第六章：微型计算机的中断系统

1微型计算机原理及其应用——第六章：输入输出控制嘉兴学院机电工程学院2输入输出的控制方式：程序控制方式、中断方式、DMA方式一、无条件传送方式二、有条件传送方式三、中断传送方式四、DMA传送方式6.1输入输出数据的传输控制方式3一、无条件传送方式当外部设备的各种动作时间是固定的,且已知就可采用这种方式,把软件延时时间设计大于这个固定动作时间,不用状态判断。这种方式一般只需一个数据端口4无条件传送的输入方式无条件传送的输入方式三态缓冲器数据总线DB地址总线数据来自外设RDIO/M地址译码器85无条件传送的输出方式无条件传送的输出方式锁存器数据总线DB地址总线到外设WRIO/M地址译码器CE74LS23786二、有条件传送方式(又叫查询传送方式)无条件传送必须确认外设已经准备好才能用,有条件传送采用查询外设状态,这样接口部分除数据端口外,还须有状态信号端口。查询方式输入其接口电路如下：7查询式输入接口电路A7~A0ooooo•oooo+5VIO/MRDReady(D4)RDIO/MCSCS输入装置数据•›选通信号DQ锁存器缓冲器缓冲器地址译码地址译码状态口数据口数据去DB状态信息R数据端口状态端口8当输入装置数据准备好①发出一个选通信号,一面把数据锁存起来,一面送D触发器的CLK端,将D=1打入Q端,使Q=1；②CPU读入状态信息READY；③当READY=1,输入数据；④读入数据同时,将状态信号清零。9⒉查询式输出如图示查询式输出接口电路A7~A0地址译码oooooooo••IO/MWRIO/MRD+5VQDRACK“BUSY”DB去DB状态信息BUSY(D0)输出数据端口状态端口数据输出装置锁存器缓冲器地址译码CSCS地址译码10在输出时CPU需了解外设的状态,如无空则等待,有空执行输出指令,过程如下：①当输出装置输出数据后,发ACK信号,将D触发器置0,即BUSY=0②CPU查询BYSY,若为0,转入③,否,继续查③执行输出指令,把数据送至锁存器④同时令D触发器置1,它一方面告知外设,数据已准备好,另一方面让BUSY=1,阻止CPU输出新的数据11例题1要求采用查询方式从某输入设备上输入一组60个数据送缓冲区BUFF,接口电路如上所讲，其中READY接数据总线的D0位。若缓冲区已满，则输出提示信息“BUFFEROVERFLOW”，然后结束。设备的启动地址为FCH，数据端口地址为F8H，状态端口地址为FAH。程序如下：；-----------------------------------------------------段定义DATASEGMENTMESS1DB‘BUFFEROVERFLOW’,’$’BUFFDB60DUP(?)DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AX12;--------------------------------------初始化MOVBX,OFFSETBUFFMOVCX,60OUT0FCH,AL;启动设备;--------------------------------------数据输入WAIT1:INAL,0FAH;查询状态，若为0，则等待TESTAL,01HJZWAIT1INAL,0F8H；输入数据MOV[BX],ALINCBXLOOPWAIT1；检测缓冲区是否满，不满继续输入MOVDX,OFFSETMESS1;缓冲区满，输出提示字符MOVAH,09HINT21HMOVAH,4CHINT21HCODEENDSENDSTART13三、中断传送方式采用查询方式,CPU要不断查询外设,当有些外设速度较低(例键盘、打印机),CPU要等待,效率低,采用中断方式可提高CPU效率。INTR主程序中断服务程序CPU外设14当外设准备好(输入)或闲(输出),向CPU发出申请,CPU响应后,暂停执行原程序,转去执行中断服务程序。中断传送的接口电路如下：15中断传送接口电路装置中断允许oooooo••输入装置数据锁存器缓冲器缓冲器中断类型码去DBINTA(中断响应信号)INT去数据总线DB地址总线选通IOR+5VDQ&RCS地址译码中断传送接口电路16以输入为例:输入装置输入一数据,发出选通信号,一方面把数据存入锁存器,一方面又使D触发器置1,在中断允许下,发出INT,CPU在现行指令执行完后,发出INTA,把外设送来的中断向量放到DB上,于是CPU转入中断服务程序,读入数据,同时清除中断请求INT,中断处理完,CPU返回被中断处理的程序继续执行。17中断过程是指中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回这五个过程。中段请求、中断判优、中断响应由硬件完成，中断处理、中断返回由软件完成。中断请求1）外部设备发中断请求的条件：当外设准备就绪或本身工作已经完成时，才向CPU提出中断请求。2）外部设备中断请求的标志：当外设要求和CPU进行数据交换时，将中断请求信号送往中断请求触发器或中断控制器，经它们处理后，向CPU发出中断请求。中断响应如果CPU处于开中断状态，经判优后响应其中最高优先级的中断请求，关中断，将断点压入堆栈中（有的微机还将程序状态字和相关寄存器的内容压入堆栈）保存，以备返回原程序，紧接着将相应的中断处理程序入口地址或中断向量送CPU，转入中断服务程序。18中断过程中断处理保护现场。将在中断处理程序中使用的有关寄存器的内容压入堆栈保护起来。在现场保护的过程中，绝对不允许被中断(应禁止中断),否则现场将被破坏。当现场保护好后应开中断。中断服务。即该中断所要执行的具体指令内容。恢复现场。当中断服务结束后，应用中断结束命令清除中断标志，立即关中断，以保证恢复现场的过程不受干扰。恢复现场就是把原来压入堆栈的有关寄存器的内容弹出。现场恢复后应开中断，以便CPU响应更高级的中断请求。中断返回将压入的断点地址弹出，保证被中断的程序按原来状态执行下去。19中断服务程序中断处理和中断返回中的所有内容，也叫做中断服务程序。即：20中断优先级当系统中有多个设备提出中断请求时，就有一个该响应谁的问题，也就是一个优先级的问题，解决优先级的问题一般可有三种方法：软件查询法、简单硬件方法及专用硬件方法。软件查询方法只需有简单的硬件电路，如将A、B、C三台设备的中断请求信号“或”后作为系统INTR，这时，A、B、C三台设备中只要至少有一台设备提出中断请求，都可以向CPU发中断请求。进入中断服务子程序后，再用软件查询的方式分别对不同的设备的服务，查询程序的设计思想同查询式，查询的前后顺序就给出了设备的优先级。21简单硬件方法将所有的设备连成一条链，靠近CPU的设备优先级最高，越远的设备优先级别越低，则发出中断响应信号，若级别高的设备发出了中断请求，在它接到中断响应信号的同时，封锁其后的较低级设备使得它们的中断请求不能响应，只有等它的中断服务结束以后才开放，允许为低级的设备服务。22专用硬件方法采用可编程的中断控制器芯片，如Intel8259A。23中断服务子程序：流程：保护现场－开中断－为相应设备服务－恢复现场－返回例3：将上章习题7扩展，要求将计数通道的输出作为中断源向CPU发出中断请求，每计完120圈后产生中断，编制完成具体计价计算更新的中断服务子程序。分析：可以选用通道0，工作在方式0，计数初值为120。控制字为：000100000B计价金额和单价分别存在SUM和VAL中中断服务子程序如下：24;---------------------计算新的计价金额INTSTART:PUSHAX;保护现场MOVAX,SUMADDAX,VALMOVSUM,AXCALLSHOW;---------------------重新初始化8253计数器MOVAL,00010000BOUTCPORT,ALMOVAL,120OUTTD0PORT,AL;----------------------中断返回POPAXIRET到34页256.28086/8088中断操作1.中断分类与中断类型码2.中断向量与中断向量表3.中断过程与时序26中断分类及中断类型码中断源可以分为两大类，即外部(硬件)中断和内部(软件)中断。硬件中断：即通过外部的硬件产生的中断，如打印机、键盘等。硬件中断又可分为：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。不可屏蔽中断：由NMI引脚引入，它不受中断允许标志IF的影响，每个系统中仅允许有一个，都是用来处理紧急情况的，如掉电处理。这种中断一旦发生，系统会立即响应。可屏蔽中断：由INTR引脚引入，它受中断允许标志的影响，也就是说，只有当IF＝1时，可屏蔽中断才能进入，反之则不允许进入，可屏蔽中断可有多个，一般是通过优先级排队，从多个中断源中选出一个进行处理。软件中断：即根据某条指令或者对标志寄存器中某个标志的设置而产生，它与硬件电路无关，常见的如除数为0，或用INTn指令产生。27中断分类及中断类型码8086/8088系统最多可处理256级不同类型的中断。中断分类外部中断(硬件中断)内部中断(软件中断)可屏蔽中断(INTR)非屏蔽中断(NMI，中断类型码2)单步中断(中断类型码1)断点中断(中断类型码3)溢出中断(中断类型码4)Intn中断28中断分类及中断类型码中断类型码：8086为每个中断源分配了一个中断类型码，其取值范围为0～255，即可处理256种中断。其中包括软件中断，系统占用的中断以及开放给用户使用的中断。中断类型码或者包含在指令中，或者预先规定；所有内部中断和NMI中断都不执行INTA总线周期；除单步中断外，任何内部中断都无法禁止且都比外部中断优先级高；中断优先级内中断（除法错，INTO，INT）最高最低非屏蔽中断NMI可屏蔽中断INTR单步中断29中断向量和中断向量表中断向量：把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量；中断向量表：将这些中断向量按一定的规律排列成一个表，就是所谓的中断向量表，当中断源发出中断请求时，即可查找该表，找出其中断向量，就可转入相应的中断服务子程序。向量表地址：中断向量在中断向量表中的位置。8086中断系统中的中断向量表是位于0段的0～03FFH的存贮区内，每个中断向量占四个单元，其中前两个单元存放中断处理子程序的入口地址的偏移量(IP)，低位在前，高位在后；后两个单元存放中断处理子程序入口地址的段地址(CS)，也是低位在前，高位在后，整个中断向量的排列是按中断类型号进行的。30中断向量和中断向量表中断向量在向量表的位置中断类型号*4即可计算某个中断类型的中断向量在整个中断向量表中的位置。如类型号为20H，则中断向量的存放位置为20H×4＝80H，（设中断服务子程序的入口地址为4030：2010，则在0000：0080H～0000：0083H中就应顺序放入10H、20H、30H、40H。当系统响应20H号中断时，会自动查找中断向量，找出对应的中断向量装入CS、IP，即转入该中断服务子程序。3100H～04H----系统专用10H～1FH----BIOS用40H～FFH----用户用08H～0FH----硬件中断20H～3FH----DOS用32中断向量的装入（放在主程序的开始部分）PUSHDSMOVDX,SEGINTSTARTMOVDS,DXMOVDX,OFFSETINTSTARTMOVAL,60HMOVAH,25HINT21HPOPDS假设中断服务子程序入口地址为：CS:IP=4530:2000到24页45302000类型600000:018033中断响应过程346.3可编程中断控制器8259A8259A性能概述1.具有8级中断优先控制，通过级连可以扩展至64级优先权控制；2.每一级中断都可以通过初始设置为允许或屏蔽状态；3.8259A的工作方式，可以通过编程进行设置，因此，使用非常灵活；4.8259A采用NMOS制造工艺，只需要单一的+5V电源。358259A的内部结构和工作原理数据总线缓冲器：它是8259A与系统数据总线的接口，是8位双向三态缓冲器。CPU与