第7章 中斷技術(shù)

第7章

中斷技術(shù)第7章中斷技術(shù)教學(xué)重點

中斷概念中斷處理過程

8086中斷系統(tǒng)7.1中斷技術(shù)概述7.1.1中斷的概念什么是中斷？在CPU正常運行程序時，由于內(nèi)部或外部某個非預(yù)料事件的發(fā)生，使CPU暫停正在運行的程序，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。這個過程就是中斷。

注意：

①

中斷是個過程（從中斷申請→CPU轉(zhuǎn)中斷服務(wù)→返回）

②中斷源（外設(shè)）打斷CPU的正常工作，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，完畢后，返回。

③嵌套斷點主程序中斷服務(wù)程序中斷請求對外設(shè)進行處理繼續(xù)執(zhí)行返回斷點中斷服務(wù)程序1中斷服務(wù)程序

2非預(yù)料事件1CPU執(zhí)行流程非預(yù)料事件

2采用中斷技術(shù)后微機的主要特點：

(1)可實現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備并行工作。

(2)實現(xiàn)人機聯(lián)系。

(3)可進行實時處理。

(4)能及時處理各種故障。7.1.2中斷源與中斷分類

1.中斷源——引起中斷的原因，或發(fā)出中斷申請的來源。

中斷源有：

·

外部設(shè)備請求中斷(I/O設(shè)備,如鍵盤）

(1)外部中斷源

·實時時鐘請求中斷(如外部所需的定時 電路等) ·故障強迫中斷,如掉電等(2)內(nèi)部中斷源

·CPU指令執(zhí)行產(chǎn)生的異常

·執(zhí)行INT軟件中斷指令2.中斷分類傳統(tǒng)的分類：(1)內(nèi)部中斷——軟件中斷，由CPU執(zhí)行軟中斷指令引起。

INT21H(2)外部中斷——硬件中斷，由外部中斷源向CPU提出中斷請求而引起。外部中斷又可分為：

·可屏蔽中斷（INTR引腳）——可以在CPU內(nèi)部被屏蔽，CPU可以控制這種中斷響應(yīng)或不被響應(yīng)。

·

不可屏蔽中斷（NMI引腳）——中斷請求不能在CPU的內(nèi)部被屏蔽掉，它一經(jīng)提出CPU必須響應(yīng).2.中斷分類Pentium中的分類：中斷－－傳統(tǒng)的外部中斷異常－－傳統(tǒng)的內(nèi)部軟件中斷＋執(zhí)行指令過程中產(chǎn)生的錯誤主要差別：中斷用來處理CPU以外的異常事件，異常用來處理在執(zhí)行指令期間由CPU本身對檢測出來的某些異常事情作出的響應(yīng)。2.中斷分類異常：失效－－在引起失效的指令之前被檢測和處理，返回到該失效指令處，重新執(zhí)行該指令（除法出錯、缺頁等）陷阱－－在引起問題(異常)的指令執(zhí)行之后才被報告，且服務(wù)程序完成后，返回到引起異常指令的下一條指令處繼續(xù)向下執(zhí)行。（單步、溢出、INT等）中止－－不能確定引起異常指令確切位置的異常(有時稱為夭折或失敗)。（自動重啟系統(tǒng)）1000:150H、、、、、、、、、、MOVAX,0ADDAX,DXMOV[DI],AX、、、、、、、、、、

PUSHAX

、、

、、

IRETCPU在執(zhí)行此指令時，某中斷源發(fā)申請中斷;CPU在執(zhí)行完該指令后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷子程地址1000:150H為斷點斷點概念:1000:150H、、、、、、、、、、MOVAH,01INT21HCMPAL,0Dh、、、、、、、、、、

PUSHAX

、、、、IRET用指令調(diào)用中斷程序軟件中斷用指令調(diào)用中斷程序7.1.3中斷系統(tǒng)的功能1.

中斷處理2.中斷優(yōu)先級排隊3.中斷嵌套主程序入口服務(wù)程序

中斷請求

返回7.1.4中斷處理過程基本過程:

1.中斷請求

2.中斷判優(yōu)

3.中斷響應(yīng)

4.中斷處理

5.中斷返回。

3、CPU響應(yīng)中斷的條件

①

外設(shè)通過接口向CPU發(fā)出請求信號：在接口中設(shè)置中斷請求觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器

②CPU開中斷——請求信號才能進入CPU

當前指令執(zhí)行完方可響應(yīng)

STI→IF=1

兩種情況下，CPU自動關(guān)中斷：①上電和復(fù)位后②響應(yīng)中斷后

∴必須在進入中斷服務(wù)程序后用指令開中斷，以實現(xiàn)中斷嵌套。4、CPU響應(yīng)中斷（中斷處理）過程

①

自動關(guān)中斷IF=0，TF=0，F(xiàn)R壓棧②自動保護斷點（入棧），轉(zhuǎn)中斷服務(wù)子程序服務(wù)③保護現(xiàn)場（入棧）子程④中斷服務(wù)在適當處開中斷序⑤恢復(fù)現(xiàn)場（出棧）⑥中斷返回——自動恢復(fù)FR，斷點

5、開/關(guān)中斷指令：STI→IF=1，允許中斷

CLI→IF=0，禁止響應(yīng)中斷源的識別7.1.5中斷優(yōu)先級的排隊問題1：系統(tǒng)有多個中斷請求，CPU如何識別中斷源？中斷優(yōu)先權(quán)排隊7.1.5中斷優(yōu)先級的排隊（續(xù)1）問題2：有多個中斷同時請求，CPU如何應(yīng)對？中斷嵌套7.1.5中斷優(yōu)先級的排隊（續(xù)2）問題3：中斷處理過程中，又有中斷提出請求，怎么辦？7.1.5中斷優(yōu)先級的排隊——中斷源識別和排優(yōu)給每個中斷源指定一個優(yōu)先權(quán)，稱為中斷優(yōu)先級(權(quán))中斷源可能有多個，而CPU只有一條中斷請求線當多個中斷源同時發(fā)出中斷請求時，CPU需識別中斷源

根據(jù)優(yōu)先權(quán)排列：

①

同時申請，CPU響應(yīng)優(yōu)先權(quán)高的

②

高的申請可打斷低的服務(wù)（中斷嵌套）排優(yōu)方法：（1）軟件排優(yōu)（2）硬件排優(yōu)1、軟件排優(yōu)(軟件查詢)

-------各中斷源的優(yōu)先權(quán)主要由軟件安排

需簡單的硬件電路圖7.6軟件優(yōu)先級排隊電路圖7.7軟件優(yōu)先權(quán)查詢1.軟件排優(yōu)(軟件查詢)只要任一個外設(shè)有中斷請求（“1”狀態(tài)），

INTR=1，CPU便可響應(yīng)中斷。在中斷服務(wù)子程序中：查詢程序按照優(yōu)先級“高→低”順序檢測各外設(shè)狀態(tài)。2、硬件排優(yōu)

------利用專門的硬件電路或中斷控制器對各中斷源的優(yōu)先權(quán)進行安排

1)硬件排優(yōu)電路101011010012、硬件排優(yōu)說明：

①在鏈式電路中，排在鏈最前面的中斷源優(yōu)先權(quán)最高，即由其在鏈中的位置決定。

②

“高級”封閉“低級”

2)芯片——可編程的中斷控制器7.28086中斷系統(tǒng)

256個中斷源，每個對應(yīng)一個類型碼00~FFH。（0~255）

按中斷源的不同，分類：內(nèi)部中斷（軟件中斷）外部中斷（硬件中斷）

7.2.18086的中斷分類指外部芯片通過CPU的INTR引腳或NMI引腳發(fā)出中斷申請引起的中斷。當INTR上有高電平信號當NMI上有上升沿信號1、硬件中斷8088GNDA14A13A12A11A10A9A8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGND最大組態(tài)（最小組態(tài)）VCCA15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6(HIGH)(SSO)MN/MXRDRQ/GT0(HOLD)RQ/GT1(HLDA)LOCK(WR)S2(IO/M)S1(DT/R)S0(DEN)QS0(ALE)QS1(INTA)TESTREADYRESET

1)非屏蔽中斷由NMI引腳引起的中斷，稱非屏蔽中斷。當NMI引腳上產(chǎn)生上升沿信號，CPU必須響應(yīng)此中斷請求，即NMI引腳上的中斷請求不受IF標志的控制。IF不能屏蔽NMI引腳上的中斷請求。中斷類型碼為2。系統(tǒng)中只允許有一個非屏蔽中斷。用于處理重大故障或緊急情況，如掉電、緊急停機。

2)可屏蔽中斷由INTR引腳引起的中斷，稱可屏蔽中斷CPU在允許的條件下，在當前指令執(zhí)行結(jié)束予以響應(yīng)，同時輸出可屏蔽中斷響應(yīng)信號INTA*

CPU是否響應(yīng)INTR引腳上的中斷請求取決于IF標志：

IF=1，CPU響應(yīng)INTR引腳上的中斷請求

IF=0，CPU不響應(yīng)INTR引腳上的中斷請求即當IF=0時，將INTR引腳上的中斷申請屏蔽中斷類型碼(向量號)來自外部中斷控制器通常需要配合中斷控制器8259A共同處理可屏蔽中斷可屏蔽中斷主要用于主機與外設(shè)交換數(shù)據(jù)3)中斷標志IF的狀態(tài)IF＝0：可屏蔽中斷不會被響應(yīng)關(guān)中斷、禁止中斷、中斷屏蔽系統(tǒng)復(fù)位，使IF＝0任何一個中斷被響應(yīng)，使IF＝0執(zhí)行指令CLI，使IF＝0IF＝1：可屏蔽中斷會被響應(yīng)開中斷、允許中斷、中斷開放執(zhí)行指令STI，使IF＝1執(zhí)行指令I(lǐng)RET恢復(fù)原IF狀態(tài)明確IF標志的狀態(tài)是關(guān)鍵2、軟件中斷——內(nèi)部中斷

------指CPU執(zhí)行某些特殊操作或由INT指令引起的中斷①

被零除操作或OF=1時執(zhí)行INTO指令引起②使用DEBUG中的單步或斷點設(shè)置操作引起③

執(zhí)行INTn

指令引起例如，ROM-BIOS和DOS系統(tǒng)利用內(nèi)部中斷為程序員提供了各種功能調(diào)用2、軟件中斷

1)類型碼0~4(1)除法出錯中斷——0型中斷

(2)

單步中斷

——1型中斷

(3)溢出中斷——4型中斷

(4)

斷點中斷——3型中斷

2)指令中斷——n型中斷⑴除法出錯中斷——0型中斷在執(zhí)行除法指令DIV

或IDIV時，若除數(shù)為0或商超過了寄存器所能表達的范圍，則產(chǎn)生一個向量號為0的內(nèi)部中斷，稱為除法出錯中斷例如：movbl,0idiv

bl

；除數(shù)BL＝0，產(chǎn)生除法錯中斷movax,200hmovbl,1divbl

；商＝200H，不能用AL表達 ；產(chǎn)生除法錯中斷

(2)單步中斷——1型中斷若單步中斷TF為1，則在每條指令執(zhí)行結(jié)束后產(chǎn)生一個向量號為1的內(nèi)部中斷，稱為單步中斷例如：DEBUG.EXE調(diào)試程序的單步命令T就利用單步中斷實現(xiàn)對程序的單步調(diào)試

DEBUG中的T命令，置TF=1

(3)

溢出中斷——4型中斷若溢出標志OF為1，在執(zhí)行溢出中斷指令I(lǐng)NTO時，則產(chǎn)生一個向量號為4的內(nèi)部中斷，被稱為溢出中斷例如：movax,2000haddax,7000h

；2000H＋7000H＝9000H，溢出：OF＝1into

；因為OF＝1，所以產(chǎn)生溢出中斷

程序中設(shè)置斷點，運行到斷點處，程序停止。用于程序調(diào)試

INT3單字節(jié)指令

指令代碼：11001100

(4)斷點中斷——3型中斷例如：DEBUG.EXE調(diào)試程序的運行命令G設(shè)置的斷點，就是利用INT3指令實現(xiàn)的（5）指令中斷——n型中斷在執(zhí)行中斷調(diào)用指令I(lǐng)NTn時產(chǎn)生的一個向量號為n（0~255）的內(nèi)部中斷，稱為指令中斷

INTn

軟件中斷指令類型碼

說明：

①內(nèi)部中斷的類型碼由內(nèi)部（指令或預(yù)定）提供②除單步外，不能用軟件禁止（不受IF影響）③沒有隨機性，服務(wù)處理用戶安排④除單步外，優(yōu)先級比硬件中斷高3.各類中斷的優(yōu)先權(quán)當有多個中斷源同時產(chǎn)生中斷申請時，CPU先響應(yīng)優(yōu)先權(quán)最高的中斷源，再響應(yīng)優(yōu)先級較低的中斷源。優(yōu)先級高低內(nèi)部(除單步)(INT0→INTn→INTO→INT

3)NMIINTR低單步

7.2.2中斷向量表

問題：CPU響應(yīng)中斷后，如何轉(zhuǎn)入各個中斷服務(wù)處理程序？每個中斷分配一個中斷類型碼（中斷向量號），1個字節(jié)每個中斷類型碼→中斷服務(wù)(處理)程序最多允許256個中斷(0~255)。中斷向量——中斷處理子程序的入口地址。在內(nèi)存的最低1k字節(jié)（0段的0~03FFH）區(qū)域建立一個中斷向量表。一個中斷向量，4個字節(jié)前2個IP（偏址）后兩個CS（段址）類型碼——中斷向量表，自動查表,轉(zhuǎn)子程序。中斷向量表中斷向量表P280圖7.10

專用中斷（0~4）系統(tǒng)使用(PC-DOS)（5~31）

用戶可用（32~255）類型碼與中斷向量所在位置的對應(yīng)關(guān)系：

中斷向量地址指針＝4×中斷類型碼中斷向量表例如，給定中斷類型碼為

20H中斷向量存放在0000H：0080H(4×20H=80H)個單元。在00080H~00083H存放的值分別為10H、21H、32H、45H，20H號中斷所對應(yīng)的中斷向量即中斷處理程序的入口地址為4532H：2110H。即CS=4532H，IP=2110H。又如，中斷類型碼17H的中斷處理子程序存放在1234：5670H開始的內(nèi)存區(qū)域中，則對應(yīng)于該17H類型碼的中斷向量存放在0000：005CH(4×17H=5CH)開始的4個字節(jié)中。所以0段的005CH~005FH這4個單元中的值分別為70H、56H、34H、12H。

7.2.3中斷的響應(yīng)過程

當中斷源產(chǎn)生中斷申請后，不論是內(nèi)部中斷、非屏蔽中斷，還是可屏蔽中斷，只要滿足響應(yīng)條件，在執(zhí)行完當前指令后，CPU內(nèi)部硬件會自動完成下列響應(yīng)中斷的過程：①

取中斷類型號n②

當前FR的內(nèi)容入棧③

清IF、TF標志為0④當前CS的內(nèi)容入棧⑤

當前IP的內(nèi)容入棧⑥

取內(nèi)存單元(0:n×4)字內(nèi)容送IP

取中斷子程⑦

取內(nèi)存單元(0:n×4+2)字內(nèi)容送CS

入口地址此時CS:IP指向中斷程序的入口，開始執(zhí)行中斷程序。保存現(xiàn)場1、軟件中斷響應(yīng)過程對于專用中斷

——類型碼，自動生成

INTn

指令——類型碼

n

說明：有些中斷服務(wù)程序是系統(tǒng)提供的，不需用戶編寫。

內(nèi)部中斷特點:1.CPU不需要執(zhí)行中斷響應(yīng)周期2.除單步外，不受IF影響3.沒有隨機性1)NMI——非屏蔽中斷

＊

其響應(yīng)不受IF的限制，即不能用軟件禁止。

＊

類型號——

02H

＊

中斷優(yōu)先級高于INTR

響應(yīng)過程：

·有效;——NMI線上升沿觸發(fā)

·

CPU收到NMI后，自動提供類型號2

→查中斷向量表→

轉(zhuǎn)子程序

注意：類型碼固定專用，但中斷向量CS：IP和中斷服務(wù)程序均由用戶自定自編，不在DOS中。2、硬件中斷響應(yīng)過程------IF＝1時，才有可能被響應(yīng)響應(yīng)過程：

·“1”有效；——INTR線上電平觸發(fā)，高電平有效

·CPU收到INTR=“1”后，如IF=1,進入中斷響應(yīng)周期

→發(fā)出響應(yīng)信號INTA(2個):①通知外設(shè),準備類型碼

②讀取外設(shè)提供的類型碼

→查中斷向量表→

轉(zhuǎn)子程序

注意:

中斷類型碼由用戶通過外部接口提供,CPU從DB上獲取。

2)INTR——可屏蔽中斷幾個說明:(處理過程）

1.INTR響應(yīng)（CPU自動完成）

——實際執(zhí)行7個總線周期:

①INTA總線周期，通知外設(shè)準備P282圖7.11②讀類型碼n③FR入棧，且令I(lǐng)F=0,TF=0

④~⑤

斷點入棧，CS:IP入棧

⑥~⑦查中斷向量表，轉(zhuǎn)子程序保護現(xiàn)場用戶編程

2.中斷服務(wù)服務(wù)程序適當處開中斷恢復(fù)現(xiàn)場

IRET——中斷返回向量類型

INTACLKAD7~AD0T1T2T3T4第一個中斷響應(yīng)周期T1T2T3T4第二個中斷響應(yīng)周期

中斷響應(yīng)周期時序

CPU從引腳INTA發(fā)中斷響應(yīng)信號，接口芯片接收此信號，把中斷類型號準備好；同時ISRi=1,IRRi=0。

CPU再從引腳INTA發(fā)中斷響應(yīng)信號，接口芯片接此信號后，將中斷類型號送至數(shù)據(jù)總線上；

CPU從數(shù)據(jù)總線獲取中斷類型號。返回3.返回（IRET功能）

①

IP,CS出棧（恢復(fù)斷點）

②恢復(fù)FR

③

返回斷點幾個說明:(處理過程）

注意：

中斷向量表初始化

入口地址→中斷向量表三、中斷過程舉例內(nèi)存中斷向量表0:0~3FFH1000:150h3000:200h0:N×40:N×4+20:0000、、、、、、

0200h3000h

、、、、、、、、、

MOVAX,0ADDAX,DXMOV[DI],AX、、、、、、、、、、、、

MOVBX,CX、、、、、、

IRET、、、類型N中斷子程某中斷源發(fā)申請中斷，申請執(zhí)行類型號為N的中斷子程響應(yīng)中斷前

SS:SP響應(yīng)中斷后SS:SP

堆棧執(zhí)行IRET后

(IP)(CS)(FR)01501000(FR)SS:SP(IP)=0200h(CS)=3000h0：3FFH0：0從中斷子程返回斷點處，靠的是執(zhí)行中斷子程最后的指令I(lǐng)RET，從堆棧中取出斷點地址給CS:IP，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。故中斷子程最后應(yīng)安排IRET指令。1000:150h3000:200h0:N×40:N×4+20:0000、、、、、、

0200h3000h

、、、、、、、、、

MOVAX,0ADDAX,DXMOV[DI],AX、、、、、、、、、

MOVBX,CX、、、

IRET、、、響應(yīng)中斷前

SS:SP響應(yīng)中斷后SS:SP

堆棧執(zhí)行IRET后

(IP)(CS)(PSW)01501000(PSW)SS:SP(IP)=0200h(CS)=3000h7.48259A可編程中斷控制器Intel8259A是可編程中斷控制器PIC用于管理Intel8080/8085、8086/8088、80286/80386的可屏蔽中斷8259A的基本功能一片8259A可以管理8級中斷，可擴展至64級每一級中斷都可單獨被屏蔽或允許在中斷響應(yīng)周期，可提供相應(yīng)的中斷向量號8259A設(shè)計有多種工作方式，可通過編程選擇

7.4.28259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)D7~D0INTAINT中斷請求寄存器中斷屏蔽寄存器數(shù)據(jù)總線緩沖器IR0IR7讀/寫控制邏輯級聯(lián)緩沖器比較器RDWRA0CSCAS0CSA1CAS2SP/EN優(yōu)先權(quán)判別電路中斷服務(wù)寄存器控制邏輯8259