第7章中断系统和中断控制器8259A.

∧∧微机原理及应用∨∨第7章中断系统和中断控制器8259A7.1中断的基本概念•中断：是指CPU在正常运行程序时，由于内部或外部事件引起CPU暂时中止执行现行程序，转去执行请求CPU为其服务的那个外设或事件的服务程序，待该服务程序执行完后又返回到被中止的程序这样一个过程。•中断源：能发出中断申请的外设或引起中断的原因。∧∧微机原理及应用∨∨中断源●引起中断的事件称为中断源，通常中断源有以下几种：(1)输入、输出设备:如键盘、显示器和打印机等;(2)数据通道:如磁带等;(3)实时控制过程中的各种参数;(4)故障源:如掉电保护等;(5)控制系统的现场测试信号以及软件中断。●为了满足上述各种条件下的要求,中断系统应具有以下功能1.能实现中断响应、中断服务和中断返回2.能实现中断优先级排队3.能实现中断嵌套∧∧微机原理及应用∨∨•中断技术的优点：并行操作：指CPU和多个外设并行操作。分时操作：指CPU可分时执行多个用户程序和多道作业。实现实时处理、故障处理。基本功能调用：通过软件中断可实现DOS功能调用和基本BIOS调用。提高了CPU的利用效率。∧∧微机原理及应用∨∨中断处理过程1.中断过程●对于不同的微机系统，CPU中断处理的具体过程不尽相同，但是一个完整的中断基本过程应包括五个基本过程：7.1.2中断请求中断判优中断响应中断处理中断返回产生中断信号。来至于中断指令或CPU引脚。每个中断接口电路有一个中断请求触发器和中断屏蔽触发器。确定有中断请求且优先级最高的那个中断源。CPU响应进入中断周期，自动完成下列工作：关中断；保护断点；保护现场；形成中断服务程序入口地址中断服务就是CPU执行中断服务程序过程。中断服务程序结构如图保护现场开中断中断处理关中断恢复现场中断返回弹出断点，返回主程序。∧∧微机原理及应用∨∨（1）软件查询方式●软件查询优先方式是最简单的中断优先处理方式。图6.5显示了采用软件查询方式的接口电路。7.1.3中断优先权软件查询方式流程图保留现场A申请服务?B申请服务?C申请服务?恢复现场外设A中断服务程序外设B中断服务程序外设C中断服务程序YYYNNN∧∧微机原理及应用∨∨（2）硬件优先权排队电路①简单硬件方式——中断优先权编码链法或链式优先权排队电路。中断优先权编码电路主要由硬件编码器和比较器组成。由编码器送出优先权最高的编码，由此编码获得相应的中断服务程序入口地址。由比较器判别只有比当前优先权高的中断请求才能送到CPU引脚。链式优先权排队电路由硬件逻辑电路代替查询程序。各中断源通过一个特定的信号串行连接成链。无中断请求时，该信号可串行通过；链中某个中断源由中断请求，CPU响应后，该信号在中断源出截止，只有该中断源前的中断源可以打断CPU的服务程序。即：排在最前面的中断源为优先权最高的，排在最后面的为优先权最低。∧∧微机原理及应用∨∨②专用硬件方式——可编程的中断控制器。采用可编程中断控制器，是当前微型计算机系统中解决中断优先权管理的常用办法。如8259A，它具有8个优先权控制，级联后可扩展至64级优先权控制，且每级中断都可设置为允许或屏蔽。∧∧微机原理及应用∨∨8086/8088的中断系统1.中断分类●8086/8088CPU可以处理256种类型的中断源，这些中断源可分为外部(硬件)中断和内部(软件)中断两大类。内部中断：由执行指令引起外部中断：由CPU得引脚线INTR、NMI引起。2.中断向量表●在8086系统中，允许引入256种类型中断源（类型码为0～255），相应有256个中断服务程序首址。存放中断地址的一段内存空间称中断向量表。7.2∧∧微机原理及应用∨∨7.2.1中断指令1、中断指令格式：INTn或INT;n=0~255,为中断类型码分别为;双/单字节指令指令的操作：(SP)←(SP)-2,((SP+1),(SP))←(FR)(IF)←0,(TF)←0(SP)←(SP)-2,((SP+1),(SP))←(CS)(SP)←(SP)-2,((SP+1),(SP))←(IP)(IP)←(n×4)(CS)←(n×4+2)∧∧微机原理及应用∨∨7.2.1中断指令2、溢出中断指令格式：INTO;单字节指令操作同INTn,n=4.用于代符号数加减后溢出产生的中断.通常放在一条算术运算指令后面.∧∧微机原理及应用∨∨7.2.1中断指令3、中断返回指令格式：IRET指令的操作：(IP)←((SP+1),(SP)(SP)←(SP)+2(CS)←((SP+1),(SP)(SP)←(SP)+2(FR)←((SP+1),(SP)(SP)←(SP)+2注意入栈和出栈的顺序!!IPCSFR高低∧∧微机原理及应用∨∨7.2.2中断分类∧∧微机原理及应用∨∨●8086/8088中的各种中断的响应和处理过程是不相同的。主要区别在于如何获取相应的中断类型码。内部中断●对于专用中断，中断类型码是自动形成的。几种类型码为：类型0、1、3、4●对于INTn指令，其类型码为指令中给定的n。除法错误：除数为0或商超过寄存器表达范围。单步中断：TF＝1，自动产生单步中断。一般用在调试程序中。断点中断：与单步中断类似。用在调试程序中。溢出中断：OF为1时，执行INTO进入。溢出中断：OF为1时，执行INTO进入。∧∧微机原理及应用∨∨1.NMI●CPU采样NMI引脚的中断请求时，自动提供中断类型号2，然后根据中断类型号，查找中断向量表指针，其后的处理与内部中断一样。NMI上的请求信号有效宽度要大于2个时钟周期.●8086/8088CPU为外部设备提供了两条硬件中断信号线，即NMI和INTR中断请求信号。外部中断——硬中断2.INTR●IF=1时,INTR引脚上由中断请求信号,CPU响应,从而进入中断响应周期。●STI,开中断,CLI,关中断.∧∧微机原理及应用∨∨8086系统内存地址的一些专用区域●0000~003FFH1KB空间用于存放中断向量表，可存放256个中断服务程序的入口地址，每个地址占4字节。●B0000~B0FFFH4KB为单色显示器显示缓冲区，存放屏幕当前显示字符的ASCII码。●B8000~BBFFFH16KB为彩色显示器显示缓冲区，存放屏幕当前像素代码。●FFFF0H启动地址。一般用来存放一条无条件转移指令，转到系统初始化程序。∧∧微机原理及应用∨∨7.2.3中断向量表中断服务程序的入口地址,用两个字节表示.低字为入口的偏移地址,高字为入口的断基址.中断处理服务程序IRET0：12F0：12E0：12D类型4BH中断向量0：12CF0H0：12B00H0：12A18H0：129IP=1806HCS=F000HF000：180606H0：1280：127向量地址：4AH*4=128H0：1260：125类型49H中断向量0：124MOVAL，30单元内容地址INT4AH中断向量表类型FFH中断处理程序入口地址003FFH…………………………………………00008H类型1中断处理程序入口地址00004H00001H类型0中断处理程序入口地址00000H单元内容物理地址∧∧微机原理及应用∨∨已知中断向量表如下：¦________0004CH¦59H¦________0004DH¦ECH¦________0004EH¦00H¦________0004FH¦F0H¦________¦A.中断类型号是多少？B.中断服务程序的入口地址是多少？----------------------------------------------------4c/4=13h13h-f000:ec59例:思考:某中断源的中断类型码为2AH，该中断源的中断服务入口地址为2000H：FF23H，试画出中断向量表图∧∧微机原理及应用∨∨7.3中断控制器8259AIntel8259A是一种可编程的中断控制器（PIC），有如下功能：可为CPU管理和处理8个中断源电路的中断，并对它们进行优先级管理。可与其它8个8259A芯片组成主从式中断系统，实现64级中断源控制。优先级方式在执行程序时可动态改变，有多种中断管理方式。每一中断源中断都可以屏蔽或允许，可通过编程选择。能自动送出中断类型号，使CPU方便的找到中断服务程序的入口地址。允许中断嵌套。7.3.18259A的主要功能∧∧微机原理及应用∨∨7.3.28259A的结构及引脚一、8259A的引脚芯片采用双列直插式28引脚封装，各引脚的信号功能如图所示∧∧微机原理及应用∨∨二、8259A内部功能结构∧∧微机原理及应用∨∨1、中断请求寄存器IRR用于锁存所有IRi引脚输入的中断请求信号。2、优先权判别器PR进行优先权管理。中断嵌套原则：高优先权中断可以打断低优先权中断；同级不能互相打断；低优先权不能打断高优先权中断。3、中断服务寄存器ISR用于记录已被中断响应的中断。4、中断屏蔽寄存器IMR用于存放中断的屏蔽信息，当IMR某位被置位，对应位的中断请求就被屏蔽。∧∧微机原理及应用∨∨5、数据总线缓冲器8259A与CPU之间的数据传输通道。6、读/写控制逻辑接受CPU的控制信号，完成规定的写入操作，读IRR、ISR和IMR。7、级联缓冲/比较器实现8259A级联。8、控制逻辑控制片内工作，根据IRR、IMR的内容和PR判断结果。向CPU发中断请求，接受CPU的中断相应信号。∧∧微机原理及应用∨∨8259A是28个引脚的双列直插芯片，其引脚如图所示。●D7～D0——双向三态数据线，它可直接与数据总线连接。●IR0～IR7——中断请求输入线，其中IR０优先权最高，IR7最低。●INT——中断请求输出，接CPU的中断请求线INTR。●INTA——中断响应输入，接受CPU发来的中断响应信号。8259A的引线（2）∧∧微机原理及应用∨∨●CS——片选信号线，当该脚为低电平时，8259A被选中。●WR——写控制信号线，当为低电平时，CPU向8259A写入控制信号。●RD——读控制信号线，当为低时，可将8259A内部寄存器的信息读至数据总线。●A0——用以选择8259A内部不同寄存器。通常与地址总线A0相连接。●CAS0～CAS2级连信号，对于主8259A，它们是输出线，而对于从8259A，它们是输入线。●SP/EN从程序/缓冲器允许信号，是一个双功能信号。∧∧微机原理及应用∨∨7.3.3、8259A的工作过程请求信号IRR锁存优先权判别器PR逻辑电路根据IMR判断IMR对应位为08259A的INT端为1优先权最高CPU的INTR端CPU响应中断IF＝18259AINTAISR相应位置1，IRR响应位清0，送中断类型码●若允许嵌套，PR依据ISR的状态，判断新的中断请求优先权是否高于正在服务的中断，是则送出INT＝1。●服务结束，8259A清除ISR响应位。∧∧微机原理及应用∨∨7.3.48259A的工作方式1、中断请求触发方式当IR3得到中断服务后（1）电平触发性质：IR7～IR0的中断申请端出现高电平，触发中断服务。特点：响应后，必须撤除申请，否则发生二次中断申请。（2）边沿触发性质：IR7～IR0的中断申请端出现低电平向高电平跳变时，触发中断服务特点：申请端一直保持高电平，不会误判。∧∧微机原理及应用∨∨7.3.48259A的工作方式2、屏蔽中断源方式：由8259A的内部屏蔽寄存器IMR决定。有一般屏蔽方式和特殊屏蔽方式两种。当IR3得到中断服务后（1）一般屏蔽方式性质：通过编程置操作命令字OCW1的相应位为1，则使对应中断源被屏蔽。为0，则使对应中断源不被屏蔽。用输出命令将OCW2写入IMR中实现。特点：使某些中断源可以申请服务，某些被屏蔽不能申请中断服务。（2）特殊屏蔽方式性质：通过编程置操作命令字OCW3的D6D5=11，进入工作方式。通过编程置操作命令字OCW3的D6D5=10，退出工作方式。特点：使某些优先权低的中断源可以申请服务，某些优先权低的中断源被屏蔽不能申请中断服务。∧∧微机原理及应用∨∨7.3.48259A的工作方式当IR3得到中断服务后3、中断优先权设置方式：（1）普通全嵌套方式（