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1、第六章 中断控制接口,2011/10 东北大学计算机系统研究所,第六章 中断控制接口,6.1 中断系统概述,6.2 8259A中断控制器,习 题,外部中断：可屏蔽中断和非可屏蔽中断。内部中断：除法错等中断，软中断。,INT n 指令,中断逻辑,非屏蔽中断请求,8259,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,5,1,2,3,4,0,6,7,INTR（080FH）,NMI（2）,（70H77H）,单 步（1）,断 点（3）,溢 出（4）,TF,IF,6.1.1 中断请求与中断源,6.1 中断系统概述,除法错（0）,实现中断嵌套：CPU在处理低级中断时，若出现更高级的中断请
2、求，应暂停对较低级的中断的处理，转去处理较高级的中断。,6.1 中断系统概述,实现中断与返回：能够响应中断，转到相应的中断服务程序，处理结束后能够返回到断点处。,实现优先级排队：多个中断源同时发出中断请求时，中断系统能够按优先级依次进行处理。,6.1.2 中断系统的功能,CPU的中断是开放的：CPU只有在标志寄存器中的IF标志为1时才对外部中断请求信号（INTR）进行响应。CPU可通过STI、CLI指令对IF标志置1或清0。,6.1 中断系统概述,有中断请求信号：主要指外部中断，如INTR、NMI。,中断请求没有被屏蔽：每个中断源都可以在CPU的控制下发出中断请求信号（INTR），如8250的
3、IER寄存器和OUT0、OUT1信号，8255A的PC2、4、6以及8259的IMR。,6.1.3 中断响应-中断系统响应中断的条件,CPU在现行指令执行完毕时才响应中断：满足以上条件的情况下,关中断：CPU响应中断后，首先将标志寄存器入栈，然后关闭中断（IF置0），以防止 在保存断点和保护现场之前再次响应中断。保存断点：将CS、IP推入堆栈，以保证中断结束时返回到断点处。根据中断向量（CPU发中断响应信号时获得的）查询中断向量表，得到中断服务子程序的首地址，并转去执行中断处理程序。,6.1 中断系统概述,6.1.3 中断响应-CPU中断响应过程,6.1 中断系统概述,IF=1,IF=1,IF
4、=0,CS,IP,CS,IP,堆栈,中断向量表,CS,IP,CS,IP,CS,IP,0,1,2,CS,IP,中断号（例如 2）,到CS:IP取出指令,转入执行中断程序,CPU中断响应过程模拟,PCK：RAM奇偶错。NPI：8087异常。I/O CHCK：I/O通道奇偶错。,INT n 指令,中断逻辑,INTR,NMI,除法错,单 步,断 点,溢 出,OF,IF,LS74,Q,XD,7,D,WRTNMIREG,CK,+5V,RESET,PCK,NPI,I/O CHCK,ENABLE/OCK,（OUT 80H A0H）,6.1 中断系统概述,6.1.4 PC机中断系统,INT n 指令,中断逻辑,
5、非屏蔽中断请求,8259,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,IRQ,5,1,2,3,4,0,6,7,INTR（080FH）,NMI（2）,除法错,（70H77H）,单 步,断 点,溢 出,OF,IF,计时器,键盘,级联,COM2,COM1,LPT2,软盘,LPT1,实时时钟,硬盘,IRQ,14,IRQ,8,8259（2）,（1）,查出其它的中断源,6.1 中断系统概述,6.1.4 PC机中断系统,6.1 中断系统概述,0000：0000H,0000：0003H,0000：0004H,IP,CS,IP,CS,IP,CS,IP,CS,0000：0007H,0000：0008H
6、,0000：000BH,0000：000CH,0000：03FCH,0000：03FFH,中断0,中断1,中断2,中断3,中断255,中断相量表,中断相量：中断子程序的首地址,开机或者复位时由BIOS将10H1FH号中断的首地址写入表中。,6.1 中断系统概述,中断相量表的初始化,执行引导程序时由操作系统将20H2FH号中断的首地址写入表中。,用户应用程序中的中断服务子程序的首地址，由主程序通过INT 21H和INT 27H指令将其写入表中。,中断程序一般都常驻内存。,中断描述符表IDT,8字节,中断0的门,中断1的门,中断2的门,IDTR,GDT,门描述符（中断描述符）,偏移量1631,访问
7、字节,选择子,偏移量015,6.1 中断系统概述,调用门：允许较低级的程序调用（CALL）较高级的程序（如操作系统）。（在GDT中）,任务门：允许从特权级较低的任务切换（CALL或中断，如按时间片）到特权级较高的任务。（在GDT、IDT中）,陷阱门：所访问的是异常处理子程序。（在IDT中）,中断门：用于访问中断处理程序。与陷阱门的区别是中断处理之前清IF，而陷阱门不管IF的状态。（在IDT中）,6.1 中断系统概述,第六章 中断控制接口,6.2 8259A中断控制器,6.1 中断系统概述,习 题,6.2.1 8259A的引脚,8259A,D0D7,RD,WR,CS,A0,INT,INTA,.,
8、IRQ0,IRQ1,IRQ7,CAS0,CAS1,CAS2,级联,SP/EN,主从/缓冲,中断源,6.2 8259A中断控制器,6.2.2 8259A的内部结构及中断响应顺序,IRQ0,IRQ1,IRQ7,IRR,IMR,优先级分析器,ISR,比较器,ICW2,中断向量,INT,INTA,D07,6.2 8259A中断控制器,外部设备提出中断请求（IRQi）。中断请求被锁存在IRR中，并与IMR相“与”。经优先级分析器检出优先级最高的中断请求。由控制电路比较该中断请求与当前中断（CPU正在处理的）的优先级，判断是否能够进行嵌套。是则向CPU发出INT信号。CPU输出第一个INTA脉冲信号，将I
9、RR的对应位清0，并将ISR的对应位置1。,6.2 8259A中断控制器,6.2.2 8259A的内部结构及中断响应顺序,输出第二个INTA脉冲信号，8259A在这个周期将中断向量码输出到数据总线。CPU读取中断向量码，转到相应的中断处理程序。,INT,INTA,IRQ1,IRQ0,IRQ7,SP/EN,CAS0,CAS1,CAS2,INT,INTA,IRQ1,IRQ0,IRQ7,SP/EN,CAS0,CAS1,CAS2,INT,INTA,IRQ1,IRQ0,IRQ7,SP/EN,CAS0,CAS1,CAS2,主片,从片,INTA,INTR,6.2 8259A中断控制器,*8259A的级联,I
10、CW1,ICW2,ICW3,ICW4,OCW1,OCW2,OCW3,偶,奇,奇,奇,d4=1,IMR,奇,偶,偶,d4=0 d3=0,d4=0 d3=1,IRR,ISR,偶,偶,读IRR：MOV AL，00001010B OUT 20H，AL IN AL，20H,6.2 8259A中断控制器,6.2.3 8259A的程序设计-内部寄存器,ICW1,ICW2,ICW3,ICW4,OCW1,OCW2,OCW3,偶,奇,奇,奇,d4=1,IMR,奇,偶,偶,d4=0 d3=0,d4=0 d3=1,IRR,ISR,偶,偶,读ISR：MOV AL，00001011B OUT 20H，AL IN AL，2
11、0H,6.2 8259A中断控制器,6.2.3 8259A的程序设计-内部寄存器,ICW1,ICW2,ICW3,ICW4,OCW1,OCW2,OCW3,偶,奇,奇,奇,d4=1,IMR,奇,偶,偶,d4=0 d3=0,d4=0 d3=1,IRR,ISR,偶,偶,6.2 8259A中断控制器,6.2.3 8259A的程序设计-内部寄存器,读IMR：IN AL，21H,ICW1：ICW2：ICW3：,0,0,0,1,LTM,X,SNGL,IC4,1电平触发,0边沿触发,1单片使用,0级联使用,1要求ICW4,0不要ICW4,off7,off6,off5,off4,off3,0,0,0,s7,s6,
12、s5,s4,s3,s2,s1,s0,主片,1：连有从片；0：未连从片,中断向量高5位,6.2 8259A中断控制器,6.2.3 8259A的程序设计-内部寄存器,ICW3：ICW4：,0,0,0,0,0,ID2,ID1,ID0,0,0,0,SFNM,BUF,M/S,AEOI,1,从片,从片ID,1特殊完全嵌套方式,0非特殊完全嵌套方式,1 缓冲方式,0 非缓冲方式,1 本片为主片,0 本片为从片,1 自动 EOI,0 非自动 EOI,6.2 8259A中断控制器,6.2.3 8259A的程序设计-内部寄存器,OCW1：/IMR OCW2：,M7,M6,M5,M4,M3,M2,M1,M0,1：该
13、中断请求被屏蔽；0：该中断请求开放,R,SL,EOI,0,0,L2,L1,L0,选择一个中断级,1：优先级自动循环,0：优先级非自动循环,1：L0L2有效,0：L0L2无效,ISR对应位复位,6.2 8259A中断控制器,6.2.3 8259A的程序设计-内部寄存器,OCW3：,0,ESMM,SMM,0,1,P,RR,RIS,00=无操作,1：查询命令,01=无操作,10=读IRR,11=读ISR,00=无操作,01=无操作,10=取消指定的屏蔽,11=设置指定的屏蔽,0：非查询命令,6.2 8259A中断控制器,6.2.3 8259A的程序设计-内部寄存器,6.2 8259A中断控制器,6.
14、2.4 8259A在IBM PC系列机中的应用,IBM PC/AT的中断源,IBM PC/AT中8259A的初始化,；初始化主控8259A MOV AL,11H;ICW1，8259A级联使用，边沿检测 OUT 20H,AL MOV AL,08H;ICW2,设置中断向量的高5位，OUT 21H,AL;IRQ0IRQ7分别对应INT08H到0FH MOV AL,04H;ICW3,在IRQ2上接有一从属8259A OUT 21H,AL MOV AL,01H;ICW4,指定非AEOI方式 OUT 21H,AL,6.2 8259A中断控制器,6.2.4 8269A在PC机中的应用-IBM PC/AT中8
15、259A的主片初始化,6.2 8259A中断控制器,6.2.4 8269A在PC机中的应用-IBM PC/AT中8259A的从片初始化,；初始化从属8259A MOV AL,11H;ICW1，8259A级联使用，边沿检测 OUT 0A0H,AL MOV AL,70H;ICW2,设置中断向量的高5位，OUT 0A1H,AL;IRQ8IRQ15分别对应 INT70H77H MOV AL,02H;ICW3,该从控制器接在主控制器的 IRQ2上 OUT 0A1H,AL MOV AL,01H;ICW4,指定非AEOI方式 OUT 0A1H,AL,第六章 中断控制接口,6.1 中断系统概述,6.2 8259A中断控制器,习 题,习 题,什么是中断？86系列CPU响应中断的条件是什么？86系列CPU响应中断时，硬件自动完成哪些工作？外部完成哪些工作？中断向量表的作用是什么？中断号为05H的中断的中断服务子程序的首地址如何得到，CPU如何转向执行中断子程序？在PC系列机中主要的中断源有哪些？试述86系列CPU响应中断而转入中断服务程序的过程。,习 题,软中断和硬中断有什么区别？什么是EOI命令？什么是8259A的自动EOI方式？编写一段程序屏蔽IRQ3和IRQ5上的中断请求，但不允许改变其它中断请求。编写一段程序读出ISR的内容。8259A 如何识别4个ICW命令和3个OCW命令？,
