微機原理§中斷處理過程課件

1、2022-1-24微機原理中斷處理過程1一、CPU響應(yīng)中斷的條件中斷響應(yīng)是指從CPU發(fā)現(xiàn)中斷請求，中止現(xiàn)行程序到調(diào)出中斷處理程序這一過程。7.2 中斷的處理過程第七章 中斷對每個中斷源來說，既要能發(fā)出中斷請求信號，而且能保持這個信號，直至CPU響應(yīng)該請求后再將其清除。因此，每個中斷源都要有一個中斷請求觸發(fā)器，如下圖中的觸發(fā)器A。 設(shè)置中斷請求觸發(fā)器2022-1-24微機原理中斷處理過程2具有中斷屏蔽的接口電路7.2 中斷處理過程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2022-1-24微機原理中斷處理過程3 設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽，是指即使某個中斷源發(fā)出中斷請求信號，也使該信號不起作用的措施。 設(shè)置屏蔽的

2、目的是為了增加控制的靈活性。方法是在每個外設(shè)的接口電路中設(shè)置一個中斷屏蔽觸發(fā)器，用來控制其對應(yīng)外設(shè)所發(fā)出的中斷請求能否送到CPU，進而又可把一組屏蔽觸發(fā)器(如8個)組成一個中斷屏蔽寄存器端口，用輸出指令來控制其狀態(tài)，如上圖所示觸發(fā)器B 。7.2 中斷處理過程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2022-1-24微機原理中斷處理過程4 開放CPU內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器盡管外設(shè)有中斷請求，但CPU并不一定會響應(yīng)。因為，在CPU內(nèi)部設(shè)置了一個中斷允許觸發(fā)器，該觸發(fā)器的狀態(tài)決定CPU對外設(shè)的中斷是否響應(yīng)。CPU不響應(yīng)中斷，稱關(guān)中斷(中斷關(guān)閉)CPU響應(yīng)中斷，稱開中斷(中斷開放)中斷允許觸發(fā)器017.2 中斷處理過程

3、一、CPU響應(yīng)中斷的條件2022-1-24微機原理中斷處理過程5當CPU復(fù)位時，中斷允許觸發(fā)器處于關(guān)中斷狀態(tài)；中斷請求被響應(yīng)后，CPU自動關(guān)中斷；CPU執(zhí)行關(guān)中斷指令CLI后，中斷關(guān)閉。中斷允許觸發(fā)器的狀態(tài)可用指令CLI和 STI來改變，下述三種情況可關(guān)閉中斷：7.2 中斷處理過程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2022-1-24微機原理中斷處理過程6中斷關(guān)閉與中斷屏蔽不同。中斷關(guān)閉對INTR上所有的可屏蔽中斷均不理睬；中斷屏蔽則只封鎖被屏蔽的那個中斷源，使其中斷請求不能到達CPU的INTR線上。即：不讓其中斷請求發(fā)往CPU，在接口中屏蔽INTR線上有中斷請求，但CPU當時不能響應(yīng)，CPU內(nèi)部關(guān)閉屏蔽

4、關(guān)閉7.2 中斷處理過程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2022-1-24微機原理中斷處理過程7 現(xiàn)行指令執(zhí)行完畢在滿足前三個條件后，CPU在執(zhí)行現(xiàn)行指令的最后一個機器周期的最后一個T狀態(tài)時，才去采樣中斷請求輸入線INTR，若發(fā)現(xiàn)有中斷請求，則把CPU內(nèi)部的中斷鎖存器置“1”，下一個機器周期就不進入取指周期，而進入中斷響應(yīng)周期。7.2 中斷處理過程一、CPU響應(yīng)中斷的條件2022-1-24微機原理中斷處理過程8二、CPU對中斷的響應(yīng)CPU進入中斷響應(yīng)周期后，中斷響應(yīng)過程如下：7.2 中斷處理過程1. 關(guān)中斷2. 保護斷點CPU在響應(yīng)中斷后，發(fā)出中斷響應(yīng)信號INTA，同時內(nèi)部自動關(guān)中斷，以禁止接受其它的

5、中斷請求。把斷點處的IP及CS值入棧保存，以備中斷處理完后能正確返回斷點。2022-1-24微機原理中斷處理過程97.2 中斷處理過程二、CPU對中斷的響應(yīng)4. 保護現(xiàn)場5. 執(zhí)行中斷服務(wù)程序6. 恢復(fù)現(xiàn)場7. 開中斷及返回為了不使中斷服務(wù)程序的運行影響主程序的狀態(tài)，必須把斷點處的相關(guān)寄存器及標志寄存器壓棧保護。3. 識別中斷源CPU要對中斷進行處理，必須找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址，這就是中斷源的識別。2022-1-24微機原理中斷處理過程10三、中斷源的識別當CPU響應(yīng)中斷、關(guān)中斷及保護斷點之后，就要尋找中斷源，找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址。這是中斷處理過程的重要的一環(huán)。識別中斷源

6、有兩種方法，即查詢中斷和矢量中斷。7.2 中斷處理過程2022-1-24微機原理中斷處理過程11 查詢中斷查詢中斷采用軟件來識別中斷源，其方法是用程序依次讀出每一外設(shè)的中斷標志位，通過測試這一標志位來判斷它是否曾經(jīng)發(fā)生中斷請求，若該標志位無效則繼續(xù)往下測試， 直到被檢測的設(shè)備狀態(tài)(如中斷請求觸發(fā)器的狀態(tài))出現(xiàn)“1”時，中斷識別程序便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。若查完所有狀態(tài)，仍沒有任何設(shè)備請求服務(wù)時，說明是錯誤所致，轉(zhuǎn)到出錯處理。查詢過程如下圖所示：7.2 中斷處理過程三、中斷源的識別2022-1-24微機原理中斷處理過程127.2 中斷處理過程三、中斷源的識別2022-1-24微機原理中斷處理過

7、程13查詢中斷與數(shù)據(jù)的查詢傳送方式有本質(zhì)上的不同。查詢傳送方式需要CPU花費大量時間不斷循環(huán)詢問，以等待設(shè)備的“就緒”信號；而查詢中斷在外設(shè)無中斷請求時CPU照常執(zhí)行程序，只有當CPU收到中斷請求，設(shè)備已“就緒”時，才查詢是誰發(fā)出的中斷請求。因此查詢中斷是一種由中斷啟動而不是由微處理器啟動的“查詢” 。7.2 中斷處理過程三、中斷源的識別查詢中斷通常用于比較簡單的小系統(tǒng)中。對于中斷源較多的大系統(tǒng)來說，查詢需要花費較長的時間。2022-1-24微機原理中斷處理過程14 矢量中斷7.2 中斷處理過程三、中斷源的識別矢量中斷是指在CPU中斷響應(yīng)周期內(nèi)，控制邏輯將發(fā)中斷請求的外設(shè)預(yù)先準備好的一個地址送

8、入CPU, CPU在硬件的支持下由該地址自動找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口，并轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。外設(shè)提供給CPU的這一地址叫做中斷矢量，每個外設(shè)都預(yù)先設(shè)定一個自己的中斷矢量，中斷矢量與中斷源一一對應(yīng)。矢量中斷采用硬件來識別中斷源，需要花費較多的硬件資源，但速度快，目前被廣泛采用。2022-1-24微機原理中斷處理過程15 矢量中斷以硬件的開銷換取較快的中斷響應(yīng)速度，而查詢方式以軟件和時間為代價來節(jié)省硬件。有時混合使用這兩種技術(shù)可獲預(yù)期的較好效果，如在一個較大的中斷系統(tǒng)中，用矢量方法將中斷源分為若干小組，然后用查詢法迅速從組內(nèi)中識別出請求中斷的中斷源。這兩種方法結(jié)合比完全采用矢量中斷既經(jīng)濟，又不致

9、對速度造成太大的影響。7.2 中斷處理過程三、中斷源的識別2022-1-24微機原理中斷處理過程16四、中斷優(yōu)先級實際應(yīng)用中，常遇到多個中斷源同時請求中斷，這時CPU必須確定先為哪個中斷服務(wù)。解決的方法是采用中斷優(yōu)先排隊，即把全部中斷源按其中斷的必要性和實時性以及處理的輕重緩急進行排隊，給出優(yōu)先級。因此，中斷優(yōu)先級是指多個中斷同時發(fā)生時，CPU對中斷源響應(yīng)的順序。優(yōu)先權(quán)高的先被響應(yīng)。7.2 中斷處理過程另外，當CPU正在處理中斷時，要能響應(yīng)優(yōu)先級更高的中斷請求，同時屏蔽同級或較低的中斷請求。即多重中斷或中斷嵌套的問題。2022-1-24微機原理中斷處理過程17 軟件查詢優(yōu)先方式這是最簡單的中斷

10、優(yōu)先級處理方式。右圖是軟件查詢方式的接口電路，下頁圖為其流程圖。7.2 中斷處理過程四、中斷優(yōu)先級2022-1-24微機原理中斷處理過程18實現(xiàn)方法：將8個外設(shè)的中斷請求觸發(fā)器組合為一個端口，并給這個端口賦以設(shè)備號(口地址)，7.2 中斷處理過程四、中斷優(yōu)先級2022-1-24微機原理中斷處理過程19然后，把各外設(shè)的中斷請求信號相或后作為INTR信號。任何外設(shè)有中斷請求時，都可向CPU發(fā)出INTR信號。CPU響應(yīng)中斷后，把中斷寄存器的狀態(tài)作為一個輸入端口讀進CPU，然后逐位檢測其狀態(tài)，若有中斷請求就轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，這樣優(yōu)先級的級別取決于軟件查詢的順序，先測試的中斷源具有較高的優(yōu)先級。該

11、方式的優(yōu)點是硬件簡單，不需要硬件排隊電路。但在中斷源較多時，軟件查詢的時間較長。7.2 中斷處理過程四、中斷優(yōu)先級2022-1-24微機原理中斷處理過程20 硬件查詢優(yōu)先方式常用的硬件查詢優(yōu)先方式有兩種：優(yōu)先級中斷鏈矢量優(yōu)先權(quán)排隊7.2 中斷處理過程四、中斷優(yōu)先級2022-1-24微機原理中斷處理過程21排隊鏈優(yōu)先級中斷系統(tǒng) 優(yōu)先級中斷鏈7.2 中斷處理過程四、中斷優(yōu)先級2022-1-24微機原理中斷處理過程22當中斷請求得到響應(yīng)時，中斷響應(yīng)信號就傳送到優(yōu)先級最高的I/O設(shè)備，并按串行方式往下傳送。若某設(shè)備有中斷請求，中斷響應(yīng)信號就不再往下傳送，而中止在該設(shè)備上，從而允許該設(shè)備使用總線與CPU交換信息，該設(shè)備以后的中斷就被屏蔽了。顯然，排在鏈的最前面的優(yōu)先級最高。各中斷源的中斷優(yōu)先級按其在鏈式排隊電路中的先后次序決定。7.2 中斷處理過程四、中斷優(yōu)先級2022-1-24微機原理中斷處理過程23用硬件實現(xiàn)優(yōu)先級的另一種方法是使用優(yōu)