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1、第6章 中断控制接口,教学重点 8088 CPU的中断系统 8259A的中断工作过程和工作方式 中断服务程序的编写,6.1中断的定义,CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(称为中断服务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。,中断源,引起CPU中断的事件中断源。例如：外设请求输入输出数据，报告故障等事件掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时时间到等中断源分为：外部中断、内部中断内部中断：CPU内部执行程序时自身产生的中断外部中断：CPU以外的设备、部件产生
2、的中断 8086/8088的外部中断信号：INTR、NMIINTR可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控制。IF=1时，执行完当前指令后CPU对它作出响应。NMI非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU都要响应此中断请求信号。,为何计算机中要引入中断？,提高数据传输率；避免了CPU不断检测外设状态的过程，提高了CPU的利用率。实现对特殊事件的实时响应。,中断过程,五个步骤：中断请求中断判优(有时还要进行中断源识别)中断响应中断服务中断返回以下以外部中断为主介绍这五个步骤。,1）中断请求,外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到CPU的INTR或NMI引脚；中断请求信号：边沿请求，电平请求
3、例如，NMI为边沿请求，INTR为电平请求中断请求信号应保持到中断被处理为止；CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。在8086/8088系统中，外设的中断要经过8259A可编程中断控制器(PIC)的排队判优后向CPU发出：(I/O接口)PIC CPU,2.1）中断源识别,计算机中的中断源有很多，CPU必须识别是哪一个设备产生中断。识别中断源有两个方法：软件查询。将中断信号从数据总线读入，用程序进行判别。中断矢量法。由中断源提供中断类型号，CPU根据类型确定中断源。（8086/8088即采用此种方法）,中断查询接口,2.2）中断判优,多个中断源产生中断，CPU首先为谁服务？中断优先级排队问题
4、。中断优先级控制要处理两种情况：对同时产生的中断：应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处理；对非同时产生的中断：低优先级别的中断处理程序允许被高优先级别的中断源所中断即允许中断嵌套。中断优先级的控制方法硬件判优链式判优、并行判优（中断向量法）软件判优顺序查询中断请求，先查询的先服务（即先查询的优先级别高）通常将中断判优与中断源识别合并在一起进行处理。x86系统中，这项任务由PIC和CPU共同完成。,链式中断优先权排队电路,3）中断响应,在每条指令的最后一个时钟周期，CPU检测INTR或NMI信号。若以下条件成立，则CPU响应中断：当前指令执行完。对INTR，还应满
5、足以下条件当前指令是STI和IRET，则下条指令也要执行完。当前指令带有LOCK、REP等指令前缀时，则把它们看成一个整体，要求完整地执行完；对INTR，CPU应处于开中断状态，即IF=1；当前没有复位(RESET)和保持(HOLD)信号。若NMI和 INTR 同时发生，则首先响应NMI。,3）中断响应（续）,CPU中断响应时，要做下述三项工作：向中断源发出INTA中断响应信号；断点保护，包括CS、IP和PSW（FLAGS）。这主要是保证中断结束后能返回被中断的程序。获得中断服务程序首地址（入口）。如何得到中断处理程序的首地址？中断向量法常用,4）中断处理（中断服务）,中断服务子程序特点为”远
6、”过程（类型为FAR）要用IRET指令返回中断服务子程序要做的工作保护现场(PUSH regs)开中断(STI)进行中断处理 恢复现场(POP regs)中断返回(IRET),5）中断返回,执行中断返回指令IRETIRET指令将使CPU把堆栈内保存的断点信息弹出到IP、CS和FLAG中，保证被中断的程序从断点处能够继续往下执行。,IPL,IPH,CSL,CSH,FLAGL,FLAGH,SP,IPL,IPH,CSL,CSH,FLAGL,FLAGH,SP,IP,CS,FLAG,进入中断服务程序时,中断返回后,的中断系统,与中断有关的控制线为：NMI、INTR、INTA#8088系统的中断源内部中断
7、除法溢出：类型号0，商大于目的操作数所能表达的范围时产生。单步中断：类型号1，TF=1时产生（当前指令需执行完）断点中断：类型号3，这是一个软件中断，即INT 3指令。溢出中断：类型号4，这是一个软件中断，即INTO指令。软件中断：即INT n指令，类型号n(0-255)。外部中断非屏蔽中断NMI：类型号2，不可用软件屏蔽，CPU必须响应它。可屏蔽中断INTR：类型号由PIC提供。IF=1时CPU才能响应。,6.1.1 8088的中断类型,内部中断除法错中断指令中断溢出中断单步中断外部中断非屏蔽中断可屏蔽中断,中断源的识别,8088系统采用中断类型码来识别不同的中断源，每个中断源都有一个与它相
8、对应的中断类型码。溢出、断点、除法溢出、单步、非屏蔽中断的类型码为固定值软件中断的类型码由指令给出可屏蔽中断的类型码由PIC给出CPU响应INTR中断时，会产生两个中断响应总线周期，要求PIC在第2个中断响应总线周期把中断类型码放到数据总线上，供CPU读入。,6.1.3 8088的中断向量表,中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址）逻辑地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位）每个中断向量的低字是偏移地址、高字是段地址，需占用4个字节8088微处理器从物理地址000H开始，依次安排各个中断向量，向量号也从0开始256个中断占用1KB区域，就形成中断向量表,向量号为N的中断向量的物理地址N4,
9、返回,中断向量表的初始化,初始化将中断服务程序的入口地址放入向量表 例：中断类型码为48H的中断处理子程序的名字为int48h，编写程序段将该中断处理子程序的入口地址放入向量表。,中断向量表的初始化,CLI MOV AX，0 MOV DS，AX MOV SI，48H*4 MOV AX，OFFSET int48h MOV SI，AX MOV AX，SEG int48h MOV SI+2，AX STI,8086/8088 CPU的中断响应过程,内部中断响应过程 无INTA#周期中断类型码固定或由指令给出响应过程主要步骤：PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取中断向量送入I
10、P和CS,中断响应过程（续）,外部中断响应过程非屏蔽中断，与内部中断响应过程类似 可屏蔽中断 INTA#（1），PIC进行优先级排队判优处理 INTA#（2），PIC把中断类型码放到DB上，CPU读入 PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取中断向量送入IP和CS,与内部中断一样,7.1.2 8088的中断响应过程,查询中断的顺序，决定了各种中断源的优先权软件中断除法错中断指令中断溢出中断非屏蔽中断可屏蔽中断单步中断,7.1.2 8088的中断响应过程（续）,8088各种中断源的优先权，实际上是指被识别出来的先后多种中断同时请求时，最先响应的则可能是单步中断或NMI中断
11、,返回,7.2 内部中断服务程序,编写内部中断服务程序与编写子程序类似利用过程定义伪指令PROC/ENDP第1条指令通常为开中断指令STI最后用中断返回指令IRET通常采用寄存器传递参数主程序需要调用中断服务程序调用前，需要设置中断向量利用INT n指令调用中断服务程序,7.3 8259A中断控制器,Intel 8259A是可编程中断控制器PIC可用于管理Intel 8080/8085、8086/8088、80286/80386的可屏蔽中断8259A的基本功能一片8259A可以管理8级中断，可扩展至64级每一级中断都可单独被屏蔽或允许在中断响应周期，可提供相应的中断向量号8259A设计有多种工
12、作方式，可通过编程选择,7.3.1 8259A的内部结构和引脚,1.中断控制,中断请求寄存器IRR保存8条外界中断请求信号IR0IR7的请求状态Di位为1表示IRi引脚有中断请求；为0表示无请求中断服务寄存器ISR保存正在被8259A服务着的中断状态Di位为1表示IRi中断正在服务中；为0表示没有被服务中断屏蔽寄存器IMR保存对中断请求信号IR的屏蔽状态Di位为1表示IRi中断被屏蔽（禁止）；为0表示允许中断优先权判别电路 确定是否向CPU发出中断请求，中断响应时确定ISR的哪位应置位及把相应中断的类型码放到数据总线上,2.与处理器接口,3.中断级连,一个系统中，8259A可以级连，有一个主8
13、259A，若干个（最多8个）从8259A级连时，主8259A的三条级连线CAS0CAS2作为输出线，连至每个从8259A的CAS0CAS2每个从8259A的中断请求信号INT，连至主8259A的一个中断请求输入端IR主8259A的INT线连至CPU的中断请求输入端SP*/EN*在非缓冲方式下，规定该8259A是主片（SP*1）还是从片（SP*0）,动画,示例,7.3.2 8259A的中断过程,动画,7.3.3 8259A的工作方式,中断优先方式与中断嵌套,中断优先方式 两类优先级控制方式：固定优先级和循环优先级固定优先级方式所有中断请求IRi的中断优先级固定不变优先级排列顺序可编程改变加电后8
14、259A的默认方式，默认优先级顺序从高到低为IR0IR7,IR7,IR6,IR5,IR4,IR3,IR2,IR1,IR0,7,6,5,4,3,2,1,0,3,2,1,0,7,6,5,4,最低级,最高级,最高级,最低级,优先级,IR7,IR6,IR5,IR4,IR3,IR2,IR1,IR0,默认优先级,优先级可编程改变,中断优先方式与中断嵌套（续）,循环优先级方式 中断源轮流处于最高优先级，即自动中断优先级循环初始优先级顺序可用编程改变某中断请求IRi被处理后，其优先级别自动降为最低，原来比它低一级的中断上升为最高级,IR7,IR6,IR5,IR4,IR3,IR2,IR1,IR0,7,6,5,4
15、,3,2,1,0,2,1,0,7,6,5,4,3,最低级,最高级,最高级,最低级,ISR内容,IR7,IR6,IR5,IR4,IR3,IR2,IR1,IR0,IR4的服务结束以前,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,IR4的服务结束以后,ISRi,中断优先方式与中断嵌套（续）,中断嵌套方式在中断处理过程中允许被更高优先级的事件所中断称为中断嵌套。8259A有两种中断嵌套方式：普通全嵌套方式（默认方式）一中断正被处理时，只有更高优先级的事件可以打断当前的中断处理过程而被服务。特殊全嵌套方式 一中断正被处理时，允许同级或更高优先级的事件可以打断当前的中断处理过程而被服务
16、。注:特殊全嵌套仅用于多个8259A级连时的主8259A，而不能用于从属8259A或单8259A系统。,D.,主8259A,IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7,一般嵌套方式：从片的INT被主片封锁，故更高级别的IR0-IR2中断也无法得到响应,特殊嵌套方式：因主片不封锁从片的INT，故级别高的IR0-IR2中断可以得到响应。(但IR3-IR7仍被本从片封锁),C.,假定IR7发生中断,并获得服务,一般嵌套方式：IR4的中断被服务时，这些中断将被封锁。,B.,特殊嵌套方式：IR4的中断被服务时，只封锁IR5-IR7。,A.,INT,E.,从8259A,INT,IR0IR1IR2IR
17、3IR4IR5IR6IR7,一般全嵌套方式与特殊全嵌套方式的区别,去CPU,中断结束处理方式,当某一IRi中断被服务时，ISR中的相应位ISRi=1。当服务结束后，则必须清零该ISRi位。使ISRi=0是通过向8259A发出中断结束命令（EOI命令）实现的。三种EOI命令自动EOI（AEOI）（自动EOI方式）非指定EOI（NSEOI）（正常EOI方式）指定EOI（SEOI）（特殊EOI方式）,AEOI：在第2个INTA#结束时，由8259A使ISRi自动复位；因不保留当前正在服务的中断的状态，故AEOI不能用于中断嵌套方式SEOI：由CPU发出一条SEOI命令，该EOI命令中指出了所要复位的
18、ISR的位号。用于特殊屏蔽方式NSEOI：由CPU发出正常EOI命令，该EOI命令使ISRi=1的位中优先级最高的那一位复位。用于普通全嵌套方式,中断服务程序,向从PIC发EOI命令,读从PIC的ISR,全0？,向主PIC发EOI命令,Y,IRET,恢复现场,N,特殊全嵌套方式下的EOI处理只有当从PIC的中断全部处理完后，才能向主PIC发EOI命令,屏蔽中断源的方式,IMR屏蔽字决定了允许或禁止某位IRi所对应的中断：IMi=1 禁止，IMi=0 允许。特殊屏蔽方式：提供了允许较低优先级的中断能够得到响应的特殊手段。原理：假定当前正在处理IR6，先进入特殊屏蔽方式，然后设置IM6=1。这时，
19、除IR6外的所有中断请求均能得到响应。特殊屏蔽方式中只能用SEOI命令结束中断。,特殊屏蔽例：。；IR4中断处理程序CLIMOV AL，68H；OCW3：0 1 1 0 1 0 0 0OUT 0C0H，AL；设置特殊屏蔽方式IN AL，0C2H OR AL，10H；屏蔽IR4OUT 0C2H，AL STI。；IR7请求，响应，返回。CLI；为设命令字IN AL，0C2H；读出屏蔽字AND AL，0EFH；清除IMR4OUT 0C2H，ALMOV AL，48H；OCW3：0 1 0 0 1 0 0 0OUT 0C0H，AL；取消特殊屏蔽STI。；继续IR4中断服务MOV AL，20H；OCW2：
20、0 0 1 0 0 0 0 0(EOI)OUT 0C0，ALIRET,中断触发方式,边沿触发IRi出现上升沿表示有中断请求 电平触发IRi出现高电平表示有中断请求在第1个INTA#结束前，IRi必须保持高电平,级联工作方式,单片8259A可支持8个中断源；采用多片8259A级连，可最多支持64个中断源。n片8259A可支持7n+1个中断源；级连时只能有一片8259A为主片，其余的均为从属片；涉及到的8259A引脚包括：CAS0-CAS2SP#/EN#IRiINT,级连电路连接方法,6.5.4 8259A的编程使用,8259A的控制命令分为初始化命令字ICWICW1ICW4向8259A写入ICW
21、的过程称为初始化编程操作命令字OCW OCW1OCW3向8259A写入OCW的过程称为操作方式编程,8259A内部寄存器的寻址方法,需要CS#、A0、RD#、WR#和D4、D3的配合内部寄存器的访问方法如下表：,8259A的初始化顺序,8259的初始化流程如图注意次序不可颠倒,写ICW1,写ICW2,级连？,写ICW3,需ICW4?,写ICW4,N,N,Y,Y,8259A的控制命令字,初始化8259A必须从ICW1开始写ICW1意味着重新初始化8259A写入ICW1后，8259A的状态如下：清除ISR和IMR(全0)；将中断优先级设成初始状态：IR0最高，IR7最低；设定为一般屏蔽方式；采用非
22、自动中断结束方式；状态读出逻辑预置为读IRR。,ICW1初始化字,LTIM:触发方式=1 高电平触发=0 上升沿触发SNGL:级连控制=1 单片=0 级连IC4:ICW4控制=1 要写ICW4=0 不写ICW4（默认ICW4为全0）,A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 x x x 1 LTIM x SNGL IC4,ICW2中断向量码,T7T3:中断向量码的高5位T2T0:最低3位为中断源的序号IRn000111分别对应IR0IR7由8259A根据中断源的序号自动填入 例如：若ICW2命令字为48H，则IR0的中断向量码为48H，IR7的中断向量码为4FH，等等。,A0 D
23、7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 T7 T6 T5 T4 T3 x x x,ICW3级连控制字,主片的级联控制字 Si=1 对应IRi线上连接了从片,A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0,从片的级联控制字 ID2ID0 标识码，说明本从片连接到主片的哪个IR引脚上。000111分别对应IR0IR7。,A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 0 0 ID2 ID1 ID0,ICW3级连控制字（续）,ICW3必须与主从片的连接关系一致：例如，主片的IR4与从片的INT线连接，则主片的ICW3
24、=10H，从片的ICW3=04H。中断响应时，主片通过级连线CAS2-CAS0送出被允许中断的从片标识码，各从片用自己的ICW3与CAS2-CAS0比较，二者一致的从片才可发送中断向量码。,ICW4中断结束方式字,SFNM:特殊全嵌套1 特殊全嵌套方式0 一般全嵌套方式AEOI:自动EOI1 自动EOI方式0 非自动EOI方式,A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 SFNMBUF M/S AEOI 1,BUF:缓冲方式 M/S:主/从缓冲选择BUF M/S 1 1 缓冲方式/主PIC 1 0 缓冲方式/从PIC 0 x 非缓冲方式/正常,8259A的操作命令字OC
25、W,OCW用于设置8259的工作状态在初始化后写入OCW的写入顺序可任意写入地址要求：OCW1必须写入奇地址端口(A0=1)OCW2，OCW3必须写入偶地址端口(A0=0),OCW1中断屏蔽字,Mi=1 中断请求线IRi被屏蔽(不允许中断)=0 允许该IRi中断 OCW1将写入IMR寄存器。A0=1时读OCW1可读出设置的IMR内容。,A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0,OCW2中断结束和优先级循环,L2L0:优先级编码R:优先级自动循环SL:指定优先级EOI:结束中断命令 R SL EOI 0 0 1 非指定EOI 命令(N
26、SEOI)，全嵌套方式 0 1 1 指定EOI 命令(SEOI)，全嵌套方式，按L2-L0编码复位ISR 1 0 1 NSEOI 命令，优先级自动循环 1 0 0 自动EOI，设置优先级自动循环 0 0 0 自动EOI，取消优先级自动循环(固定优先级)1 1 1 SEOI 命令，按L2-L0编码循环优先级(L2-L0设为最低优先级)1 1 0 按L2-L0编码循环优先级(L2-L0设为最低优先级),A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 R SL EOI 0 0 L2 L1 L0,OCW3屏蔽方式和读出控制字,ESMM:允许使能特殊屏蔽方式SMM:特殊屏蔽方式ESMM SMM1
27、 1 特殊屏蔽方式置位1 0 特殊屏蔽方式复位0 x 非特殊屏蔽方式P(Polling):=1 查询方式=0 非查询方式,A0 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 ESMM SMM 0 1 P RR RIS,RR:读寄存器RIS:ISR/IRR选择RR RIS1 1 读ISR1 0 读IRR0 x 无效,OCW3（续）,查询方式允许8259A不工作于中断方式，而是以查询方式工作。CPU先写一个D2=1的OCW3，再对同一地址读入，即可得到如下状态字节：I x x x x R2 R1 R0 I=1表示有中断请求，中断请求号为R2-R0 此查询步骤可反复执行，以响应多个同时发生
28、的中断。读IRR/ISR：写入此命令后，随后再对同一地址读，即可得到IRR或ISR的内容。,8259A编程举例,按以下要求初始化8259A：接口地址为20H和21H；中断为上升沿触发；单片8259A；不写ICW4；与IR0-IR3对应的中断向量码为08H-0BH；IR4-IR7不使用。根据要求，各初始化参数及工作参数如下：ICW1=00010010=12HICW2=08H 中断向量码 OCW1=11110000=0F0H 中断屏蔽字,8259A编程举例（续）,初始化程序如下：INIT8259A：MOVDX，20H；A0=0，写ICW1MOVAL，12H；上升沿触发，单片，不写ICW4OUTDX
29、，ALMOVDX，21H；A0=1，写ICW2，OCW1MOVAL，08H；ICW2OUTDX，ALMOVAL，0F0H；OCW1：屏蔽IR4-IR7OUTDX，AL,6.4.5 PC机中断程序设计,1）主程序保存原中断向量设置自己的中断向量初始化堆栈指针设置8259A的中断屏蔽字（其他的已由操作系统设置）STI2）中断服务程序保存所用到的寄存器内容中断服务程序主体恢复进入时保存的寄存器内容发EOI命令（必要时可提前）STI（必要时可提前）IRET,中断程序举例,PC机中主8259A的I/O地址为20H和21H，中断向量码为08H；中断请求从IR6引入，故中断类型号为0EH；主程序如下：;保存
30、原来的中断向量movah，35hmoval，0eh；中断类型码int21h；取原中断向量（在es:bx中）movsave_ip，bx；保存原来的中断向量movsave_cs，es,;设置自己的中断向量pushdsmovdx，offset my_intmovax，seg my_intmovds，ax；DS:DX的内容为my_int的首地址movah，25hmoval，0ehint21h；设置自己的中断向量popds;初始化堆栈指针movsp，my_stack_top;设置8259A的中断屏蔽字inal，21handal，10111111b；开放IR6中断out21h，alsti,子程序如下：my_int proc farpusha popamoval，20h；EOI命令，00100000B out20h，al；写OCW2stiiretmy_int endp,返回,8088的中断向量表,返回,8259级联工作示意图,返回,8259级联工作示意图,返回,8259A芯片的初始化流程,返回,8087中断请求RAM奇偶错I/O通道检查错,NMI屏蔽寄存器屏蔽位,8253定时器键盘未用异步通信卡（辅）异步通信卡（主）硬盘软盘并行打印机,NMI,INTR,01234567,优先级,8088CPU,8259A,I/O通道,返回,
