程序入口地址的偏移量送到IP的的 寄存器中。寄存器中。(5)執(zhí)行執(zhí)行一個(gè)讀總線周期一個(gè)讀總線周期，從中斷向量表中取出，從中斷向量表中取出 中斷處理子程序

18、入口地址的段基值送到中斷處理子程序入口地址的段基值送到CS 寄存器中。寄存器中。三、中斷過程舉例三、中斷過程舉例 CLI PUSH DS MOV AX, 0000H INTPROC PROC MOV DS, AX MOV BX,0200H MOV DX, DPORT MOV AX,OFFSET INTPROC MOV BX ,AX IRET MOV AX, SEG INTPROC INTPROC ENDP MOV BX+2 ,AX POP DS MOV AX, 2000H ADD AX, AX MOV SI , AX 中斷服務(wù)子程序一般格式中斷服務(wù)子程序一般格式:(1) 用用PUSH指令保護(hù)現(xiàn)

19、場指令保護(hù)現(xiàn)場.(2) 若允許中斷嵌套若允許中斷嵌套,則用則用STI指令指令,使使IF=1.(3) 執(zhí)行中斷處理程序執(zhí)行中斷處理程序.(4) 用用CLI指令關(guān)中斷指令關(guān)中斷,使使IF=0,禁止其他中斷請求進(jìn)入禁止其他中斷請求進(jìn)入.(5) 給中斷命令寄存器送中斷結(jié)束命令給中斷命令寄存器送中斷結(jié)束命令EOI.(6) 用用POP指令來恢復(fù)現(xiàn)場指令來恢復(fù)現(xiàn)場.(7) 用中斷返回指令用中斷返回指令I(lǐng)RET返回主程序返回主程序,此時(shí)堆棧中保存的此時(shí)堆棧中保存的 斷點(diǎn)值和標(biāo)志值分別裝入斷點(diǎn)值和標(biāo)志值分別裝入IP,CS和和PSW.四、各類中斷優(yōu)先權(quán)四、各類中斷優(yōu)先權(quán)IBM PC機(jī)中規(guī)定優(yōu)先級從高到低的次序?yàn)闄C(jī)

20、中規(guī)定優(yōu)先級從高到低的次序?yàn)?內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷(除法錯(cuò)除法錯(cuò),INTO,INT n)不可屏蔽中斷不可屏蔽中斷(NMI)可屏蔽中斷可屏蔽中斷(INTR)單步中斷單步中斷圖圖6-30 80X86中斷響應(yīng)和處理流程圖中斷響應(yīng)和處理流程圖6.4.4 IBM PC/AT中斷分配o 表6-3 IBM PC/AT中斷分配表6.4.5 高檔微處理器的中斷1、中斷和異常、中斷和異常8038680486及及Pentium等高檔微處理等高檔微處理器不僅具有前面講到的所有中斷類型，而且大大器不僅具有前面講到的所有中斷類型，而且大大豐富了內(nèi)部中斷的功能，把許多執(zhí)行指令過程中豐富了內(nèi)部中斷的功能，把許多執(zhí)行指令過程中產(chǎn)生

21、的錯(cuò)誤情況也納入了中斷處理的范圍，這類產(chǎn)生的錯(cuò)誤情況也納入了中斷處理的范圍，這類中斷稱為異常中斷，簡稱異常中斷稱為異常中斷，簡稱異常(Exception)。 從總體上異常分為三類：失效從總體上異常分為三類：失效(Faults)、陷陷阱阱(Traps)和中止和中止(Abort)。三類異常的差別表三類異常的差別表現(xiàn)在兩方面：一是發(fā)生異常的報(bào)告方式，二是異現(xiàn)在兩方面：一是發(fā)生異常的報(bào)告方式，二是異常中斷服務(wù)程序的返回方式。常中斷服務(wù)程序的返回方式。 2中斷描述符表中斷描述符表 為了管理各種中斷，為了管理各種中斷，8038680486及及Pentium等高檔微處理器都設(shè)立了一個(gè)中斷描等高檔微處理器都設(shè)

22、立了一個(gè)中斷描述符表述符表IDT(Interrupt Descriptor Table)。表中最多可包含表中最多可包含256個(gè)描述符項(xiàng)，對應(yīng)個(gè)描述符項(xiàng)，對應(yīng)256個(gè)中個(gè)中斷或異常。描述符項(xiàng)中包含了各個(gè)中斷服務(wù)程序斷或異常。描述符項(xiàng)中包含了各個(gè)中斷服務(wù)程序入口地址的信息。入口地址的信息。 當(dāng)當(dāng)8038680486等高檔微處理器工作于實(shí)地等高檔微處理器工作于實(shí)地址方式時(shí)，系統(tǒng)的址方式時(shí)，系統(tǒng)的IDT變?yōu)樽優(yōu)?0868088系統(tǒng)系統(tǒng)中的中斷向量表，存于系統(tǒng)物理存儲器的最低地中的中斷向量表，存于系統(tǒng)物理存儲器的最低地址區(qū)中，共址區(qū)中，共1K字節(jié)。每個(gè)中斷向量占字節(jié)。每個(gè)中斷向量占4字節(jié)，即字節(jié)，即2字節(jié)的字節(jié)的CS值和值和2字節(jié)的字節(jié)的IP值。值。當(dāng)它們工