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1、第五章 中断技术,中断的基本概念中断系统PC机中断系统可编程中断控制器8259A,中断的基本概念,CPU获取外部设备事务处理请求的方式：查询方式中断方式,事务处理请求的响应及执行过程,CPU,外设7,外设6,外设5,外设0,事务处理请求1:无0:有,查询方式,中断方式,事务处理请求的软件识别过程,重复查询：,开始,读缓冲器的值,有请求,请求处理,请求处理,请求处理,7,6,0,执行其他任务,否,是,1.查询请求来源2.程序跳转,查询方式,查询方式：按序依次检查外设对应的状态变化，依据预先设定的规则，判断有无事务处理请求，有则执行事务处理，无则继续。,优点：简单缺点：加重CPU负担 浪费计算资源
2、,中断方式,什么是程序？计算机如何执行程序？什么是程序的入口地址？如何找到程序的如口地址？,事务处理 就是 执行预先编写的设备控制程序,事务处理请求,事务处理请求,中断请求信号,事务处理程序,中断服务程序,事务处理程序入口,中断服务程序入口(中断向量),中断的过程,中断请求,中断响应,中断识别,中断处理,中断返回,保留断点保护现场获取中断服务程序的入口地址执行中断服务程序恢复现场重置断点,基本概念,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，而转达到为内部/外部事件或为预先安排的事件服务的程序中去。服务完毕，再返回去继续执行被暂中断的程序。,
3、中断过程：,中断处理的隐操作：程序状态及程序断点地址的进栈及出栈。,中断源,发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。,外设中断指令中断程序性中断硬件故障中断,中断识别,获取中断服务程序入口地址的方法。软件查询（轮询）法 软件查询，入口地址固定，子程序调用中断向量法中断源与中断(类型)号中断号与中断向量中断向量与中断向量表,中断优先级,并发中断（中断嵌套）的处理技术,当有多个中断源同时请求时，CPU就要识别出是哪些中断源有中断请求，辨别和比较它们的优先权（Priority），先响应优先权级别最高的中断申请。另外，当CPU正在处理中断时，也要能响应更高级的中断申请，而屏蔽掉同级或较低
4、级的中断请求。要判别和确定各个中断源的中断优先权，可以用软件和硬件两种方法。软件采用查询技术。当CPU响应中断后，就用软件查询以确定是哪些外设申请中断，并判断它们的优先权。,中断优先级解决问题,中断嵌套,对同时产生的中断：首先处理优先级别较高的中断；若优先级别相同，则按先来先服务的原则对非同时产生的中断：低优先级的中断程序允许被高优先级的中断源所中断,中断优先级（续）,原则：按机器故障、DMA、外围硬件、软件递减。,结果：CPU专用DMA外围硬件BIOSDOS自由,即基本按中断向量表排序。,外围硬件一般可由用户修改其优先权。,中断处理,执行中断服务程序软件现场保护（关键/使用的寄存器值入堆栈）
5、事务处理程序软件现场恢复（从堆栈中恢复关键/使用寄存器的值）,中断系统的功能,中断系统应具有如下功能：（1）实现中断及返回（2）能实现优先权排队（3）中断嵌套处理,PC微机中断系统,IBM PC/XT中有三种类型的中断：（1）内部中断，即软件中断。包括被零除、单步、溢出和中断指令（包括断点中断）等。这是由 8086执行指令产生的中断。（2）非屏蔽中断NMI。在IBM PC/XT中若存储器的读写奇偶校验错，或者是由8087的异常状态产生的中断都送至8086的NMI输入端要求处理。（3）可屏蔽中断INTR。这是由外部设备通过一片8259A产生的中断请求。,PC微机中断源,除法错中断溢出中断单步中断
6、软件中断,非屏蔽中断可屏蔽中断,256个中断源,内部中断外部中断,PC机的中断向量表,存放各类中断的中断服务程序的入口地址每个入口占用4 Bytes，低字为段内偏移，高字为段基址表的地址位于内存的00000H003FFH，大小为1KB，共256个入口,PCs机中断响应和处理流程图,中断的可屏蔽性,1非屏蔽中断出现在NMI线上的中断请求，不受标志位IF的影响，在当前指令执行完以后，CPU就响应。2可屏蔽中断 出现在INTR线上的请求信号是电平触发的，它的出现是异步的，在CPU内部是由CLK的上升沿来同步的。在INTR线上的中断请求信号（即有效的高电平）必须保持到当前指令的结束。,常用软件中断,B
7、IOS、DOS、自由中断的汇编调用方式：INT n；n为中断向量号，如 INT 10H、INT 21H,可编程中断控制器8259A,功能说明外部特性内部特性工作方式初始化应用示例,功能,优先级排队管理：（完全嵌套、循环优先级、特定屏蔽）接受和扩充外部设备的中断请求（864）提供中断类型号（可编程控制）进行中断请求的屏蔽和开放（8、15或更多，向量/查询 中断）,外部特性,CPU侧：,DB0DB7；,外设侧：,IR0IR7；,级联：,CS；,RD、WR、A0；,SP/EN、CAS0CAS2。,INT、INTA；,逻辑部件,逻辑部件（续）,工作方式,中断触发方式边沿触发(0-1)、电平触发(1)、
8、中断查询连接系统总线的方式缓冲方式、非缓冲方式屏蔽中断源的方式通常屏蔽、特殊屏蔽优先级排队的方式全嵌套、特殊全嵌套(常用于多片级联时)、自动轮换、指定轮换结束中断的处理方式自动结束、非自动结束,中断操作功能及命令,7个命令和2个命令端口命令字定点分配命令端口地址+按序写命令,端口地址分配表,初始化命令字ICW1,请求触发方式设置及片数选择命令附加操作：复位芯片(清除IMR，完全嵌套，IR0最高),初始化命令字ICW2,IRi的中断类型号=ICW2的高5位+I例：如果ICW2为08H，则 IR3的中断类型号（中断向量）为08H+03H=0BH,中断类型号设置命令,初始化命令字ICW3,级联的结构
9、形式,初始化命令字ICW3（续1）,主片和从片进行设置主片：S7S0分别对应相应的IR号的引脚，为1的位对应的引脚接有从片；从片：ID2ID1的编号是该从片接到主片的IR引脚的IR号。,主从片设置命令,初始化命令字ICW3（续2）,主片请求：与非级联一致。,从片请求：与非级联一致，但其INT送到主片，服从主片的请求规则。,级联方式的中断请求及响应过程,D0：用于8位(0)/16位(1)微机；D1：非中断自动结束(0)/自动结束(1)方式；从片非自动结束时，主、从片均需发EOI命令。D2：缓冲方式(D3=1)时的主从片级联位置设置，从片(0)/主片(1)；D3：非缓冲(0)/缓冲(1)方式；D4
10、：全嵌套(0)/特殊全嵌套(1)方式。,初始化命令字ICW4,特殊完全嵌套、缓冲方式、中断结束方式设置命令,初始化过程,操作命令字OCW1,通常中断屏蔽设置,特征位：D4D3=00；,功能：结束方式和优先权轮转管理；,结束方式管理：,D6D5=01，非自动不指定；D6D5=11，非自动指定。,优先权管理：,D7=0，优先权固定；D7=1，优先权轮转。,操作命令字OCW2,操作命令字OCW3,设置方法：,用OCW1屏蔽部分IR含自己，用OCW3置SMM即可。,取消方法：,用OCW3取消特定屏蔽，用OCW1取消被屏蔽的IR。,特定屏蔽管理,需先设定OCW3的D2位（P）为1。I=0，无中断请求；I
11、=1，有中断请求。W2W0，正在申请中断的若干中断源中优先级最高的中断源的编码。,查询命令字格式,读IMR、ISR、IRR,IMR：直接读奇地址ISR和IRR：能过预设OCW3的D0，D1后读偶地址,应用(早期PC，单片),应用(PC微机，双片级联),主片的初始化,INTM00EQU 020H;主8259A端口0INTM01EQU021H;主8259A端口1MOVAL,00010001B;ICW1:边沿触发,要ICW4;级联方式,要ICW3.OUTINTM00,ALJMPSHORT$+2;I/O端口延时MOVAL,00001000B;ICW2:设置主片的中断向量,起始的中断向量为08HOUTI
12、NTM01,ALJMPSHORT$+2MOVAL,00000100B;ICW3:表示从8259A的INT输出是连接到主片的IR2.OUTINTM01,ALJMPSHORT$+2MOVAL,00010001B;ICW4:非总线缓冲,特殊全嵌套,非自动EOIOUTINTM01,ALJMPSHORT$+2,从片的初始化,INTS00EQU 0A0H;从8259A端口0INTS01EQU0A1H;从8259A端口1MOVAL,00010001B;ICW1边沿触发，要ICW4;级联方式，要ICW3.OUTINTS00,ALJMPSHORT$+2MOVAL,01110000B;ICW2:设置从片的中断向量
13、,起始的中断向量为70HOUTINTS01,ALJMPSHORT$+2MOVAL,00000010B;ICW3:设置从片的识别标志,指定对应主片的IR2.OUTINTS01,ALJMPSHORT$+2MOVAL,00000001B;ICW4:非总线缓冲,全嵌套,非自动中断结束.OUTINTS01,ALJMPSHORT$+2,中断编程的注意点,1.使用正确的中断号,2.中断服务程序入口的正确设置,3.避免中断程序中DOS重入,4.中断程序执行时间的正确估计,5.中断的打开与关闭,6.中断结束处理及返回,某系统需要最多20个非共享的中断请求输入端，问下列8259级联拓扑图哪个是正确的，不正确的请说明原因。,某系统使用一片8259A作为中断控制器，希望该控制器采用电平触发，起始中断类型号是16，总线缓冲方式，全嵌套，正常EOI。假如该芯片端口号是50H和51H，请编写该8259A的初始化程序。,课堂练习,
