微機原理中斷實驗

微機原理中斷實驗在計算機科學(xué)中，中斷是系統(tǒng)硬件或軟件產(chǎn)生的事件，它打斷了正在執(zhí)行的程序，使CPU轉(zhuǎn)而處理這個事件。中斷是計算機系統(tǒng)響應(yīng)外部事件或內(nèi)部請求的一種機制，它允許程序在執(zhí)行過程中被打斷，以便處理緊急或更高優(yōu)先級的事件。中斷機制對于處理器的多任務(wù)處理能力和響應(yīng)能力至關(guān)重要。實驗?zāi)康谋緦嶒灥哪康氖菫榱俗寣W(xué)生理解和掌握微機系統(tǒng)中中斷的概念和實現(xiàn)方法。通過實驗，學(xué)生將能夠：了解中斷在微機系統(tǒng)中的作用和意義。掌握中斷的硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程方法。學(xué)會如何設(shè)置和處理不同類型的中斷請求。理解中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)程序的執(zhí)行過程。能夠分析和解決中斷處理過程中的常見問題。實驗環(huán)境本實驗需要在微機原理實驗平臺上進行，該平臺應(yīng)包括以下硬件和軟件組件：微控制器或微處理器開發(fā)板。編程器和調(diào)試工具。匯編語言編譯器和鏈接器。必要的硬件外圍設(shè)備，如LED、按鈕等。實驗內(nèi)容1.中斷基礎(chǔ)首先，學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)中斷的基本概念，包括中斷源、中斷向量、中斷服務(wù)程序等。了解中斷是如何在硬件和軟件層面實現(xiàn)的，以及中斷響應(yīng)的幾個關(guān)鍵步驟：中斷請求：中斷源通過向處理器發(fā)送中斷請求信號來發(fā)起中斷。中斷響應(yīng)：處理器檢測到中斷請求并決定是否響應(yīng)。保存上下文：如果處理器決定響應(yīng)中斷，它將當前程序的上下文（如程序計數(shù)器、堆棧指針等）保存到堆棧中。跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序：處理器跳轉(zhuǎn)到預(yù)定義的中斷向量地址，開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序?；謴?fù)上下文：中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，處理器恢復(fù)之前保存的上下文，并繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。2.硬件中斷實驗學(xué)生將設(shè)計和實現(xiàn)一個簡單的硬件中斷實驗，例如使用按鈕作為中斷源，當按鈕被按下時，產(chǎn)生中斷請求。實驗步驟可能包括：設(shè)計中斷服務(wù)程序，當按鈕被按下時，LED閃爍或者蜂鳴器發(fā)出聲音。配置微控制器的中斷控制器，設(shè)置中斷優(yōu)先級和中斷服務(wù)程序入口地址。編寫匯編語言程序，實現(xiàn)按鈕中斷的處理邏輯。使用編程器和調(diào)試工具對程序進行編譯、鏈接和下載。驗證中斷是否正確響應(yīng)，檢查LED或蜂鳴器的反應(yīng)。3.軟件中斷實驗除了硬件中斷，學(xué)生還將學(xué)習(xí)軟件中斷的概念，例如通過軟件中斷請求（SWI）或中斷向量表（IVT）來實現(xiàn)的中斷。實驗內(nèi)容可能包括：理解軟件中斷的觸發(fā)機制和處理流程。設(shè)計和實現(xiàn)一個簡單的軟件中斷服務(wù)程序，例如實現(xiàn)一個計算器程序，當用戶輸入特定的命令時，程序通過軟件中斷調(diào)用一個數(shù)學(xué)函數(shù)來執(zhí)行計算。驗證軟件中斷是否正確響應(yīng)，檢查計算結(jié)果是否正確。4.中斷優(yōu)先級實驗學(xué)生將學(xué)習(xí)如何配置中斷的優(yōu)先級，以及如何處理多個中斷源的請求。實驗中，學(xué)生可能會遇到以下挑戰(zhàn)：設(shè)置不同中斷源的優(yōu)先級，確保關(guān)鍵事件能夠得到及時響應(yīng)。編寫代碼來模擬多個中斷源同時發(fā)生的情況，并確保中斷處理程序的正確執(zhí)行順序。分析和解決中斷優(yōu)先級設(shè)置不當可能導(dǎo)致的系統(tǒng)問題。實驗結(jié)論通過本實驗，學(xué)生應(yīng)該能夠深入理解中斷在微機系統(tǒng)中的作用，掌握中斷的硬件和軟件實現(xiàn)方法，并且能夠分析和解決中斷處理過程中的常見問題。此外，學(xué)生還應(yīng)該能夠認識到中斷機制對于提高系統(tǒng)效率和響應(yīng)能力的重要性。參考文獻《微機原理與接口技術(shù)》，高等教育出版社?！队嬎銠C組成與設(shè)計》，機械工業(yè)出版社?！肚度胧较到y(tǒng)原理與應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社。相關(guān)微控制器或微處理器數(shù)據(jù)手冊。#微機原理中斷實驗實驗?zāi)康谋緦嶒灥哪康氖抢斫夂驼莆瘴C原理中的中斷機制，包括中斷的概念、中斷響應(yīng)過程、中斷服務(wù)程序的編寫以及中斷向量的使用。通過實驗，學(xué)生將能夠：了解中斷在微機系統(tǒng)中的作用。掌握中斷響應(yīng)的硬件和軟件流程。能夠編寫和調(diào)試中斷服務(wù)程序。熟悉中斷向量的概念及其在程序中的應(yīng)用。實驗準備硬件環(huán)境微機原理實驗板電源供應(yīng)器串行通信接口設(shè)備（如PC上的串口調(diào)試助手）軟件環(huán)境匯編語言編譯器調(diào)試工具（如GDB）實驗程序?qū)嶒灣绦驊?yīng)包括以下幾個部分：主程序：初始化系統(tǒng)，設(shè)置中斷向量表。定時器中斷服務(wù)程序：處理定時器中斷，可以用來計時或產(chǎn)生周期性事件。鍵盤中斷服務(wù)程序：處理鍵盤輸入，將鍵值存儲在特定的內(nèi)存位置。串口中斷服務(wù)程序：處理串口接收到的數(shù)據(jù)，并將其顯示在終端上。實驗步驟步驟1：中斷向量表的設(shè)置首先，我們需要了解中斷向量表的位置和結(jié)構(gòu)。在典型的微機系統(tǒng)中，中斷向量表通常位于內(nèi)存的固定位置，例如從地址0x0000開始。每個中斷向量占4個字節(jié)，其中前兩個字節(jié)是中斷服務(wù)程序的入口地址，后兩個字節(jié)是堆棧指針（SP）的值。;假設(shè)中斷向量表從0x0000開始

IntVectors:

dwStartOfISR1;第一個中斷服務(wù)程序入口地址

dwTmpSP1;對應(yīng)的堆棧指針

dwStartOfISR2;第二個中斷服務(wù)程序入口地址

dwTmpSP2;對應(yīng)的堆棧指針

;...

dwStartOfISRn;最后一個中斷服務(wù)程序入口地址

dwTmpSPn;對應(yīng)的堆棧指針步驟2：定時器中斷服務(wù)程序定時器中斷通常用于定時或產(chǎn)生周期性事件。我們需要設(shè)置定時器，使其在一定時間后產(chǎn)生中斷。在實驗中，我們可以使用定時器中斷來計時，并在中斷服務(wù)程序中更新一個計數(shù)器。TimerISR:

;保存現(xiàn)場

pusha

;更新計數(shù)器

incTimerCount

;恢復(fù)現(xiàn)場并返回

popa

iret步驟3：鍵盤中斷服務(wù)程序鍵盤中斷用于處理鍵盤輸入。在中斷服務(wù)程序中，我們需要讀取鍵盤狀態(tài)寄存器，獲取按下的鍵的掃描碼，并將該值存儲在特定的內(nèi)存位置。KeyboardISR:

;保存現(xiàn)場

pusha

;讀取鍵盤狀態(tài)寄存器

movax,0x60

int0x16

movKeyPressed,al

;恢復(fù)現(xiàn)場并返回

popa

iret步驟4：串口中斷服務(wù)程序串口中斷用于處理通過串口接收到的數(shù)據(jù)。在中斷服務(wù)程序中，我們需要讀取接收到的數(shù)據(jù)，并將其顯示在終端上。SerialISR:

;保存現(xiàn)場

pusha

;讀取串口數(shù)據(jù)

movah,0x00

int0x14

movBufPtr,ah

;恢復(fù)現(xiàn)場并返回

popa

iret步驟5：主程序主程序負責(zé)初始化系統(tǒng)，設(shè)置中斷向量表，并啟動中斷。```assemblyMain:;初始化系統(tǒng)movax,0x0000movds,axmovss,axmovsp,0xFFFF;設(shè)置中斷向量表

movax,StartOfTimerISR

movIntVectors[TimerInterrupt],ax

movax,TmpSP1

movIntVectors[TimerInterrupt+2],ax

;...

movax,StartOfSerialISR

movIntVectors微機原理中斷實驗實驗?zāi)康谋緦嶒炛荚谕ㄟ^實踐操作，讓參與者熟悉微機系統(tǒng)中的中斷機制，理解中斷的概念、種類以及如何使用中斷服務(wù)程序來處理外部事件。參與者將學(xué)習(xí)到如何設(shè)置中斷源、編寫中斷服務(wù)程序以及如何調(diào)試和驗證中斷處理流程。實驗準備硬件：具備中斷功能的微機系統(tǒng)，如8086/8088或更高級別的微處理器開發(fā)板。軟件：匯編語言編譯器、鏈接器、調(diào)試器等開發(fā)工具。知識準備：熟悉微機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，了解匯編語言編程，掌握中斷向量表的概念。實驗步驟1.選擇中斷源中斷源可以是外部硬件（如按鈕、傳感器）或定時器產(chǎn)生的信號。選擇一個合適的中斷源，并確保它在微機系統(tǒng)中已經(jīng)被正確連接。2.設(shè)置中斷觸發(fā)條件根據(jù)所選的中斷源，設(shè)置觸發(fā)中斷的條件。例如，如果是按鈕，則需要手動按下；如果是定時器，則需要設(shè)置定時時間。3.編寫中斷服務(wù)程序使用匯編語言編寫中斷服務(wù)程序。該程序應(yīng)該能夠正確響應(yīng)中斷請求，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，如打印信息、控制LED燈等。;中斷服務(wù)程序

INTERRUPT_HANDLER:

;響應(yīng)中斷，執(zhí)行必要操作

;例如，如果中斷源是按鈕，可以在這里打印提示信息

;或者，如果中斷源是定時器，可以在這里執(zhí)行定時任務(wù)

;注意：中斷服務(wù)程序應(yīng)該盡可能簡潔，以減少中斷響應(yīng)時間

;通常，它會保存現(xiàn)場，執(zhí)行必要操作，然后返回

;這里是一個簡化的例子，實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況編寫

pushax

pushbx

pushcx

pushdx

;響應(yīng)中斷

;...

popdx

popcx

popbx

popax

iret4.配置中斷向量表在微機系統(tǒng)中，中斷向量表是一個存放中斷服務(wù)程序入口地址的表。需要將中斷服務(wù)程序的起始地址填入相應(yīng)的中斷向量表位置。5.編譯和鏈接中斷服務(wù)程序使用匯編語言編譯器編譯中斷服務(wù)程序，然后使用鏈接器將它鏈接到可執(zhí)行文件中。6.運行和驗證運行可執(zhí)行文件，觸發(fā)中斷源，觀察中斷服務(wù)程序是否正確響應(yīng)并執(zhí)行預(yù)