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1、微机接口与通讯(第五章）,武汉科技大学计算机学院,第五章 中断技术,本章内容,5.1 中断的基本概念5.2 IBM-PC微机中断系统5.3 可编程中断控制器8259A5.4 8259A在微机系统中的应用本章要点,5.1 中断的基本概念,本节内容,什么是中断中断源与中断识别中断向量与中断向量表中断类型号与中断向量指针中断向量的装入(填写)与修改中断优先级排队方式中断嵌套,章内容提要,1.什么是中断,章内容提要,中断：是指CPU在正常运行程序时，由于内部/外部事件或由程序预先安排的事件，引起CPU中断正在运行的程序，转去为该事件服务。服务完毕，再返回去继续运行被暂时中断的程序的过程。,节内容提要,
2、2.中断源与中断识别,章内容提要,节内容提要,指令中断：INT 10H、INT 21H等,2）中断识别：确定中断源，实现程序转移,向量中断：中断向量、中断号,外设中断：键盘、打印机、显示器等,硬件故障中断：奇偶错、电源故障等,程序性中断：除法溢出、非法操作码等,查询中断：软、硬件查询确定中断源,3.中断向量与中断向量表,章内容提要,节内容提要,4.中断类型号与中断向量指针,章内容提要,节内容提要,类型号：8位，N=00FFH中断向量指针：PA=4*N,5.中断向量的装入(填写)与修改,章内容提要,节内容提要,修改方法与步骤：,2）中断向量的修改,保存原中断向量 INT 21H 的35H号功能,
3、设置新中断向量 INT 21H 的25H号功能,恢复原中断向量 INT 21H 的25H号功能,设中断类型号为N,服务程序入口为INT_SEV,中断向量装入程序段,中断向量修改程序段,中断向量装入程序段,返回,用MOV指令装入,CLI CLD MOV AX,0 MOV ES,AX MOV DI,4*N MOV AX,OFFSET INT_SEV STOSW MOV AX,SEG INT_SEV STOSW STI,用串操作指令装入,用系统功能调用装入（参照修改）,中断向量修改程序段,返回,相关的DOS系统功能调用,相关的DOS系统功能调用,返回,获取中断向量（功能号AH=35H)入口参数:AL
4、=类型号 出口参数:ES:BX=中断向量,设置中断向量(功能号AH=25H)入口参数:AL=类型号 入口参数DS:DX=中断向量,6.中断优先级排队方式,章内容提要,节内容提要,按优先级排队循环轮流排队,7.中断嵌套,章内容提要,节内容提要,（一般）完全嵌套特定完全嵌套,5.2 IBM-PC微机中断系统,本节内容,章内容提要,分类：硬中断(外部中断)、软中断(内部中断),1.硬中断（NMI和INTR）,章内容提要,节内容提要,1）不可屏蔽中断NMI,2）可屏蔽中断INTR,不可屏蔽中断NMI,返回,不可屏蔽：不受IF状态影响类型号固定：02H有效信号：上升沿,紧急故障处理：RAM奇偶校验错、I
5、/O通道校验错、协处理器运算错,NMI产生逻辑,NMI产生逻辑,返回,可屏蔽中断INTR,返回,可屏蔽：IF=1,开放;IF=0,屏蔽类型号由8259A提供(PC机08H0FH)有效信号：高电平,INTR的处理过程,INTR的处理过程,返回,2.软中断,章内容提要,节内容提要,1）双字节指令形式的中断(INT n),2）特殊中断,ROM-BIOS中断：INT 10H;INT 16H等DOS中断：INT 21H;INT 20H等未定义中断：INT 60H;INT 78H等,特殊中断,返回,除法溢出中断(N=0),条件：商超出规定寄存器的表示范围;字(AX),字节(AL),单步中断(N=1),条件
6、：TF=1;调试工具或程序设置,断点中断(N=3),条件：调试工具中使用,条件：OF=1且执行INTO指令 举例,溢出中断(N=4),单步中断设置与溢出中断举例,返回,设（AL）72H，在分别执行完ADD AL，63H和ADD AL，97H后，执行INTO结果如何？,3.硬中断与软中断的比较,章内容提要,节内容提要,4.软中断的应用,章内容提要,节内容提要,ROM-BIOS中断DOS中断,5.中断的处理过程（INTR）,章内容提要,节内容提要,不同中断的处理过程区别：获取类型号的方法不同；另，软中断无申请阶段,1）中断申请,2）中断响应,3）中断服务,4）中断返回,CPU在每条指令最后一个T内
7、检测INTR；若为高电平,IF=1,且无DMA请求,当前指令执行完进入响应阶段,执行中断服务程序 服务程序结构,执行到IRET恢复断点，返回,中断响应及中断服务程序结构,返回,中断服务程序的结构 保护现场 STI;若允许中断嵌套 服务程序主体 恢复现场 中断结束(EOI)命令 IRET,6.中断响应周期及INTA的作用,章内容提要,节内容提要,第1个负脉冲：,第2个负脉冲：,中断响应周期图示,中断响应周期图示,返回,5.3 可编程中断控制器8259A,本节内容,8259A协助CPU完成的工作8259A的外部特性和内部结构8259A的工作方式8259A的编程命令及中断操作功能,章内容提要,1.8
8、259A协助CPU完成的工作,节内容提要,章内容提要,接收和扩充外设的中断请求,优先级排队管理,控制中断请求的屏蔽与开放,提供中断类型号,一片可管理8级中断;两级级联最多管理64级,固定优先级、循环优先级,向量中断，还可实现查询中断,2.8259A的外部特性和内部结构,节内容提要,章内容提要,1）引脚（28脚）Vcc、GND,2）内部结构,面向CPU的信号（14）,面向外设的信号（8）,IR07：外设的中断申请；输入触发方式由编程设定,面向同类芯片的信号（4）,面向CPU的信号（14）,返回,A0：端口选择信号；输入,面向同类芯片的信号（4）,返回,内部结构,返回,中断请求寄存器(IRR),正
9、在服务寄存器(ISR),中断屏蔽寄存器(IMR),优先级分析器(PR),8259A内部结构图,级联缓冲器/比较器：,读写控制逻辑,级联时传送级联代码；缓冲方式控制传送方向,IRR、ISR、IMR说明,8259A内部结构图,返回,IRR、ISR、IMR的说明,返回,中断请求寄存器(IRR):8位,可读，寄存有请求的中断级,IRi有请求,IRRi=1,正在服务寄存器(ISR):8位,可读，寄存正在服务的中断级,IRi被响应且未服务完,ISRi=1,ISR可能多位同时为1,中断屏蔽寄存器(IMR):8位,可读可写，寄存中断级屏蔽情况,IMRi=1,IRi被屏蔽,非自动结束方式 中断嵌套,优先级分析器
10、PR,返回,由IRR、IMR、ISR的状态确定INT引脚的输出；优先级编码器+比较电路,读写控制逻辑,返回,中断类型号的读取不是读写逻辑控制的,3.8259A的工作方式,节内容提要,章内容提要,1）中断触发方式,2）连接系统总线的方式,3）中断屏蔽的方式,4）优先级排队的方式,5）中断结束的方式,4.8259A的编程命令及中断操作功能,节内容提要,章内容提要,4个初始化命令字(ICW14)、3个操作命令字(OCW13);写入到2个端口中,同一端口写入多个命令字的区分方式:设置特征位、规定写入顺序,1）ICW1,2）ICW2,3）ICW3,4）ICW4,5）OCW1,6）OCW2,7）OCW3,
11、ICW1,返回,:16位机无效，一般写0,LTIM:触发方式,=0,边沿触发;=1,电平触发,SNGL:=0,多片级联;=1,单片系统,IC4:=0,不写入ICW4;=1,要写入ICW4,16位机要写入,ICW1还实现对8259A的复位,如PC机:边沿触发,单片,MOV AL,13H OUT 20H,AL,ICW2,返回,如PC机:类型号08H0FH,MOV AL,08H OUT 21H,AL,确定中断类型号的高五位,中断类型号组成(8位),作用：,ICW3,返回,（级联时才写入，主、从片格式不同）,ID2ID1ID0的编码=i,说明该从片挂在主片的IRi上,主片:相应的申请端是否挂接从片,从
12、片:该从片的识别码,级联方式举例,级联方式举例,返回,级联方式的硬件连接,级联方式下工作过程,ICW3,主片、从片1、从片2的ICW3分别为：24H、02H、05H,CPU的操作与单片无区别,ICW4,返回,特定完全嵌套方式(用于级联系统的主片),开放同级和高级中断,上例中,主片若采用特定完全嵌套方式,则允许D打断B的服务,给主片送EOI的条件:从片ISR=00H,OCW1（设置IMR）,返回,如开放IR1、IR7;屏蔽IR3、IR6;其他不变（IMR可读可写）,OCW2（设置优先级轮换、发EOI命令）,返回,R、SL、EOI组合而成OCW2的命令,R、SL、EOI组合而成命令,返回,如:不指
13、定EOI MOV AL,20H OUT 20H,AL,指定EOI(清除ISR4)MOV AL,64H OUT 20H,AL,OCW3（设置特定屏蔽方式、查询式中断、读寄存器选择）,返回,ESMM=1,特定屏蔽方式允许,P=1,查询式中断,RR=1,读寄存器选择有效,特定屏蔽方式(开放低级中断),查询式中断,读寄存器,特定屏蔽方式,返回,查询式中断,返回,不需要接收中断请求,CPU查询8259A,发查询命令(P=1的OCW3)后读查询字(A0=0),再根据查询字内容确定中断源,查询字格式,I=1时,W2W1W0是当前有请求的优先级最高的中断级编码,必须送，但可取任意值,读寄存器,返回,读IMR:
14、直接对A0=1端口进行读读IRR、ISR:先选择(用RR=1的OCW3)，再读,初始为IRR,读IMR IN AL,21H,读IRR MOV AL,0AH OUT 20H,AL IN AL,20H读ISR MOV AL,0BH OUT 20H,AL IN AL,20H,5.4 8259A在微机系统中的应用,本节内容,8259A编程命令的使用8259A初始化编程,章内容提要,1.8259A编程命令的使用,节内容提要,章内容提要,ICW:初始化时,按顺序接收24个,OCW:工作过程中,动态控制,2.8259A初始化编程,节内容提要,章内容提要,早期PC机单片系统,286以上PC机双片级联系统,端口
15、地址:20H、21H;边沿触发;完全嵌套;固定优先级;非缓冲;中断类型号:08H0FH,286以上PC机双片级联系统,返回,从片连在主片的IR2上;主从片级联信号互连 端口地址,主片:20H、21H;从片:0A0H、0A1H 边沿触发;完全嵌套;固定优先级;非缓冲;中断类型号,主片:08H0FH;从片:70H77H,初始化编程,双片级联系统初始化编程,返回,MOV AL,11H OUT 20H,AL MOV AL,08H OUT 21H,AL MOV AL,04H OUT 21H,AL MOV AL,01H OUT 21H,AL,初始化编程(主),MOV AL,11H OUT 0A0H,AL MOV AL,70H OUT 0A1H,AL MOV AL,02H OUT 0A1H,AL MOV AL,01H OUT 0A1H,AL,初始化编程(从),本章要点,章内容提要,中断、中断向量、向量表的结构、类型号与中断向量的关系修改中断向量的方法和步骤PC机中断系统的组成；几种特殊中断产生的条件硬中断与软中断的区别中断处理过程；中断响应周期CPU与8259A的操作8259A的主要特性8259A写入命令字的区分方式；各编程命令的功能8259A级联方式下的工作过程8259A的初始化编程,
