微机原理与接口技术 第02章 中断

第2章中断2.1中断系统概述2.28086/8088的中断系统2.3IBMPC的BIOS调用及DOS功能调用2.1中断系统概述2.1.1中断系统相关概念1，CPU与外设间的数据传送方式（1）无条件I/O方式；（2）查询I/O方式；（3）中断I/O方式；（4）DMA（直接存储器存取）方式。（1）无条件传送当外设的数据传送是定时的，且时间已知的情况下，CPU定时取入数据，而当CPU去取数据时，数据肯定已准备好；或CPU定时发送数据，外设肯定已准备好接收数据，这时采用无条件传送。无条件传送是最简单的数据传送方式。（2）查询传送方式在外设比CPU工作速度低得多的情况下，在输入时，CPU要查询外设是否就绪（准备好输入数据），若就绪，才能读入数据；在输出时，则不断查询外设是否空闲（准备好接收数据），若空闲，则CPU输出一个数据。例如，从外部设备端口输入并存入内存一组数据，设SR为状态寄存器，其第7位为就绪位，DR为数据寄存器，则程序段如下：MOVCX，0050HMOVBX，0200HWAIT：INAL，SRTESTAL，80HJZWAITINAL，DRMOV[BX]，ALINCBXLOOPWAIT（3）中断传送所谓中断传送方式就是，当CPU与外设交换数据时，无须连续不断地查询外设的状态，而是在需要时，由外设主动地向CPU提出请求，让CPU为其服务。在输入时，当外设数据就绪时，外设向CPU提出中断请求，CPU接到该请求后，暂停当前程序的执行，转去执行相应的中断服务程序，完成所需的数据输入，然后再返回去执行原来中断了的程序；在输出时，当外设空闲时，外设向CPU提出中断请求，CPU接到该请求后，暂停当前程序的执行，转去执行相应的中断服务程序，完成所需的数据输出，然后再返回去执行原来中断了的程序。采用中断传送方式，可以大大提高系统的输入输出效率，节省大量的CPU时间。2，中断：当CPU正在执行某程序时，由于外界事件的需要向CPU发出申请，CPU暂停现行程序的执行而转去处理临时发生的事件，处理完后再返回到被中断程序的断点处，继续向下执行，这个过程称为中断。在中断过程中执行的事件处理程序称为中断服务程序。（1）一般的输入输出设备。如键盘、打印机、通信接口等。（2）数据通道中断源。如磁盘。（3）实时时钟。（4）故障源。（5）为调试程序而设置的中断源。3，中断源I/O设备或者事件需要CPU中断处理时，必须向CPU发出中断请求信号。该信号作为CPU的输入，当CPU收到该信号时，可引起中断。引起中断的原因，或者说发出中断请求信号的源称为中断源。通常，中断源有以下几种：2.1.2中断系统的功能（1）实现中断与返回（2）能实现优先级排队（3）能实现中断嵌套2.1.3中断响应1.CPU响应中断的条件（1）有中断请求信号。（2）中断请求没有被屏蔽。（3）CPU的中断是开放的。（4）CPU在现行指令执行完毕时，响应中断。（1）关中断。（2）保存断点。（3）保护现场。（4）给出中断服务程序入口，并转入该服务程序。（5）恢复现场。（6）从中断返回。2.中断响应时及中断响应期间CPU应做的工作2.1.4中断向量表以8086中断向量表为例，后续2.28086/8088的中断系统256项中断中–前5项为系统所用类型0：除法错误中断类型1：单步中断（TF=1）类型2：NMI类型3：INT3指令类型4：溢出中断–保留27项以备将来扩充（类型5~~类型31）–余下的224项用户可以使用2.2.18086/8088的中断系统分类非屏蔽中断请求中断逻辑INTn（指令）INTO（指令）除法错误单步中断（TF=1）8259APIC可屛蔽中断请求NMIINTR1.内部中断（1）方式0——除法错中断（2）方式1——单步中断（3）方式3——断点中断（4）方式4——溢出中断（5）用户定义的软件中断：利用INT指令产生的。所有的内部中断都具有下述特点：1）中断向量码或者包含在指令中，或者是预定的；2）除单步中断外，内部中断都无法禁止；3）除单步中断外，任何内部中断的优先级都比任何外部中断的高。2.外部中断8086/8088CPU有两种外部中断请求输入，即非屏蔽中断请求输入和可屏蔽中断请求输入。用户不能禁止的中断称为非屏蔽中断，这种中断一旦出现，CPU必须立即响应，所以非屏蔽中断总是用于处理紧急事件。用户能控制的中断称为可屏蔽中断，用户可通过软件禁止可屏蔽中断的中断源发中断请求信号，或者关闭中断而对发出的请求不作响应。可屏蔽中断受8259A中断控制器控制可屏蔽中断受IF控制位的控制IF=1时，外部中断请求可被CPU接受；IF=0时，外部中断请求被阻止可屏蔽中断具体内容见下章表8.1中断优先级中断优先级除法错、INTnn、INTO最高NMIINTR单步中断最低2.2.2中断指令1.INT中断指令指令汇编格式：INTn操作SP←SP－2，（SP，SP+1）←FIF←0，TF←0SP←SP－2，（SP，SP+1）←CS；保存被中断程序的段地址部分SP←SP－2，（SP，SP+1）←IP；保存被中断程序的偏移地址部分CS←（n*4+2，n*4+3）；中断向量的段地址部分IP←（n*4，n*4+1）；中断向量的偏移地址部分受影响的标志位：IF，TF说明：n称为中断类型号，必须是0~255之间的立即数。2.INTO溢出中断指令（略）指令汇编格式：INTO操作：如果OF=1，则产生一个中断类型为4的软件中断；否则，不产生任何操作。即：如果OF=1，则SP←SP－2，（SP，SP+1）←FIF←0，TF←0SP←SP－2，（SP，SP+1）←CSSP←SP－2，（SP，SP+1）←IPCS←（4*4+2，4*4+3）IP←（4*4，4*4+1）受影响的标志位：IF，TF说明：INTO指令一般用在算术运算指令后面，在有溢出的情况下，启动一个溢出中断服务程序。3.IRET中断返回指令指令汇编格式：IRET操作：IP←（SP，SP+1），SP←SP+2CS←（SP，SP+1），SP←SP+2F←（SP，SP+1），SP←SP+2受影响的标志位：所有状态标志位。说明：IRET指令是任何中断服务程序的最后一条要执行的指令，它使CPU从中断服务程序返回被中断程序的断点处继续执行。2.2.3中断向量设计8086/8088能处理256种不同方式的中断，每种中断都要求一个方式码，供cpu识别，然后转至相应的中断服务程序？？8086通过何种方式获得各个中断的中断号系统所用的5钟中断（方式0~方式4），其中断号固定。软件中断（INTn），其中断号包含在该指令编码中硬件中断，其中断号由中断控制器8259A向CPU提供2.2.3中断向量设计？？如何根据中断方式码转至相应的中断服务程序中断向量：中断处理程序的入口地址中断向量表：8086/8088中断系统把所有（256种）中断处理程序的入口地址集中存放在存储器的起始区域，这个区域就形成了中断处理程序入口地址表，该表称为中断向量表8086/8088在其内存的前1K字节（地址为00000H~003FFH）建立了一个中断向量表。表中内容分为256项，对应于类型号0~255，其结构如下：类型0的中断服务程序入口地址类型1的中断服务程序入口地址类型2的中断服务程序入口地址：：类型255的中断服务程序入口地址00000H00003H003FCH003FFH00008H0000BH00004H00007H0000CH003FBH每一个中断向量占用4个字节单元，用来存放相应类型的中断服务程序的入口地址–高两个字节存放服务程序的入口地址的段地址部分–低两个字节存放入口地址的偏移地址部分。Cpu将中断向量码乘以4就可以得到存放相应中断向量的地址–将该地址中的内容（即中断向量）读出就可转到相应的中断服务程序–将低2字节的内容读出送到IP中–将高2字节的内容读出送到CS中24中断向量：中断服务程序的入口地址。每个入口地址由4B组成，高地址存放段基址，低地址存放偏移量。中断向量表：存放256种中断的中断向量(256×4=1KB)。在内存的0～3FFH单元。中断类型码n与中断向量：中断类型码n×4的连续4B为中断类型n的中断服务程序入口地址。25例1：若中断类型号为3，则由中断类型号取得中断服务入口地址的过程如下图所示：00000H00001H0000CH(0000:000CH)1EA00H(1E00:0A00H)FFFFFH低地址内存高地址1E000H+0A00H1EA00H中断类型号3×4＝000CH00000H00001H0000CH(0000:000CH)1EA00H(1E00:0A00H)FFFFFH低地址内存高地址中断服务程序…....1E(CSH)00(CSL)0A(IPH)00(IPL)…….中断操作步骤（教材P143）–获取中断号–计算中断向量地址–取中断向量，并把中断服务程序的入口的偏移地址送入IP,段地址送入CS–转入中断服务程序并执行–中断返回，返回到断点处以上五步骤是8086处理中断的流程，为使用户自己编写的中断服务程序能够正确执行，必须把路径（主要是中断向量表）铺垫完毕中断向量设计中断向量的置换：用户可以利用保留的中断类型号扩充自己需要的中断功能，对新增加的中断功能要在中断向量表中建立相应的中断向量。中断向量的置换通常有两种方法使用传送指令编写程序段利用DOS功能调用存取中断向量使用传送指令编写程序段设置中断向量例：中断类型码＝4AH，中断程序名为INTHAND，设置中断向量MOVAX,0MOVES,AX；设置附加段地址，让附加段从0地址处开始MOVBX,4AH*4；取得中断向量的存放地址MOVAX，ES：WORDPTR[BX]PUSHAX；保存原中断向量的偏移地址MOVAX，ES：WORDPTR[BX+2]PUSHAX；保存原中断向量的段地址MOVAX,OFFSETINTHANDMOVES:WORDPTR[BX],AXMOVAX,SEGINTHANDMOVES:WORDPTR[BX+2],AX…INTHAND:…IRETINTHANDPROC利用DOS功能调用存取中断向量–设置中断向量利用DOS提供的25H系统功能调用来设置中断向量。入口参数：AL=中断向量号AH=25HDS=中断处理程序入口地址的段基值DX=中断处理程序入口地址的偏移量执行INT21H–获取中断向量利用DOS提供的35H系统功能调用来获取中断向量。入口参数：AL=中断向量号AH=35H执行INT21H出口参数：ES=中断处理程序入口地址的段基值BX=中断处理程序入口地址的偏移量利用DOS功能调用存取中断向量（续）……MOVAL,N；N为中断类型号MOVAH,35H；35H为子功能号INT21H；取出中断类型N的老PUSHES；保护原中断处理程序的段基值PUSHBX；保护原中断处理程序的偏移量PUSHDSMOVAX,SEGINTHAND；段基值送DSMOVDS,AX；MOVDX,OFFSETINTHAND；偏移量送DXMOVAL,N；中断类型号N送ALMOVAH,25H；子功能号25H送AHINT21H；入口地址INTHAND写入中断向量表中……2.2.4软件中断服务程序设计软件中断服务程序设计两部分–主程序设计–中断处理程序设计例：用软件中断的方式完成字符串显示，要求中断号为40HDSEGSEGMENTMSGDB'Thebellisring!',0DH,0AH,'$'DSEGENDSCSEGSEGMENTASSUMECS:CSEG,DS:DSEG,ES:DSEGSTART:MOVAX,DSEGMOVDS,AXPUSHDS;调用dos功能设置中断向量时，会改变DS的值，所以先保存起来MOVDX,OFFSETRINGMOVAX,SEGRINGMOVDS,AXMOVAL,40H；中断号为40HMOVAH,25HINT21H;设置中断向量POPDSINT040H；调用中断服务程序MOVAH,4CHINT21H;...............RINGPROCNEA