第13章中斷系統(tǒng)

1、第 13 章 中斷系統(tǒng),,本章主要內(nèi)容,（1）中斷及中斷處理的基本概念（2）80x86實(shí)模式中斷系統(tǒng)（3）可編程中斷控制器8259A,13.1 基本概念,13.1.1 中斷的定義在程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)外部、內(nèi)部或現(xiàn)行程序本身若出現(xiàn)緊急事件，處理器必須立即強(qiáng)行中止現(xiàn)行程序的運(yùn)行，改變機(jī)器的工作狀態(tài)并啟動(dòng)相應(yīng)的程序來(lái)處理這些事件，然后再恢復(fù)原來(lái)的程序運(yùn)行，這一過(guò)程稱為中斷。,13.1.2 中斷響應(yīng)和處理過(guò)程,CPU在執(zhí)行每條指

2、令的適當(dāng)時(shí)刻，檢測(cè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。若發(fā)現(xiàn)中斷請(qǐng)求信號(hào)有效，對(duì)于可屏蔽中斷還必須CPU開放中斷，則在下一機(jī)器周期進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。進(jìn)入中斷響應(yīng)周期后，中斷響應(yīng)和處理的過(guò)程如下：,,1. 關(guān)中斷CPU在響應(yīng)中斷時(shí)，發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)INTA，同時(shí)內(nèi)部自動(dòng)地關(guān)中斷，以禁止接受其他的中斷請(qǐng)求。2. 保存斷點(diǎn)把斷點(diǎn)處的指令指針I(yè)P值和CS值壓入堆棧，以使中斷處理完后能正確地返回主程序斷點(diǎn)。,,3. 識(shí)別中斷源CPU要對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行處理，必

3、須找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址，這就是中斷的識(shí)別。4. 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)為了不使中斷服務(wù)程序的運(yùn)行影響主程序的狀態(tài)，必須把斷點(diǎn)處有關(guān)寄存器(指在中斷服務(wù)程序中要使用的寄存器)的內(nèi)容以及標(biāo)志寄存器的狀態(tài)壓入堆棧保護(hù)。,,5. 執(zhí)行中斷服務(wù)程序在執(zhí)行中斷服務(wù)程序中，可在適當(dāng)時(shí)刻重新開放中斷，以便允許響應(yīng)較高優(yōu)先級(jí)的中斷。6. 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回即把中斷服務(wù)程序執(zhí)行前壓入堆棧的現(xiàn)場(chǎng)信息彈回原寄存器，然后執(zhí)行中斷返回指令，從而返回主程序繼續(xù)運(yùn)

4、行。,,在上述中斷響應(yīng)及處理的6項(xiàng)操作中，前3項(xiàng)是中斷響應(yīng)過(guò)程，一般由中斷系統(tǒng)硬件負(fù)責(zé)完成；后3項(xiàng)是中斷處理過(guò)程，通常是由用戶或系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)者編制的中斷處理程序(軟件)負(fù)責(zé)完成。針對(duì)一個(gè)具體的系統(tǒng)或機(jī)型，中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)者應(yīng)該清楚該系統(tǒng)在中斷響應(yīng)時(shí)，中斷響應(yīng)硬件完成了哪些操作（如程序狀態(tài)字PSW是否已被壓入堆棧），還需中斷處理軟件（中斷服務(wù)程序）完成哪些操作。,13.1.3 中斷優(yōu)先級(jí)和中斷嵌套,1. 中斷優(yōu)先級(jí)在實(shí)際系

5、統(tǒng)中，多個(gè)中斷請(qǐng)求可能同時(shí)出現(xiàn)，但中斷系統(tǒng)只能按一定的次序來(lái)響應(yīng)和處理，這時(shí)CPU必須確定服務(wù)的次序，即根據(jù)中斷源的重要性和實(shí)時(shí)性，照顧到操作系統(tǒng)處理的方便，對(duì)中斷源的響應(yīng)次序進(jìn)行確定。這個(gè)響應(yīng)次序稱為中斷優(yōu)先級(jí)（priority）。,,通常，可用軟件查詢法確定中斷優(yōu)先級(jí)，也可用硬件組成中斷優(yōu)先級(jí)編碼電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代PC機(jī)中多采用可編程中斷控制器（如8259A）來(lái)處理中斷優(yōu)先級(jí)問(wèn)題。（1） 軟件查尋法確定中斷優(yōu)先級(jí)采用軟件查詢法

6、解決中斷優(yōu)先級(jí)只需要少量硬件電路。如圖13.1所示，系統(tǒng)中有多種外部設(shè)備，將這些設(shè)備的中斷請(qǐng)求信號(hào)相“或”，從而產(chǎn)生一個(gè)總的中斷請(qǐng)求信號(hào)INTR發(fā)給CPU。,圖13.1 軟件查詢接口電路,,當(dāng)CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求進(jìn)入中斷處理程序后，必須在中斷處理程序的開始部分安排一段帶優(yōu)先級(jí)的查詢程序，查詢的先后順序就體現(xiàn)了不同設(shè)備的中斷優(yōu)先級(jí)，即先查的設(shè)備具有較高的優(yōu)先級(jí)，后查的設(shè)備具有較低的優(yōu)先級(jí)。 一般來(lái)說(shuō)總是先查速度較快或是實(shí)時(shí)性較高的設(shè)備。

7、 軟件查詢的流程如圖13.2所示。,圖13.2 軟件查詢流程圖,,(2) 菊花鏈優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路菊花鏈優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路是一種優(yōu)先級(jí)管理的簡(jiǎn)單硬件方案。它是在每個(gè)設(shè)備接口設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯電路，以便根據(jù)優(yōu)先級(jí)順序來(lái)傳遞或截留CPU發(fā)出的中斷響應(yīng)信號(hào)INTA，以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)中斷的優(yōu)先順序。典型的菊花鏈優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)如圖13.3(a) 所示。,圖13.3 菊花鏈優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)(a) 菊花鏈排隊(duì)電路,圖13.3 菊花鏈優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)(b) 菊花鏈邏輯,,

8、,,,,,,,,,,,,,,,,,,中斷請(qǐng)求信號(hào)(高電平有效),中斷響應(yīng)信號(hào)（低電平有效）,INTR,,2. 中斷嵌套當(dāng)CPU正在執(zhí)行優(yōu)先級(jí)較低的中斷服務(wù)程序時(shí)，允許響應(yīng)比它優(yōu)先級(jí)高的中斷請(qǐng)求，而將正在處理的中斷暫時(shí)掛起，這就是中斷嵌套。此時(shí)，CPU首先為級(jí)別高的中斷服務(wù)，待優(yōu)先級(jí)高的中斷服務(wù)結(jié)束后，再返回到剛才被中斷的較低的那一級(jí)，繼續(xù)為它進(jìn)行中斷服務(wù)。如圖13.4所示。,圖13.4 中斷嵌套示意圖,,,,,STI,,

9、,IRET,,,,,STI,,,IRET,,,,,....,....,....,,中斷嵌套的深度（中斷服務(wù)程序又被中斷的層次）受到堆棧容量的限制。所以在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)，必須要考慮有足夠的堆棧單元來(lái)保留多次中斷的斷點(diǎn)信息及有關(guān)寄存器的內(nèi)容。,13.2 80x86實(shí)模式的中斷系統(tǒng),13.2.1 中斷的分類中斷分類的方式很多。根據(jù)進(jìn)入中斷的方式可分為自愿中斷和強(qiáng)迫中斷。根據(jù)其重要性可分為可屏蔽中斷和不可屏蔽

10、中斷。根據(jù)中斷源的位置可分為內(nèi)部中斷和外部中斷等等。如圖13.5所示。,圖13.5 80x86實(shí)模式系統(tǒng)的中斷分類,INT n 指令,中 斷 邏 輯,斷點(diǎn)中斷（INT 3）,溢出中斷（INTO, OF=1）,單步中斷(TF=1）,除法錯(cuò)中斷,,,,,,,,,,軟件中斷（內(nèi)部中斷）,,非屏蔽中斷請(qǐng)求,,,,,,,中斷控制器（8259A）,,NMI,INTR,,,,,,,,,IRQ0,....,IRQ7,

11、,可 屏 蔽 中 斷,硬件中斷（外部中斷）,關(guān)于中斷分類的補(bǔ)充說(shuō)明,為了支持多任務(wù)和虛擬存儲(chǔ)器等功能，80386及以上CPU 把外部中斷稱為“中斷”（interrupt),把內(nèi)部中斷稱為“異?！保╡xception) 。與8086一樣，它也最多處理256種中斷和異常。根據(jù)引起異常的程序是否可被恢復(fù)和恢復(fù)點(diǎn)的不同，又把異常分為三類： 故障(fault) 陷阱(trap) 中止(abort) 把對(duì)應(yīng)的

12、異常處理程序分別稱為故障處理程序、陷阱處理程序和中止處理程序。,,故障是在引起異常的指令之前，把異常通知給系統(tǒng)的一種異常。故障的特點(diǎn)是可以排除的。 例如，在執(zhí)行一條指令時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)它要訪問(wèn)的段不在內(nèi)存中，那磨停止該指令的執(zhí)行，并產(chǎn)生一個(gè)段不存在異常，對(duì)應(yīng)的故障處理程序可通過(guò)從外存加載該段到內(nèi)存的方法來(lái)排除故障。之后，原引起異常的指令就可以繼續(xù)執(zhí)行，就不再產(chǎn)生異常。陷阱是在引起異常的指令執(zhí)行之后觸發(fā)的一種異常。在轉(zhuǎn)入異常處理程序

13、時(shí)，引起陷阱的指令已完成。陷阱處理程序執(zhí)行完，返回到引起陷阱指令的下一條指令。軟中斷指令I(lǐng)NT n 是陷阱的例子。中止是在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的不可恢復(fù)的事件時(shí)觸發(fā)的一種異常。產(chǎn)生中止后，正執(zhí)行的程序不能恢復(fù)執(zhí)行，系統(tǒng)要重新啟動(dòng)才能恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。,13.2.2 中斷向量表,所謂中斷向量（interrupt vector），實(shí)際上就是中斷服務(wù)程序的入口地址，每個(gè)中斷類型對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷向量。每個(gè)中斷向量占4字節(jié)的存儲(chǔ)單元。其中:前兩個(gè)字

14、節(jié)單元存放中斷服務(wù)程序入口地址的偏移量(IP)，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后；后兩個(gè)字節(jié)單元存放中斷服務(wù)程序入口地址的段基值(CS)，也是低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。,,80x86實(shí)模式系統(tǒng)允許引入的中斷可達(dá)256個(gè)，因此需占用1K字節(jié)的存儲(chǔ)空間來(lái)存放這256個(gè)中斷服務(wù)程序入口地址。80x86實(shí)模式系統(tǒng)把中斷服務(wù)程序入口地址信息設(shè)置在存儲(chǔ)器的最低端，即從00000H～003FFH的1K字節(jié)存儲(chǔ)空間中。這一存儲(chǔ)空間就叫中斷向量表，如圖13.6

15、所示。,圖13.6 實(shí)模式系統(tǒng)的中斷向量表,,︽︾,︽︾,︽︾,︽︾,,,,,,,,,類型255（十進(jìn)制）,類型32類型31（十進(jìn)制）,,供用戶定義的中斷（共224個(gè)）,,類型5類型4類型3類型2類型1類型0,,保留的中斷（共27個(gè)）,專用的中斷（共5個(gè)）,0000: 03FFH0000:007FH0000:007EH 0000:0014H0000:0013H

16、0000:0010H0000:000FH0000:000CH0000:000BH0000:0008H0000:0007H0000:0004H0000:0003H0000:0000H,,溢出中斷,,斷點(diǎn)中斷,,,,非屏蔽中斷,單步中斷,除數(shù)為0中斷,,在中斷向量表中，各中斷向量按中斷類型碼從0到255順序存放。這樣，知道了中斷類型碼，很快就可算出相應(yīng)中斷向量的存放位置，從而取出中斷向量。例如，中斷類型碼為27H

17、的中斷所對(duì)應(yīng)的中斷向量應(yīng)存放在從0000H：009CH開始的4個(gè)連續(xù)字節(jié)單元中。如果相應(yīng)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容如圖13.7所示，那么27H號(hào)中斷的中斷服務(wù)程序的入口地址即為8765H:4321H。,圖13.7 中斷向量的存放格式,87H65H43H21H,,,,,,,,,,0000:009FH0000:009CH,,由于中斷向量在中斷向量表中是按中斷類型碼（也稱中斷向量號(hào)）順序存放的，所以每個(gè)中斷向量的地址可由

18、中斷類型碼乘以4計(jì)算出來(lái)。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，只要把中斷類型碼N左移2位（乘以4），即可得到中斷向量在中斷向量表中的對(duì)應(yīng)地址4N(該中斷向量所占4個(gè)字節(jié)單元的第一個(gè)字節(jié)單元的地址)。然后把由此地址開始的兩個(gè)低字節(jié)單元的內(nèi)容裝入IP寄存器： IP ← (4N, 4N+1) 再把兩個(gè)高字節(jié)單元的內(nèi)容裝入 CS 寄存器: CS ←(4N+2, 4N+3),,這就是使程序轉(zhuǎn)入中斷類型碼為N的中斷服務(wù)程序的

19、控制過(guò)程，如下面例1所示。至于中斷類型碼N的來(lái)源，對(duì)于不同的中斷類型（內(nèi)部中斷、外部中斷），情況有所不同，詳見后述。例13.1 若中斷類型碼為3，則由中斷類型碼取得中斷服務(wù)入口地址的過(guò)程如圖13.8所示。,圖13.8 根據(jù)中斷類型碼取得中斷服務(wù)程序入口地址,,例13.2 中斷類型碼為20H，則中斷服務(wù)程序的入口地址存放在中斷向量表從0000：0080H開始的4個(gè)字節(jié)單元中。若這4個(gè)字節(jié)單元的內(nèi)容分別為：（0000：0080

20、H）= 10H（0000：0081H）= 20H（0000：0082H）= 30H（0000：0083H）= 40H試指出相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址。解: 中斷服務(wù)程序的入口地址為 。,,例13.3 中斷類型碼為17H，若中斷服務(wù)程序的入口地址為2340H:7890H，試指出中斷向量表中存放該中斷向量的4個(gè)字節(jié)單元的地址及內(nèi)容。解: 由于中斷類型碼為17H

21、，所以中斷向量表中存放相應(yīng)中斷向量的4個(gè)字節(jié)單元的地址分別為0000:005CH、0000:005DH、0000:005EH、0000:005FH，4個(gè)字節(jié)單元的內(nèi)容分別為 。,13.2.3 外部中斷,由外部的中斷請(qǐng)求信號(hào)啟動(dòng)的中斷，稱為外部中斷,也稱硬件中斷。80x86 CPU為外部中斷提供兩條引線，即NMI和INTR，用來(lái)輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。1. 非屏蔽中

22、斷從NMI引腳進(jìn)入的中斷為非屏蔽中斷，它不受中斷允許標(biāo)志IF的影響。非屏蔽中斷的類型碼為2，因此，非屏蔽中斷處理子程序的入口地址存放在08H、09H、0AH和0BH這4個(gè)字節(jié)單元中 。,,2. 可屏蔽中斷一般外部設(shè)備請(qǐng)求的中斷都是從CPU的INTR端引入的可屏蔽中斷。當(dāng)CPU接收到一個(gè)可屏蔽中斷請(qǐng)求時(shí)，如果中斷允許標(biāo)志IF為1，那么CPU就會(huì)在執(zhí)行完當(dāng)前指令后響應(yīng)這一中斷請(qǐng)求。下面以8086系統(tǒng)為例，具體介紹一下可屏蔽中斷的

23、響應(yīng)時(shí)序。,圖13.9 8086的中斷響應(yīng)總線周期,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T1 T2 T3 T4 TI TI TI T1 T2 T3 T4,,,,,第一個(gè)總線周期,第二個(gè)總線周期,,三個(gè)空閑狀態(tài),,,,,,,,,,,,,中斷類型碼,CLK,____INTA,AD7~AD0,,,

24、13.2.4 內(nèi)部中斷,內(nèi)部中斷也稱軟件中斷。它是由于CPU執(zhí)行了INT n(含INT 3)、INTO指令，或者由于除法出錯(cuò)以及進(jìn)行單步操作所引起的中斷，主要包括INT n指令中斷、斷點(diǎn)中斷、溢出中斷、除法錯(cuò)中斷以及單步中斷。,,(1) INT n 指令中斷。 80x86系統(tǒng)提供了直接調(diào)用中斷處理子程序的手段，這就是中斷指令I(lǐng)NT n。指令中的中斷類型碼n告訴CPU調(diào)用哪個(gè)中斷處理子程序。(2) 除法錯(cuò)中斷（類型0）在執(zhí)行

25、除法指令DIV 或IDIV 后，若所得的商超出了目標(biāo)寄存器所能表示的范圍，比如用數(shù)值0作除數(shù)，則CPU立即產(chǎn)生一個(gè)0型中斷。,,(3) 溢出中斷（類型4）若上一條指令執(zhí)行的結(jié)果使溢出標(biāo)志位OF置1，則緊接著執(zhí)行INTO指令時(shí)，將引起類型為4的內(nèi)部中斷，CPU將轉(zhuǎn)入溢出錯(cuò)誤處理。若OF=0時(shí)，則INTO指令執(zhí)行空操作，即INTO指令不起作用。 INTO指令通常安排在算術(shù)運(yùn)算指令之后，以便在發(fā)生溢出時(shí)能及時(shí)處理。典型情況如表13-1

26、所示。,表 13-1,,,...,...,...,...,,,(4) 單步中斷（類型1）當(dāng)把CPU標(biāo)志寄存器的TF位置為1以后，CPU便處于單步工作方式。在單步工作方式下，CPU每執(zhí)行完一條指令，就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)1 型中斷，進(jìn)入1型中斷處理程序。此處理程序顯示CPU內(nèi)部各寄存器的內(nèi)容并告知某些附帶的信息。,,(5) 斷點(diǎn)中斷 (類型3)與單步中斷類似，斷點(diǎn)中斷也是一種調(diào)試程序的手段，并且常常和單步中斷結(jié)合使用。

27、對(duì)一個(gè)大的程序，不可能對(duì)整個(gè)程序全部用單步方式來(lái)調(diào)試，而只能先將程序中的某一錯(cuò)誤確定在程序中的一小段中，再對(duì)這一小段程序用單步方式跟蹤調(diào)試。斷點(diǎn)中斷就是用來(lái)達(dá)到這個(gè)目的的。,,在所有INT n形式的指令中，只有斷點(diǎn)中斷指令I(lǐng)NT 3是一條單字節(jié)長(zhǎng)的指令，其他中斷指令都是兩字節(jié)指令。,圖13.10 斷點(diǎn)的設(shè)置,,,ADD AL, BL,JMP 201H,INC AL,CMP AL, 0FFH,JL 200H,,不轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移,,,,,

28、,,,,,,,斷點(diǎn),1FCH,1FDH,1FEH,1FFH,200H,201H,202H,203H,204H,,內(nèi)部中斷的特點(diǎn)是：(1) 中斷類型碼由CPU內(nèi)部自動(dòng)提供（含從INT n指令中自動(dòng)提取），不需要執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期（INTA總線周期）去讀取中斷類型碼。(2) 除單步中斷外，所有內(nèi)部中斷都不可以用軟件的方法來(lái)禁止（屏蔽）。單步中斷可以通過(guò)軟件將TF標(biāo)志置1或清0來(lái)予以允許或禁止。(3) 除單步中斷外，所有內(nèi)部中斷的優(yōu)先

29、級(jí)都比外部中斷高。,13.2.5 中斷響應(yīng)和中斷處理過(guò)程,1. 可屏蔽中斷的響應(yīng)和處理過(guò)程圖13.11給出了可屏蔽中斷從中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生到中斷服務(wù)程序結(jié)束并返回被中斷程序的全過(guò)程。,圖13.11 可屏蔽中斷全過(guò)程,,,INTR ____ INTA,IP,CS,PSW(FR),,,,,,,,,中斷類型碼寄存器,,,②C

30、PU完成現(xiàn)行指令， 發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào),,,Q中斷請(qǐng)求,中斷屏蔽,,,,,,,①接口發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)INTR,③CPU讀取中斷類型碼N,新的（IP）新的（CS）舊的（IP）舊的（CS）舊的（PSW）,被中斷的程序.....,,,,,,,STI...,IRET,中斷服務(wù)程序...,存儲(chǔ)器,,,,,,,,,,,,,中斷向量表,︽︾,︽︾,︽︾,︽︾,,,,,16位,,4N4N+2,,,,,,,,,

31、,,,,⑤清除IF和TF,,⑦轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序,⑩返回被中斷的程序,⑧開放中斷（可選）,④現(xiàn)行PSW、CS、IP壓棧,⑨IRET指令使舊的IP、CS、PSW彈出堆棧,CPU,外設(shè)接口,⑥取CS、IP新值,,,,,,,,2. 80x86 實(shí)模式中斷響應(yīng)和中斷處理過(guò)程 80x86實(shí)模式中斷響應(yīng)和處理流程如圖13.12所示。,圖13.12 80x86實(shí)模式中斷響應(yīng)和中斷處理過(guò)程,80x86實(shí)模式中斷優(yōu)先級(jí),,,,

32、,,,結(jié)束當(dāng)前指令,除法錯(cuò)，INTO,INT n?,NMI,INTR?,TF=1?,執(zhí)行下一條指令,,,,,,N,N,N,N,,,,,TF=1?,,,N,,,Y,Y,Y,Y,Y,內(nèi)部自動(dòng)形成中斷類型碼N,,讀中斷類型碼N,,標(biāo)志壓入堆棧,令TEMP＝TF,清除IF和TF,CS和IP壓入堆棧,(4N，4N+1)?IP(4N+2,4N+3)?CS,執(zhí)行中斷處理程序,IP、CS出棧,標(biāo)志寄存器出棧,返回被中斷的主程序,有NMI？,TEMP=

33、1?,,,,,,,Y,Y,N,N,,,,,,,,執(zhí)行IRET指令,,①‘,①,②,③,④,⑤,⑥,,,,,,判斷與思考： 若在主程序中已使IF=1（開中），則在響應(yīng)中斷請(qǐng)求并執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回主程序后，IF 標(biāo)志位是否為1決定于在中斷服務(wù)程序中是否執(zhí)行了STI指令。,,需要說(shuō)明的是，在圖13.12所示的中斷響應(yīng)和處理過(guò)程中，其中的①～⑥步(含①′)是由處理器內(nèi)部的中斷系統(tǒng)硬件自動(dòng)完成的，即無(wú)需程序員的直接控制和干預(yù)；

34、其后的中斷處理過(guò)程則是通過(guò)執(zhí)行中斷服務(wù)程序（軟件）來(lái)完成的。,單步運(yùn)行方式時(shí)發(fā)生其他中斷的處理過(guò)程,單步運(yùn)行方式時(shí)發(fā)生中斷的處理過(guò)程（續(xù)）,堆堆棧的情形：,13.3 可編程中斷控制器8259A(8259A Programmable Interrupt Controller-PIC),Intel 8259A用于管理和控制80x86的外部中斷請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)判決，提供中斷類型碼，屏蔽中斷輸入等功能。 使用單片8259A可以管理8級(jí)中斷

35、，采用級(jí)聯(lián)方式，可擴(kuò)充到64級(jí)（用9片8259A）。,,.,13.3.1 8259A的引腳功能,封裝形式　28腳雙列直插（28－pin DIP), DIP:Dual-In-line Package ,如圖13.13所示。,,,－－片選信號(hào)（Chip Select)低電平有效，來(lái)自地址譯碼器的輸出只有　有效時(shí)，CPU才能對(duì)8259A進(jìn)行讀寫操作。 －－寫信號(hào)，低電平有效，來(lái)自CPU的輸出；當(dāng)　有效且　有效時(shí)， 使8259A

36、接受CPU送來(lái)的命令字。 －－讀信號(hào)，低電平有效，來(lái)自CPU的　輸出；當(dāng)　有效且 有效時(shí)， 使8259A將狀態(tài)信息放到數(shù)據(jù)總路線上，供CPU檢測(cè)。,,D7~ D0 :雙向數(shù)據(jù)總線，接到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的D7~ D0 上，用來(lái)傳送控制字、狀態(tài)字和中斷類型號(hào)。IR7~IR0 :中斷請(qǐng)求信號(hào)，輸入，來(lái)自外部接口電路。（單片時(shí)）INT：向CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。（單片時(shí)）。INTA：中斷響應(yīng)信號(hào)，由此接收CPU發(fā)來(lái)的中斷響應(yīng)

37、脈沖。,A0：地址輸入信號(hào)，用于對(duì)8259A內(nèi)部寄存器的尋址。CAS2~ CAS0:級(jí)聯(lián)線（CASCADE　LINES），傳送3位標(biāo)識(shí)碼，用于區(qū)分特定的從控制器。雙向：對(duì)于主片為輸出，對(duì)于從片為輸入。　　:從片/允許緩沖器信號(hào)。雙功能引腳：作為輸入時(shí)，8259A作為主片（　　?。?） 　8259A作為從片（　　?。?）見P462圖13.15作為輸出時(shí)，用來(lái)啟動(dòng)（允許）數(shù)據(jù)總線收發(fā)器（如8286

38、）。 *究竟是作為輸入還是輸出，取決于8259A是否工作于“緩沖方式”（即8259A是否通過(guò)一個(gè)“數(shù)據(jù)總線收發(fā)器”與系統(tǒng)總線相連）。詳見后面ICW4的格式。,,13.3.2 8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu),8259A的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖13.14所示。,圖13.14 8259A的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu),,CPU,AD7~AD0,INTR,,,ISR,ICW1,OCW1 (IMR),ICW2,OCW2,ICW3,OCW3,ICW4,PR,IRR,

39、,,,D7~D0,,,,地址譯碼,,,...,,,,INT,A0,,,,CAS0,CAS1,CAS2,...,IR7,IR0,,,8259A的編程結(jié)構(gòu),IRR—Interrupt Request RegisterPR---Priority ResolverISR---In-Service RegisterIMR---Interrupt Mask RegisterICWs---Initialization Command

40、 WordsOCWs---Operation Command Words7個(gè)CPU可訪問(wèn)的寄存器，分兩組：初始化命令字ICW1 ~ICW4---系統(tǒng)初啟時(shí)設(shè)定。操作命令字OCW1~OCW3—系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由應(yīng)用程序設(shè)定(實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷處理的動(dòng)態(tài)管理和控制). The OCWs can be written into the 8259A anytime after initialization.(手冊(cè)P6－P7）。,,7個(gè)寄存器

41、的尋址問(wèn)題:,規(guī)規(guī)定：A0,,8259A的處理部件：中斷請(qǐng)求寄存器IRR－8位寄存器＋控制邏輯作用：接受并鎖存來(lái)自IR0～I(xiàn)R7的中斷請(qǐng)求信號(hào)。中斷服務(wù)寄存器ISR作用：保存當(dāng)前正在處理的中斷請(qǐng)求。優(yōu)先級(jí)裁決器PR作用：把新進(jìn)入的中斷請(qǐng)求和當(dāng)前正在處理的中斷進(jìn)行比較，以決定哪一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高。,,處理過(guò)程：IR0～I(xiàn)R7上出現(xiàn)某一中斷請(qǐng)求信號(hào)->IRR對(duì)應(yīng)位被置“1”->由IMR的相應(yīng)位決定是否將其屏蔽(屏

42、蔽位=1，不通過(guò)；屏蔽位=0，通過(guò))->中斷請(qǐng)求進(jìn)PR->PR把新進(jìn)入的中斷請(qǐng)求和當(dāng)前正在處理的中斷進(jìn)行優(yōu)先級(jí)比較->若新進(jìn)入的中斷優(yōu)先級(jí)高，該中斷請(qǐng)求被送到CPU。若CPU的IF=1，CPU完成當(dāng)前指令后，響應(yīng)中斷，在 引腳上發(fā)出兩個(gè)負(fù)脈沖 (執(zhí)行兩個(gè)中斷響應(yīng)總線周期，參見P463 圖13.16)。,圖13.9 8086的中斷響應(yīng)總線周期,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T1

43、 T2 T3 T4 TI TI TI T1 T2 T3 T4,,,,,第一個(gè)總線周期,第二個(gè)總線周期,,三個(gè)空閑狀態(tài),,,,,,,,,,,,,中斷類型碼,CLK,____INTA,AD7~AD0,,,,8259A收到第一個(gè)負(fù)脈沖后：使IRR鎖存允許，不予接受IR0～I(xiàn)R7上的中斷請(qǐng)求信號(hào)；直到第二

44、個(gè)負(fù)脈沖結(jié)束后，才又使IRR鎖存禁止(輸入輸出透明)。使ISR的相應(yīng)位置“1”，以便為優(yōu)先級(jí)裁決器以后的裁決提供依據(jù)。清除IRR的相應(yīng)位。8259A收到第二個(gè)負(fù)脈沖后：把中斷類型碼寄存器的內(nèi)容(ICW2的內(nèi)容)送到D7～D0如果ICW4的AEOI位為1，則在第二個(gè) 脈沖結(jié)束時(shí)，將ISR中被第一個(gè) 脈沖置“1”的位清除(自動(dòng)結(jié)束)；否則，要等到中斷結(jié)束命令(EOI)發(fā)送后才能清除。,13.3.3 82

45、59A的工作方式,1. 設(shè)置優(yōu)先級(jí)的方式(1) 全嵌套方式(FULLY NESTED MODE)也稱固定優(yōu)先級(jí)方式。在這種方式下，由IRi引入的中斷請(qǐng)求具有固定的優(yōu)先級(jí)－IR0(最高)－>IR7(最低).This mode is entered after initialization unless another mode is programmed.,,當(dāng)一個(gè)中斷請(qǐng)求被響應(yīng)時(shí)，ISR中的對(duì)應(yīng)位ISn被置“1”，8259

46、A把中斷類型碼放到數(shù)據(jù)總線上，然后，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。一般情況下(除了“中斷自動(dòng)結(jié)束”方式外)，在CPU發(fā)出中斷結(jié)束命令(EOI)前，此對(duì)應(yīng)位一直保持為“1”－封鎖同級(jí)或低級(jí)的中斷響應(yīng)，但并不禁止比本級(jí)優(yōu)先級(jí)高的中斷響應(yīng)－實(shí)現(xiàn)中斷“嵌套”。,,(2) 特殊全嵌套方式(SPECIAL FULLY NESTED MODE－SFNM)在處理某一級(jí)中斷時(shí)，不但允許優(yōu)先級(jí)更高的中斷請(qǐng)求進(jìn)入，也允許同級(jí)的中斷請(qǐng)求進(jìn)入。用于主從結(jié)構(gòu)的8259系

47、統(tǒng)中，將主片設(shè)置為“特殊全嵌套方式”。通過(guò)ICW4的“SFNM”位可以設(shè)置此種方式。(參見p464),,(3) 優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)方式(AUTOMATIC ROTATION)優(yōu)先級(jí)是循環(huán)變化的(不希望有固定的優(yōu)先級(jí)差別)－一個(gè)設(shè)備的中斷服務(wù)完成后，其優(yōu)先級(jí)自動(dòng)降為最低，而將最高優(yōu)先級(jí)賦給原來(lái)比它低一級(jí)的中斷請(qǐng)求。開始時(shí)，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列還是：IR0->IR7，若此時(shí)出現(xiàn)了IR0請(qǐng)求，響應(yīng)IR0并處理完成后，隊(duì)列變?yōu)椋篒R1，IR2

48、，IR3，IR4 ，IR5 ，IR6 ，IR7，IR0。若又出現(xiàn)了IR4請(qǐng)求，處理完IR4后，隊(duì)列變?yōu)椋篲_________________________________系統(tǒng)中是否采用“自動(dòng)循環(huán)優(yōu)先級(jí)”，由操作命令字OCW2來(lái)設(shè)定。( 參見p466),,(4)優(yōu)先級(jí)特殊循環(huán)方式(SPECIFIC ROTATION)與“優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)方式”相比，只有一點(diǎn)不同，即可以設(shè)置開始的最低優(yōu)先級(jí)。例如，設(shè)定IR4為最低優(yōu)先級(jí)，那么I

49、R5就是最高優(yōu)先級(jí)，其余各級(jí)按循環(huán)方法類推。,,2. 屏蔽中斷源的方式(中斷屏蔽方式)普通屏蔽方式通過(guò)對(duì)中斷屏蔽寄存器(IMR)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)位為“1”的中斷請(qǐng)求的屏蔽?？赏ㄟ^(guò)OCW1使IMR的一位或幾位置“1”。*特殊屏蔽方式(SPECIAL MASK MODE)作用：P462實(shí)現(xiàn)：,,3. 中斷結(jié)束方式(END OF INTERRUPT－EOI)(1)中斷自動(dòng)結(jié)束方式(AUTOMATIC－AEOI方式)在第二個(gè)

50、 后沿，即完成把對(duì)應(yīng)的ISR位復(fù)位。注意：AEOI方式是在中斷響應(yīng)后，而不是在中斷處理程序結(jié)束后將ISR位清0。這樣，在中斷處理過(guò)程中，8259A中就沒有“正在處理”的標(biāo)識(shí)。此時(shí)，若有中斷請(qǐng)求出現(xiàn)，且IF＝1，則無(wú)論其優(yōu)先級(jí)如何(比本級(jí)高、低或相同)，都將得到響應(yīng)。尤其是當(dāng)某一中斷請(qǐng)求信號(hào)被CPU響應(yīng)后，如不及時(shí)撤銷，就會(huì)再次被響應(yīng)－“二次中斷”。,,所以，AEOI方式適合于中斷請(qǐng)求信號(hào)的持續(xù)時(shí)間有一定限制以及不出現(xiàn)中斷

51、嵌套的場(chǎng)合。通過(guò)ICW4可以設(shè)置AEOI方式(AEOI=1)。,,(2)一般(常規(guī))中斷結(jié)束方式適合于全嵌套方式。實(shí)現(xiàn)：在中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，向8259A發(fā)常規(guī)中斷結(jié)束命令(OCW2:EOI=1,SL=0,R=0)例：MOV AL,20H; OCW2=20H OUT 20H,AL; 端口地址=20H(偶地址)在全嵌套方式下，ISR中最高優(yōu)先級(jí)的置“1”位，正對(duì)應(yīng)于當(dāng)前正在處理的中斷，將其清“0”，就完

52、成了當(dāng)前正在處理中斷的結(jié)束操作。,IR0,IR7,,(3)特殊中斷結(jié)束方式(SPECIFIC EOI－SEOI)在非全嵌套方式下，無(wú)固定的優(yōu)先級(jí)序列(使用設(shè)置優(yōu)先權(quán)命令或特殊屏蔽方式)，此時(shí)，根據(jù)ISR的內(nèi)容就無(wú)法確定剛剛所響應(yīng)(處理)的中斷。這種情況下，就不能用上述的EOI方式進(jìn)行中斷結(jié)束處理，而必須用特殊的中斷結(jié)束命令SEOI－－用OCW2:EOI=1,SL=1,R=0,L2～L0.由L2～L0指定清除ISR中的哪一位。,,4

53、. 中斷觸發(fā)方式電平觸發(fā)方式：由IRi上的有效電平來(lái)觸發(fā)“中斷請(qǐng)求觸發(fā)器”。邊沿觸發(fā)方式：由IRi上由低電平向高電平的跳變來(lái)觸發(fā)“中斷請(qǐng)求觸發(fā)器”。由ICW1的LTIM位可以設(shè)置中斷觸發(fā)方式。,,5. 連接系統(tǒng)總線的方式緩沖方式(ICW4的BUF=1)8259A通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)器(如8286)和數(shù)據(jù)總線相連。在緩沖方式下，8259A的 作為輸出( 有效)，此時(shí)，由ICW4的M/S位來(lái)定義(標(biāo)識(shí))

54、本8259A是主片還是從片。非緩沖方式(ICW4的BUF=0)即8259A直接與數(shù)據(jù)總線相連在“非緩沖方式下”，8259A的 作為輸入( 有效) 此時(shí)，由 端來(lái)標(biāo)識(shí)本8259A是主片還是從片。在“非緩沖方式下”，ICW4的BUF＝0，M/S位無(wú)意義。,,“中斷查詢”方式特點(diǎn)：既有中斷的特點(diǎn)，又有查詢(Polling)的特點(diǎn)。外設(shè)仍然向8259A發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)，要求CPU服務(wù)

55、。CPU的IF=0，不響應(yīng)外部的中斷請(qǐng)求(對(duì)CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)不起作用)此時(shí)，CPU需要用軟件查詢方法來(lái)確認(rèn)中斷源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的服務(wù)先向8259A發(fā)查詢命令(poll command)OCW3:,P,,,緊接著執(zhí)行一條讀指令(IN指令)，讀出專門的“中斷狀態(tài)字”：當(dāng)8259A收到P=1的查詢命令后，在下一個(gè) 信號(hào)將使ISR的相應(yīng)位置“1”，就像收到了 一樣，并把上述的“中斷狀態(tài)字”送到數(shù)據(jù)總線上，

56、由CPU讀入AL。,13.3.5 8259A的控制字及編程使用,8259A的控制寄存器可分為兩組，一組是初始化命令字ICW１～I(xiàn)CW4，另一組是操作命令字OCW１～OCW3。每片8259A具有兩個(gè)內(nèi)部端口地址，一個(gè)偶地址端口(A0 = 0)，一個(gè)奇地址端口(A0 = 1)，其他高位地址碼由用戶定義，用來(lái)產(chǎn)生8259A的片選信號(hào)。,1. 初始化命令字,初始化命令字用來(lái)對(duì)8259A初始化，包括ICW１～I(xiàn)CW4 4個(gè)初始化命令字。(

57、1) ICW1ICW1 使用偶地址端口(A0 = 0)，其中D4 位為特征位（標(biāo)志位），此時(shí)該位固定為1，表示當(dāng)前寫入的是ICW１ （OCW1 也用偶地址端口寫入，但OCW1 的D4 位為0）。ICW１ 的格式如下：,初始化命令字 ICW1格式,,解釋： IC4 規(guī)定初始化時(shí)是否要寫入ICW4。IC4 = 0表示不寫入ICW4，IC4 = 1表示寫入ICW4。SNGL規(guī)定8259A的用法。SNGL=0表示為級(jí)聯(lián)方式，同時(shí)要寫

58、入ICW3 ；SNGL=1表示為單片方式，不要寫入ICW3。ADI為配合8085工作時(shí)選用CALL指令字節(jié)數(shù)而設(shè)，80x86不用這一位。LTIM規(guī)定中斷檢測(cè)方式。LTIM=0表示邊沿觸發(fā)，LTIM=1表示電平觸發(fā)。A5～A7 在8085微處理器中用這幾位作中斷向量字，80x86不用這三位。,,(2) ICW２ICW2 使用奇地址端口(A0 = 1)，緊跟在ICW１之后設(shè)置。ICW２ 的格式如下：,A15/T7,A14/T6,A

59、13/T5,A12/T4,A11/T3,A10,A9,A8,1,ICW2,A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,初始化命令字 ICW2格式,,對(duì)于80x86系統(tǒng)，ICW２的D7～D3位用來(lái)確定中斷類型碼N的高5位T7～T3位，低3位D2～D0未定義;對(duì)于非80x86系統(tǒng)，ICW２的8位全部用來(lái)

60、作中斷向量地址的高8位A15～A8。在80x86系統(tǒng)中，8259A在中斷響應(yīng)周期的第二個(gè)總線周期內(nèi)，從數(shù)據(jù)總線上向CPU送出8位中斷類型碼N的值。其中高5位D7～D3即T7～T3，由ICW２在初始化編程時(shí)設(shè)定；低3位D2～D0則由8259A根據(jù)中斷進(jìn)入的引腳序號(hào)而自動(dòng)填入，從IR0～I(xiàn)R7依次為000～111。,,例:若將 ICW2 初始化為28H , 則在中斷響應(yīng)總線周期從數(shù)據(jù)總線上向CPU送出的對(duì)應(yīng)于 IR２的中斷類型碼為

61、2AH，對(duì)應(yīng)于 IR３的中斷類型碼為 等。,,(3) ICW３ICW３ 只在級(jí)聯(lián)方式中使用，端口地址為奇地址，其格式如下：,初始化命令字 ICW3格式,,對(duì)于主片8259A，ICW３ 表示哪些IRi 引腳接有從片8259A。接有從片8259A的相應(yīng)S位置1，否則置0。 例如，若IR2、IR6 上接有從片8259A，且其他IR引腳未接有從片8259A，則ICW３ 為01000100。,,對(duì)于從片8259A，

62、用ICW３ 中的ID2～I(xiàn)D0 表示本8259A接在主片8259A的哪一根IR引腳上。與IR0～I(xiàn)R7 分別對(duì)應(yīng)的ID碼為000～111。例如，若從片8259A接在主片8259A的IR6 上，則從片8259A的ICW３ 應(yīng)設(shè)定為： ID2=1，ID1=1，ID0=0,,(4) ICW4在80x86系統(tǒng)中必須設(shè)置ICW4，端口地址為奇地址，其格式如下：,初

63、始化命令字 ICW4格式,,其中，μPM規(guī)定是哪種系統(tǒng)。μPM = 0表示是8080/8085系統(tǒng)，μPM = 1表示是80x86系統(tǒng)。AEOI表示中斷結(jié)束方式。AEOI=0為普通EOI方式，AEOI=1表示自動(dòng)EOI方式。BUF表示本8259A工作于緩沖方式還是非緩沖方式。BUF=1為緩沖方式，BUF=0為非緩沖方式。,,在緩沖方式下，SP/EN引腳作為輸出能使信號(hào)給總線收發(fā)器。此時(shí)，由M/S位來(lái)定義本8259A是主片還是從片。所

64、謂8259A工作于緩沖方式，是指在多片8259A級(jí)聯(lián)的大系統(tǒng)中，8259A通過(guò)總線收發(fā)器(驅(qū)動(dòng)器)和數(shù)據(jù)總線相連。M/S位用來(lái)在緩沖方式下規(guī)定本8259A是主片還是從片。M/S=0表示是從片，M/S=1表示是主片。在非緩沖方式(BUF=0)下，M/S位無(wú)效。SFNM表示中斷嵌套方式。SFNM=0表示全嵌套方式，SFNM=1表示特殊全嵌套方式。,8259A的初始化流程,8259A的初始化命令字（ICW）是在加電之后由CPU按特定的順

65、序?qū)懭氲?。也就是說(shuō)，各初始化命令字的識(shí)別一方面依賴于地址信號(hào)A0和初始化命令字中的特定標(biāo)識(shí)位，另一方面也與寫入的先后次序有關(guān)。8259A的初始化順序及相應(yīng)的尋址標(biāo)志如圖13.17所示。,,① 在初始化操作過(guò)程的開頭，總要依次寫入命令字ICW１和ICW２。② 只有當(dāng)ICW１中的SNGL位=0，才需寫入ICW３。對(duì)于主片和從片均需寫入ICW３，而且它們的格式不同。③ 只有當(dāng)ICW１中的IC4=1時(shí)，才需寫入ICW4。對(duì)于80x8

66、6系統(tǒng)，ICW4總是需要設(shè)置的。,,在系統(tǒng)中，單片8259A與80x86 CPU配置時(shí)，初始化要寫入的預(yù)置命令字是：ICW１、ICW２、ICW4 。而級(jí)聯(lián)系統(tǒng)要寫入預(yù)置命令字是：ICW１、ICW２、ICW３和ICW4。初始化過(guò)程結(jié)束，8259A進(jìn)入所設(shè)置的狀態(tài)后，才能寫入操作命令字（OCW）。,2. 操作命令字,在8259A工作期間，可通過(guò)設(shè)置操作命令字來(lái)修改或控制8259A的工作方式。需要說(shuō)明的是，與初始化命令字ICW１～I(xiàn)

67、CW4需要按規(guī)定的順序進(jìn)行設(shè)置不同，操作命令字OCW1～OCW3 的設(shè)置沒有規(guī)定其先后順序，使用時(shí)可根據(jù)需要靈活選擇不同的操作命令字寫入到8259A中。當(dāng)然，也需注意奇、偶端口地址及有關(guān)標(biāo)識(shí)位的規(guī)定。,,(1) OCW1OCW1 為中斷屏蔽操作命令字，用來(lái)實(shí)現(xiàn)中斷屏蔽功能，要求寫入8259A的奇地址端口(A0=1)。OCW1 的內(nèi)容被直接置入中斷屏蔽寄存器IMR中，其格式如下：,操作命令字OCW1,,其中M0～M7 分別對(duì)應(yīng)825

68、9A的IR0～I(xiàn)R7。當(dāng)OCW1 中的Mi 位為1時(shí)，則相應(yīng)的IRi 的中斷請(qǐng)求就被屏蔽。例如， 若通過(guò)OCW1向中斷屏蔽寄存器寫入代碼11110000，將導(dǎo)致中斷輸入IR7～I(xiàn)R4被屏蔽掉，而IR3～I(xiàn)R0撤銷屏蔽。,,(2) OCW2OCW2 用來(lái)設(shè)置優(yōu)先級(jí)循環(huán)方式和中斷結(jié)束方式。占用偶地址端口(A0=0)。OCW2 的格式如下：,操作命令字OCW2,,其中，D４D３= 00是OCW2 的標(biāo)識(shí)位。R表示中斷優(yōu)先級(jí)是否按循