微机原理：第6章 中断剖析

第6章中断技术中断：举个日常生活中的例子，比如说我正在厨房用煤气烧一壶水，这样就只能守在厨房里，苦苦等着水开——如果水溢出来浇灭了煤气，有可能就要发生一场灾难了。等啊等啊，外边突然传来了惊奇的叫声“怎么不关水龙头？”于是我惭愧的发现，刚才接水之后只顾着抱怨这份无聊的差事，居然忘了这事，于是慌慌张张的冲向水管，三下两下关了龙头。门外忽然又传来了铿锵有力的歌声，我最喜欢的古装剧要开演了，真想夺门而出，然而，听着水壶发出“咕嘟咕嘟”的声音，我清楚：除非等到水开，否则没有我享受人生的时候。这个场景跟中断有什么关系呢？第6章中断技术§1中断概述§280x86中断系统§3中断控制器8259A学习指导和要求掌握：中断的基本概念；中断的处理过程；中断类型和中断向量表；8295A的工作方式，初始化编程和应用。一、中断系统的功能中断:由于某种外部或内部事件的作用，强迫CPU停止当前正在执行的程序，转去为该事件服务，待服务结束后，又能自动返回到被中断的程序中继续执行。§1中断概述请求中断IRET中断服务程序入口断点程序一个完整的中断系统:•设置中断源,确定它们中断请求的方式•识别中断源,并能转去执行其中断服务程序•确定中断源的优先级和中断的嵌套方式•中断现场的保护和恢复中断技术可以实现：•CPU与外部设备并行工作•实时信息监测和处理•故障自动监测和处理•分时操作中断处理过程:•中断请求：由中断源向CPU发中断请求信号•中断响应：CPU在当前指令执行结束后查询是否有中断请求,若有,在条件满足的条件下响应中断请求，并做相应处理•中断处理：执行中断处理程序•中断返回：由IRET指令从堆栈中弹出断点STI；IF=1IRET断点中断请求中断处理中断响应：硬件完成：•标志位入栈•关中断IF=0•断点入栈•取中断程序入口中断返回入口(INTR)§280x86中断系统中断控制逻辑8259AIR0IR1IR7NMIINTRINTAINTINTA……一、中断类型不可屏蔽中断可屏蔽中断内部中断（异常）CPU80x86CPU能处理的中断类型共256种（见教材表6-1），每一种中断分配一个中断类型号，即0~255（或00H~FFH）。其中，0~17分配给内部中断（2号分配给不可屏蔽中断NMI）；18~31保留，供开发使用；32~255分配给可屏蔽中断INTR，供用户使用。1.外部中断由外部设备通过硬件触发请求的方式引起的中断。有如下两种：NMI：不可屏蔽中断，边沿触发（低到高跳变），一旦NMI有效，CPU立即响应。INTR：可屏蔽中断，电平触发（高有效）当IF=1（STI开中断）时，允许CPU响应INTR请求；当IF=0（CLI关中断）时，禁止CPU响应INTR请求。STI；IF=1IRET断点(INTR)中断请求中断处理中断响应硬件完成：•标志位入栈•关中断IF=0•断点入栈•取中断程序入口中断返回入口INTR中断处理过程:2.内部中断（异常）根据CPU对中断的处理方法不同分为下列3种：（1）故障:指令启动后执行前检测到的异常，异常处理后返回该指令继续执行。（2）陷阱:断点或中断指令引起。异常处理后返回该指令的下一指令继续执行。（3）终止:硬件错误或系统错误引起。由于无法确定异常的位置，程序不能继续执行，异常处理需重新启动系统。二、中断优先级及中断处理流程1.中断类型优先级：内部中断（单步执行除外）高NMI：不可屏蔽中断TNTR：可屏蔽中断单步执行：TF=1低中断相关的指令STIIF=1，允许可屏蔽中断请求进入CLIIF=0，不允许可屏蔽中断请求进入INTn，软中断IRET，中断返回INTO，溢出中断NMI？INTR？TF=1?取下一条指令IF=1？中断响应取中断类型号标志入栈清除IF，TF断点入栈取中断服务程序入口地址中断处理断点、标志位出栈2.中断处理流程有无有无有无是有无IRET类型号2IF=1?类型号1是当前指令内部中断？类型号n三、实模式下的中断调用特点：由中断向量表提供中断服务程序的入口地址。中断向量表建立在内存最低端的1KBRAM区，地址范围为000H~3FFH，可存放256个中断向量。0000H1004H2008H300CH4010H5014H6018H322553FCH除法错中断单步中断NMI中断断点中断溢出中断类型5H中断类型FFH中断…………中断向量表地址：V=4n4n+04n+14n+24n+3入口偏移地址入口段基址0~17：内部中断18~31：备用32~255：用户中断向量表类型号n中断向量表地址：4n中断服务程序入口地址设置中断向量——25H功能调用入口参数：（AH）=25H（AL）=n（中断类型码）（DS：DX）=中断向量程序：CLI；IF=0，关中断MOVAL，40HMOVDX，SEGINT-PMOVDS，DXMOVDX，OFFSETINT-PMOVAH，25HINT21HSTI；IF=1，开中断INT-P：；中断服务程序IRET；中断返回…………..设置中断向量——直接地址传送程序：CLI；IF=0，关中断MOVAX，0MOVES，AXMOVBX，40H*4MOVAX，OFFSETINT-PMOVES：WORDPTR[BX]，AXMOVAX，SEGINT-PMOVES：WORDPTR[BX+2]，AXSTI；IF=1，开中断INT-P：；中断服务程序入口IRET；中断返回………..…获取中断向量——35H功能调用入口参数：（AH）=35H（AL）=n（中断类型码）出口参数：（ES：BX）=中断向量获取中断向量程序段如下：MOVAL，40HMOVAH，35HINT21H；（ES：BX）=中断向量§3中断控制器8259A一、8259A引脚信号与结构1.引脚信号12345678910111213142827262524232221201918171615VCCA0INTAIR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0INTSP/ENCAS2CSWRRDD7D6D5D4D3D2D1D0CAS0CAS1GND8259A级联线,双向,主片为输出,从片输入数据总线缓冲器读/写逻辑级连缓冲/比较器DO--D7RDA0CSwRCAS0CAS1CAS2SP/ENINTAINT控制逻辑中断优先权中断服务电路请求寄存器（PR）寄存器（ISR）（IRR）中断屏蔽寄存器（IMR）2.内部结构……IR0IR1IR7内部寄存器：8259A可访问的内部寄存器有11个：IRR、ISR、IMR和状态寄存器（IRR、ISR、和状态寄存器只能读出，IMR可读写）命令字寄存器：ICW1~ICW4（只能写入）操作字寄存器：OCW1~OCW3（只能写入）端口分配：A0=0：ICW1、OCW2、OCW3、IRR、ISRA0=1：ICW2~ICW4、OCW1、IMR、状态寄存器IRR、ISR、IMR的格式：IRRIR7IR1IR0ISRIMR当IRi有请求时，Di=1；INTA有效时，Di位被清除。当IRi进入服务时，Di=1；服务完毕由硬件或软件清除。当Di=1，IRi请求禁止；当Di=0，IRi请求允许。IR7……IR0IR7……IR0二、8259A的连接方式1.单片方式INTRINTA82C59AINTAINTIR0IR1IR7D7~D0WRRDA0D7~D0WRRDA0CS……译码器A1~A15SP+5V端口地址：直接寻址：A7……A1A0间接寻址：A15……A1A0CSA08259A0偶地址1奇地址I/O指令：直接寻址：A7……A1A0，8位地址由指令提供INAL，nnHOUTnnH，AL间接寻址：A15……A1A0，16位地址由DX提供MOVDX，nnnnHINAL，DXOUTDX，AL2.级联方式CAS0CAS1CAS2CAS0CAS1CAS2SPSP+5VINTAINTIR7……IR1IR0IR7……IR0INTA数据/地址线从片主片INTAINTRINT（1）固定优先级(基本方式)IR7IR6IR0普通自动循环（2）自动循环(OCW2设置)特殊自动循环IR7IR6IR0……高低……三、8259A的工作方式1.优先级高低2.中断嵌套方式（1）完全嵌套方式(基本方式)特点：允许高级中断请求嵌套。适用：单片或级联中的从片。（2）特殊完全嵌套方式(OCW3设置)特点：允许高级和同级的中断请求嵌套。适用：级联中的主片。允许从片完全嵌套3.中断屏蔽方式（1）普通屏蔽方式(IMR设置)通过编程设定IMR中的某些位置“1”，对相应的IRi请求进行屏蔽。（2）特殊屏蔽方式(OCW3设置)只对同级的中断请求进行屏蔽，用于级连方式。4.中断结束方式有三种中断结束方式：（1）自动结束方式（硬件）INTA第二个负脉冲信号自动将ISR中的相应位清除。（2）普通结束方式（软件）由中断服务结束EOI命令（OCW2），清除ISR中当前优先级别最高位。（3）特殊结束方式（软件）由中断服务结束EOI命令（OCW2），清除ISR中指定位。适合无多极中断嵌套适合完全嵌套如何对ISR清零M7M6M5M4M3M2M1M0操作命令字OCW的格式1.OCW1格式功能：设置中断屏蔽字，写入IMR中。当Mi=1，对应的IRi被屏蔽。例如：若屏蔽IR1、IR4请求：MOVAL，00010010BOUT21H，AL；IMR的地址为21HA0=12.OCW2格式功能：设置中断结束命令和自动循环方式A0=0RSLEOI00L2L1L0001：普通EOI方式000IR0011：特殊EOI方式001IR1101：自动循环普通EOI方式111：自动循环特殊EOI方式100：设置优先级自动循环命令000：清除优先级自动循环命令110：置位优先权命令（设置最低优先级）111IR7010：无操作……特殊自动循环方式如：设置优先级自动循环方式MOVAL，80HOUT20H，AL；设置自动循环MOVAL，00HOUT20H，AL；复位自动循环…..…………3.OCW3格式功能：设置或清除特殊屏蔽方式和读取寄存器的状态A0=0ESMMSMM01PRRRIS0X：无效0X：无效10：读IRR10：复位特殊屏蔽11：读ISR11：设置特殊屏蔽1：查询状态RIRi1:有请求0:无请求L2L1L0当前处理的最高优先级IRi编码状态寄存器读取IRR寄存器的内容:MOVAL，00001010B；读IRR命令OUT20H，AL；写OCW3INAL，20H；读IRR的内容读取ISR寄存器的内容:MOVAL，00001011B；读ISR命令OUT20H，AL；写OCW3INAL，20H；读ISR的内容读取查询状态寄存器的内容:MOVAL，00001100B；读查询状态寄存器命令OUT20H，AL；写OCW3INAL，20H；读状态寄存器的内容如：设置特殊屏蔽方式MOVAL，68HOUT20H，AL；8259工作在特殊屏蔽方式，MOVAL，48HOUT20H，AL；复位特殊屏蔽…..…………四、8259A的初始化编程ICW1~ICW4:初始化命令字，用于设定8259A的连接和触发方式、中断类型码、中断的结束方式等，初始化编程时写入。写入ICW1写入ICW2级联方式？写入ICW3写入ICW4ynA0=0A0=1A0=1A0=1ICW命令字格式1.ICW1格式(A0=0)功能：设置连接和中断请求的触发方式///1LTIMADISNGLIC41：写入ICW40：不写ICW41：单片0：级联1：间隔为40：间隔为81：电平触发0：边沿触发未用标志位80X86无效T7T6T5T4T3ID2ID4ID0中断向量码高五位000——IR0001——IR1111——IR72.ICW2格式(A0=1)功能：设置中断类型码基址……例如：设ICW2为40H，IR0~IR7的中断类型码为40H~47HS7S6S5S4S3S2S1S03.ICW3格式(A0=1)功能：确定级联时主、从片的接入方式。主片格式：从片格式：00000ID2ID1ID0若IRi上连接从片，则Si=1，否则Si=0从片INT连接至主片的IRi（i=0~7）4.ICW4格式(A0=1