微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)-第六章_計算機接口技術(shù)

1、第六第六章章(6)輸入輸入輸出輸出接口接口6.1 輸入輸入/輸出接口基礎(chǔ)輸出接口基礎(chǔ)（掌握）（掌握） 輸入輸入/輸出接口功能與結(jié)構(gòu)輸出接口功能與結(jié)構(gòu)輸入輸入/輸出端口編址輸出端口編址6.2 接口地址譯碼接口地址譯碼（掌握）（掌握） 6.3 接口信息傳輸方式接口信息傳輸方式（掌握）（掌握）程序查詢傳輸方式程序查詢傳輸方式程序中斷傳輸方式程序中斷傳輸方式直接存儲器訪問直接存儲器訪問(DMA)方式方式通道方式通道方式6.4 并行接口并行接口（掌握）（掌握）無握手信號并行接口無握手信號并行接口帶握手信號的并行接口帶握手信號的并行接口可編程并行接口可編程并行接口6.5 串行接口串行接口（理解）（理解）同

2、步串行接口同步串行接口異步串行接口異步串行接口6.1 輸入輸入/輸出接口基礎(chǔ)輸出接口基礎(chǔ)l接口的概念：計算機外部設(shè)備與計算機主機接口的概念：計算機外部設(shè)備與計算機主機之間的硬件電路和驅(qū)動程序之間的硬件電路和驅(qū)動程序3作用：信息存儲作用：信息存儲操作模式：字節(jié)的整數(shù)倍操作模式：字節(jié)的整數(shù)倍器件種類：少器件種類：少速度時序：速度時序：CPU相當、匹配相當、匹配存儲器存儲器作用：與外設(shè)間的信息交換作用：與外設(shè)間的信息交換操作模式：位、字節(jié)、多字節(jié)操作模式：位、字節(jié)、多字節(jié)器件種類：多器件種類：多速度時序：差異很大、時序不同速度時序：差異很大、時序不同接口接口簡單簡單I/O接口框圖接口框圖l與與CPU

3、相關(guān)的：數(shù)據(jù)口線、相關(guān)的：數(shù)據(jù)口線、I/O選擇（地址線）、選擇（地址線）、I/O讀寫讀寫l與外設(shè)相關(guān)的：數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器、狀態(tài)與外設(shè)相關(guān)的：數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器寄存器-端口端口4數(shù)據(jù)緩存寄存器數(shù)據(jù)緩存寄存器端口端口A寄存器寄存器端口端口B寄存器寄存器控制寄存器控制寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器CSRS1RS0RDWR時序控制電路時序控制電路數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線I/O數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制I/O數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)狀態(tài)I/O選擇選擇寄存器選擇寄存器選擇I/O讀讀I/O寫寫接口分類接口分類5并行接口：一次傳輸多個數(shù)據(jù)位并行接口：一次傳輸多個數(shù)據(jù)位串行接口：一次只有一位數(shù)據(jù)串行接口：一次只有一位數(shù)據(jù)傳

4、輸方式傳輸方式同步接口：總線相連，并同步傳輸同步接口：總線相連，并同步傳輸異步接口：無共同的基準時鐘異步接口：無共同的基準時鐘時序控制方式時序控制方式程序查詢方式：程序的執(zhí)行實現(xiàn)程序查詢方式：程序的執(zhí)行實現(xiàn)程序中斷方式：傳輸時由中斷請求信號觸發(fā)程序中斷方式：傳輸時由中斷請求信號觸發(fā)存儲器直接存取訪問方式（存儲器直接存取訪問方式（DMA）通道控制器，通道控制器，I/O處理機處理機傳輸控制方式傳輸控制方式外圍接口：與外設(shè)無關(guān)，是系統(tǒng)的一部分外圍接口：與外設(shè)無關(guān)，是系統(tǒng)的一部分外設(shè)接口：用于連接外設(shè)的接口外設(shè)接口：用于連接外設(shè)的接口工作對象工作對象接口功能接口功能l設(shè)備選擇：譯碼選擇設(shè)備、端口設(shè)備選

5、擇：譯碼選擇設(shè)備、端口l數(shù)據(jù)收發(fā)和格式轉(zhuǎn)換：讀數(shù)據(jù)收發(fā)和格式轉(zhuǎn)換：讀/寫，串寫，串/并、并并、并/串串l接收解釋執(zhí)行接收解釋執(zhí)行CPU的命令：控制信號的實現(xiàn)的命令：控制信號的實現(xiàn)l外設(shè)狀態(tài)接收并轉(zhuǎn)發(fā)給外設(shè)狀態(tài)接收并轉(zhuǎn)發(fā)給CPU：狀態(tài)端口：狀態(tài)端口l支持查詢、中斷、支持查詢、中斷、DMA等多種傳輸控制方式等多種傳輸控制方式l提供緩沖、暫存、驅(qū)動能力：信號驅(qū)動提供緩沖、暫存、驅(qū)動能力：信號驅(qū)動l錯誤檢測功能：奇偶校驗錯誤檢測功能：奇偶校驗l復(fù)位復(fù)位67l接口主要功能接口主要功能設(shè)備選擇、數(shù)據(jù)緩沖設(shè)備選擇、數(shù)據(jù)緩沖信號轉(zhuǎn)換、聯(lián)絡(luò)控制信號轉(zhuǎn)換、聯(lián)絡(luò)控制可編程可編程/可配置可配置/可重構(gòu)可重構(gòu)l接口硬件

6、結(jié)構(gòu)接口硬件結(jié)構(gòu)存儲器接口、外設(shè)接口存儲器接口、外設(shè)接口l接口技術(shù)組成接口技術(shù)組成硬件：地址譯碼、讀寫控制、總線緩沖硬件：地址譯碼、讀寫控制、總線緩沖軟件：驅(qū)動程序（初始化、傳送控制、結(jié)束控制等）軟件：驅(qū)動程序（初始化、傳送控制、結(jié)束控制等）8存儲存儲單元單元地址地址00000H00001HFF0FFHFF100HFF101HFFFFFH0000H0001HFF00HI/O端口端口地址地址FFFFH特點：特點：系統(tǒng)視端口和存儲單元為系統(tǒng)視端口和存儲單元為不同的對象不同的對象。 優(yōu)點：優(yōu)點：系統(tǒng)中存儲單元和系統(tǒng)中存儲單元和I/OI/O端口的數(shù)量可端口的數(shù)量可達到最大達到最大。缺點：缺點：需需專門

7、信號專門信號來指示系統(tǒng)地址線上出現(xiàn)的是來指示系統(tǒng)地址線上出現(xiàn)的是存儲單存儲單元地址還是端口地址元地址還是端口地址；專用的端口操作指令比較單一；專用的端口操作指令比較單一；9 存儲器 1 接口 2 接口 1 CPU 外設(shè) 1 三總線 AB DB CB 存儲器 2 接口 3 外設(shè) 2 外設(shè) 3 存儲器讀寫 I/O 讀寫 獨立端口編址總線結(jié)構(gòu)獨立端口編址總線結(jié)構(gòu)10存儲單存儲單元地址元地址00000H00001HFF0FFHI/O端端口地址口地址FF100HFF101HFFFFFH 特點：特點：將將端口看作存儲單端口看作存儲單元元，僅以，僅以地址范圍的不同地址范圍的不同來來區(qū)分兩者。區(qū)分兩者。 優(yōu)點

8、：優(yōu)點：對對端口的操作和對端口的操作和對存儲單元的操作存儲單元的操作完全一樣完全一樣，因此系統(tǒng)簡單，并且對端口因此系統(tǒng)簡單，并且對端口操作的指令種類較多操作的指令種類較多 缺點：缺點：CPUCPU對存儲單元和對存儲單元和I/OI/O端口的實際尋址空間都端口的實際尋址空間都小于其最大尋址小于其最大尋址空間空間2022-3-710/10011 存儲器 1 接口 2 接口 1 CPU 外設(shè) 1 三總線 AB DB CB 存儲器 2 接口 3 外設(shè) 2 外設(shè) 3 統(tǒng)一編址總線結(jié)構(gòu)統(tǒng)一編址總線結(jié)構(gòu)126.2 接口地址譯碼接口地址譯碼l全譯碼全譯碼全部高位地址全部高位地址線都參與譯碼形成片選線都參與譯碼形

9、成片選信號信號l部分譯碼部分譯碼只有只有部分高位地址部分高位地址線參與譯碼形成片線參與譯碼形成片選信號選信號l線譯碼線譯碼每組芯片使用每組芯片使用一根地址一根地址線作片選線作片選l固定譯碼，可變譯碼固定譯碼，可變譯碼地址信號不完全地址信號不完全確定，所以存在確定，所以存在地址重疊問題，地址重疊問題，浪費尋址空間，浪費尋址空間，并可能導(dǎo)致誤操并可能導(dǎo)致誤操作；作；136.3 接口信息傳輸方式接口信息傳輸方式外設(shè)數(shù)據(jù)變化緩慢，始終外設(shè)數(shù)據(jù)變化緩慢，始終處于就緒狀態(tài)處于就緒狀態(tài),如如開關(guān)或開關(guān)或LED接口結(jié)構(gòu)簡單（通常只需要數(shù)據(jù)端口），適用面較窄接口結(jié)構(gòu)簡單（通常只需要數(shù)據(jù)端口），適用面較窄6.3.

10、1 程序控制傳輸方式程序控制傳輸方式 輸出 設(shè)備 輸入 設(shè)備 輸出鎖存器 輸入緩沖器 端口譯碼電路 1 DB AB M/IO WR RD 1 VCC G1 G2 L1 L2 L8 K1 K2 K8 14條件程序控制（程序查詢）接口條件程序控制（程序查詢）接口輸輸入入設(shè)設(shè)備備數(shù)據(jù)端口讀選通數(shù)據(jù)端口讀選通狀態(tài)端口讀選通狀態(tài)端口讀選通輸入選通輸入選通輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)RQD5VDB（數(shù)據(jù)、狀態(tài)）（數(shù)據(jù)、狀態(tài)）READY(1bit)數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)據(jù)鎖存器（輸出端口）（輸出端口）狀態(tài)緩沖器狀態(tài)緩沖器(輸入端口輸入端口)輸輸出出設(shè)設(shè)備備輸出選通輸出選通RQD5VDB（數(shù)據(jù)、狀態(tài)）（數(shù)據(jù)、狀態(tài)）BUSY(1bi

11、t)ACK狀態(tài)端口讀選通狀態(tài)端口讀選通數(shù)據(jù)端口寫選通數(shù)據(jù)端口寫選通 接口避免了對端接口避免了對端口的口的“盲讀盲讀”、“盲寫盲寫” ，數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)傳送的可靠性高，且硬的可靠性高，且硬件接口相對簡單。件接口相對簡單。 外設(shè)應(yīng)具有必要的外設(shè)應(yīng)具有必要的聯(lián)絡(luò)（握手）信號聯(lián)絡(luò)（握手）信號如如READY、ACK等；等； 缺點缺點是是CPU工作效工作效率低，率低，I/O響應(yīng)速度響應(yīng)速度慢；在有多個外設(shè)的慢；在有多個外設(shè)的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，CPU的查詢的查詢順序由外設(shè)的優(yōu)先級順序由外設(shè)的優(yōu)先級確定，實時性差。確定，實時性差。15 數(shù)據(jù) 端口 狀態(tài) 端口 數(shù)據(jù)緩 沖器 狀態(tài) 檢測 譯碼電路 觸發(fā)信號 狀態(tài)信號

12、 D2 數(shù)據(jù)總線 地址總線 控制總線78H 7AH 打印機 接口電路 程序查詢方式的打印機接口程序查詢方式的打印機接口狀態(tài)位為狀態(tài)位為0，則表明先前送出的數(shù)據(jù)已被打印，可以再送下一，則表明先前送出的數(shù)據(jù)已被打印，可以再送下一個數(shù)據(jù)；若狀態(tài)位為個數(shù)據(jù)；若狀態(tài)位為1，則表明先前送出的數(shù)據(jù)還沒打印，就，則表明先前送出的數(shù)據(jù)還沒打印，就不能再送數(shù)據(jù)出去不能再送數(shù)據(jù)出去16并行接口握手并行接口握手時序圖時序圖BUSY數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)有效DATA數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)有效ACK5sSTROB5s1. 發(fā)送方查詢發(fā)送方查詢BUSY狀態(tài)信號狀態(tài)信號2. 當當BUSY“0”時，發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)3.發(fā)送方用控制

13、信號發(fā)送方用控制信號/STROB鎖存數(shù)據(jù)，該信號至少維持鎖存數(shù)據(jù)，該信號至少維持5s4. /STROB信號導(dǎo)致信號導(dǎo)致BUSY信號變?yōu)楦唠娖叫盘栕優(yōu)楦唠娖?.接收方用接收方用/ACK狀態(tài)信號表示數(shù)據(jù)收到，該信號至少維持狀態(tài)信號表示數(shù)據(jù)收到，該信號至少維持5s6. /ACK信號導(dǎo)致信號導(dǎo)致BUSY信號變?yōu)榈碗娖叫盘栕優(yōu)榈碗娖?76.3.2 程序中斷控制接口程序中斷控制接口中斷請求觸發(fā)器QRD數(shù)據(jù)緩沖控制端口中斷屏蔽觸發(fā)器QD+5VWR外設(shè)READYDBABDBINTRINTA接口避免了接口避免了CPU 反復(fù)低效率的查詢，適用于反復(fù)低效率的查詢，適用于CPU任務(wù)繁忙、而任務(wù)繁忙、而數(shù)據(jù)傳送不太頻繁

14、的系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)傳送不太頻繁的系統(tǒng)中。外設(shè)應(yīng)具有必要的聯(lián)絡(luò)握手信號（如外設(shè)應(yīng)具有必要的聯(lián)絡(luò)握手信號（如READY）作為）作為中斷請求中斷請求信號；信號；中斷可被響應(yīng)的條件：中斷可被響應(yīng)的條件：中斷請求觸發(fā)器置位；中斷請求觸發(fā)器置位；中斷屏蔽觸發(fā)器清零；中斷屏蔽觸發(fā)器清零；CPU內(nèi)部開放中斷；內(nèi)部開放中斷；CPU未處理更高級中斷；未處理更高級中斷；CPU現(xiàn)行指令執(zhí)行完；現(xiàn)行指令執(zhí)行完； 優(yōu)優(yōu)先先級級排排隊隊why？18什么是中斷什么是中斷l(xiāng)“中斷中斷”是外設(shè)給出的信號，是外設(shè)給出的信號，它告訴微處理器已發(fā)生了某它告訴微處理器已發(fā)生了某種需要特別處理的事件，需種需要特別處理的事件，需要去處理或為其服

15、務(wù)要去處理或為其服務(wù)-硬件層硬件層面面l中斷中斷，是指，是指CPU在執(zhí)行正常在執(zhí)行正常程序時，為程序時，為處理一些緊急發(fā)處理一些緊急發(fā)生的情況，暫時中止當前程生的情況，暫時中止當前程序序，轉(zhuǎn)而對該緊急事件進行，轉(zhuǎn)而對該緊急事件進行處理，并在處理，并在處理完后返回正處理完后返回正常程序常程序的過程的過程-軟件層面軟件層面中斷服中斷服務(wù)程序務(wù)程序1中斷服務(wù)中斷服務(wù)程序程序 2非預(yù)料事非預(yù)料事件件1非預(yù)料非預(yù)料事件事件 219非預(yù)料事件非預(yù)料事件是指事件發(fā)生的時間無法預(yù)知，是指事件發(fā)生的時間無法預(yù)知，即中即中斷源何時產(chǎn)生中斷不確定，是隨機的。斷源何時產(chǎn)生中斷不確定，是隨機的。中斷源產(chǎn)生中斷的隨機性，

16、使中斷服務(wù)程序的執(zhí)行中斷源產(chǎn)生中斷的隨機性，使中斷服務(wù)程序的執(zhí)行也具有隨機性，也具有隨機性，即何時執(zhí)行中斷服務(wù)程序不是在程序即何時執(zhí)行中斷服務(wù)程序不是在程序中安排好的。中安排好的。中斷的隨機性、不可預(yù)料性中斷的隨機性、不可預(yù)料性u中斷系統(tǒng)是微機中實現(xiàn)中斷功能的各種軟、硬件中斷系統(tǒng)是微機中實現(xiàn)中斷功能的各種軟、硬件的總稱的總稱u中斷系統(tǒng)一般包括中斷系統(tǒng)一般包括CPU內(nèi)部相應(yīng)的中斷邏輯、接內(nèi)部相應(yīng)的中斷邏輯、接口中的中斷控制電路及各類中斷服務(wù)子程序口中的中斷控制電路及各類中斷服務(wù)子程序20中斷的相關(guān)概念中斷的相關(guān)概念u中斷源：中斷源：引起中斷的原因，或能夠發(fā)出中斷請求信引起中斷的原因，或能夠發(fā)出中

17、斷請求信號的外設(shè)號的外設(shè) 執(zhí)行中斷指令 INT N、INTO 等 中 斷 控 制 邏 輯 自動產(chǎn)生的中斷 除法錯中斷 單步中斷 斷點中斷 溢出中斷等 系統(tǒng)掉電 INTR 引腳 中斷控制器 NMI 引腳 內(nèi)存奇偶校驗錯 中斷接口電路 鍵盤 打印機 串行口 CPU 內(nèi)部 21u中斷向量：中斷向量：中斷向量即中斷服務(wù)子程序的入口中斷向量即中斷服務(wù)子程序的入口地址，也就是中斷服務(wù)子程序的第一條指令的地地址，也就是中斷服務(wù)子程序的第一條指令的地址在存儲器中的存放位置址在存儲器中的存放位置u中斷優(yōu)先級：中斷優(yōu)先級：在系統(tǒng)中多個中斷源可能同時提在系統(tǒng)中多個中斷源可能同時提出中斷請求時，需要按中斷的輕重緩急給

18、每個中出中斷請求時，需要按中斷的輕重緩急給每個中斷源指定一個優(yōu)先級別斷源指定一個優(yōu)先級別u斷點斷點:是指是指CPU執(zhí)行的現(xiàn)行程序被中斷時的下一執(zhí)行的現(xiàn)行程序被中斷時的下一條指令的地址，又稱斷點地址條指令的地址，又稱斷點地址中斷的相關(guān)概念中斷的相關(guān)概念1000:150H 、 、 、 、 、MOV AX, 0ADD AX, DXMOV DI , AX、 PUSH AX 、 、 IRETCPU在執(zhí)行此指令時，在執(zhí)行此指令時，某中斷源發(fā)申請中斷某中斷源發(fā)申請中斷;CPU在執(zhí)行完該指令后，在執(zhí)行完該指令后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷子程轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷子程地址地址1000:150H為斷點為斷點斷點概念斷點概念中斷系統(tǒng)相關(guān)

19、概念中斷系統(tǒng)相關(guān)概念u中斷現(xiàn)場中斷現(xiàn)場: :是指是指CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序前的運行轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序前的運行狀態(tài)，包括狀態(tài)，包括CPU內(nèi)部內(nèi)部各寄存器、斷點地址各寄存器、斷點地址等。等。u中斷嵌套中斷嵌套：當當CPU正在進行某一級別中斷源的中斷正在進行某一級別中斷源的中斷處理時，若有處理時，若有更高級別的新中斷源更高級別的新中斷源發(fā)出請求，且新中發(fā)出請求，且新中斷源斷源滿足響應(yīng)條件滿足響應(yīng)條件，則，則CPU應(yīng)應(yīng)中止當前的中斷服務(wù)程中止當前的中斷服務(wù)程序序，保護此程序的斷點和現(xiàn)場，轉(zhuǎn)而，保護此程序的斷點和現(xiàn)場，轉(zhuǎn)而響應(yīng)高級中斷響應(yīng)高級中斷。這種多級（重）中斷的處理方式稱為這種多級（重）中斷

20、的處理方式稱為“嵌套嵌套”。 現(xiàn)行主程序 中斷服務(wù)子程序1 斷點1 中斷服務(wù)子程序2 斷點2 IRET IRET 非預(yù)料事件非預(yù)料事件1 1非預(yù)料事件非預(yù)料事件2中斷嵌套過程示意圖中斷嵌套過程示意圖中斷嵌套必須具備的幾個條件中斷嵌套必須具備的幾個條件l正處于響應(yīng)狀態(tài)的中斷服務(wù)程序中，應(yīng)開放正處于響應(yīng)狀態(tài)的中斷服務(wù)程序中，應(yīng)開放總中斷（總中斷（IF位置位置1）l新中斷應(yīng)具有比原中斷有新中斷應(yīng)具有比原中斷有高的優(yōu)先級高的優(yōu)先級；同級同級或低級均不能嵌套或低級均不能嵌套l為保護各級中斷服務(wù)程序的數(shù)據(jù)不被破壞，為保護各級中斷服務(wù)程序的數(shù)據(jù)不被破壞，所有服務(wù)程序中均應(yīng)有所有服務(wù)程序中均應(yīng)有保護現(xiàn)場、恢復(fù)

21、現(xiàn)場保護現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場的指令的指令l每個中斷服務(wù)程序末尾必須有每個中斷服務(wù)程序末尾必須有IRET指令指令以示以示結(jié)束，從而返回被中斷的程序地址處結(jié)束，從而返回被中斷的程序地址處中斷系統(tǒng)相關(guān)概念中斷系統(tǒng)相關(guān)概念l中斷屏蔽中斷屏蔽：在某些情況下，在某些情況下，CPU可能不對中斷請求信號作可能不對中斷請求信號作出響應(yīng)或處理，這就是中斷屏蔽。出響應(yīng)或處理，這就是中斷屏蔽。l屏蔽情況屏蔽情況中斷屏蔽標志中斷屏蔽標志IF接口電路中的中斷屏蔽寄存器接口電路中的中斷屏蔽寄存器系統(tǒng)在處理優(yōu)先級別較高的中斷請求時，不會理睬后來系統(tǒng)在處理優(yōu)先級別較高的中斷請求時，不會理睬后來的級別較低的中斷請求的級別較低的中斷請求

22、 。中斷處理過程中斷處理過程 l中斷檢測中斷檢測 lCPU內(nèi)部硬件自動完成內(nèi)部硬件自動完成 l中斷判優(yōu)中斷判優(yōu)是否已有中斷，哪個優(yōu)先級更高是否已有中斷，哪個優(yōu)先級更高l中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)CPU內(nèi)部硬件自動完成內(nèi)部硬件自動完成 l中斷處理服務(wù)中斷處理服務(wù) 中斷服務(wù)是根據(jù)用戶自行編制的指令順序完成各中斷服務(wù)是根據(jù)用戶自行編制的指令順序完成各項操作的。項操作的。 l中斷返回中斷返回中斷系統(tǒng)的功能中斷系統(tǒng)的功能一、實現(xiàn)中斷及返回一、實現(xiàn)中斷及返回l中斷源發(fā)出中斷請求，中斷源發(fā)出中斷請求，CPU決定是否響應(yīng)，決定是否響應(yīng)，若響應(yīng)若響應(yīng)，則，則保保護斷點和現(xiàn)場護斷點和現(xiàn)場，轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序，轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷

23、服務(wù)程序，中斷服務(wù)結(jié)束中斷服務(wù)結(jié)束后后，恢復(fù)現(xiàn)場和斷點恢復(fù)現(xiàn)場和斷點，繼續(xù)執(zhí)行原程序。，繼續(xù)執(zhí)行原程序。CPU執(zhí)行流程執(zhí)行流程中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序1 1非預(yù)料事件非預(yù)料事件1 1中斷系統(tǒng)的功能中斷系統(tǒng)的功能二、能實現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊二、能實現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊l按各中斷請求的重要程度排列按各中斷請求的重要程度排列CPU響應(yīng)的次序稱響應(yīng)的次序稱為為中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級。l即同時有多個中斷請求到來時，即同時有多個中斷請求到來時，CPU會會首先響應(yīng)首先響應(yīng)和處理優(yōu)先級別最高的中斷請求和處理優(yōu)先級別最高的中斷請求。l中斷優(yōu)先級的實現(xiàn)可以中斷優(yōu)先級的實現(xiàn)可以用軟件或硬件用軟件或硬件設(shè)置設(shè)置30簡單中斷接口中的軟硬

24、件功能簡單中斷接口中的軟硬件功能SRCPDQ外設(shè)發(fā)出的中外設(shè)發(fā)出的中斷請求信號斷請求信號CPU中斷請求中斷請求復(fù)位信號復(fù)位信號5V送至總線的中送至總線的中斷請求引腳斷請求引腳CPU中斷請求中斷請求允許信號允許信號硬件需完成的功能：硬件需完成的功能：可產(chǎn)生穩(wěn)定的中斷請求信號可產(chǎn)生穩(wěn)定的中斷請求信號可屏蔽該中斷請求信號可屏蔽該中斷請求信號可清除該中斷請求信號可清除該中斷請求信號軟件需完成的功能：軟件需完成的功能：產(chǎn)生中斷請求允許信號產(chǎn)生中斷請求允許信號產(chǎn)生中斷請求復(fù)位信號產(chǎn)生中斷請求復(fù)位信號裝載中斷服務(wù)子程序裝載中斷服務(wù)子程序 將用戶中斷服務(wù)子程序的將用戶中斷服務(wù)子程序的入口地址放入中斷向量表入口

25、地址放入中斷向量表31中斷的軟件判優(yōu)法中斷的軟件判優(yōu)法至至CPU的的INTR引腳引腳+由外設(shè)設(shè)置的由外設(shè)設(shè)置的中斷請求寄存器中斷請求寄存器1 2 3 4 5 6 7 8可由程序設(shè)置的可由程序設(shè)置的中斷允許寄存器中斷允許寄存器1 2 3 4 5 6 7 8 設(shè)備優(yōu)先級由軟設(shè)備優(yōu)先級由軟件查詢流程確定。件查詢流程確定。試畫出工作流程；試畫出工作流程；考慮如何得到中斷類型號；考慮如何得到中斷類型號；32中斷優(yōu)先權(quán)編碼電路中斷優(yōu)先權(quán)編碼電路 8-3編編碼碼器器A2A1A0B2B1B0比比較較器器AB12中斷請求信號中斷請求信號+至至CPU的的INTR引腳引腳優(yōu)先權(quán)失效信號優(yōu)先權(quán)失效信號+優(yōu)先優(yōu)先權(quán)寄權(quán)

26、寄存器存器CPU 1 2 3 4 5 6 7 8可由程序設(shè)置的可由程序設(shè)置的中斷允許寄存器中斷允許寄存器由外設(shè)設(shè)置的由外設(shè)設(shè)置的中斷請求寄存器中斷請求寄存器1 2 3 4 5 6 7 8 設(shè)備優(yōu)先級由編碼設(shè)備優(yōu)先級由編碼器連接方式確定。器連接方式確定。33 設(shè)備優(yōu)先級由鏈式設(shè)備優(yōu)先級由鏈式電路連接順序確定。電路連接順序確定。菊花鏈式排隊電路菊花鏈式排隊電路B1 B1 B2B2H1 H1 H2 H2 G1 G1 G2 G2 CPU的中斷響的中斷響應(yīng)信號應(yīng)信號INTA到設(shè)備到設(shè)備1的中斷的中斷響應(yīng)信號輸出響應(yīng)信號輸出到設(shè)備到設(shè)備2的中斷的中斷響應(yīng)信號輸出響應(yīng)信號輸出到設(shè)備到設(shè)備7的中斷的中斷響應(yīng)信

27、號輸出響應(yīng)信號輸出到設(shè)備到設(shè)備8的中斷的中斷響應(yīng)信號輸出響應(yīng)信號輸出1 2 3 4 5 6 78可由程序設(shè)置的可由程序設(shè)置的中斷允許寄存器中斷允許寄存器由外設(shè)設(shè)置的由外設(shè)設(shè)置的中斷請求寄存器中斷請求寄存器至至CPU的的INTR引腳引腳+1 2 3 4 5 6 78A1 A1 A2 A2 34 端口 譯碼 三態(tài) 緩沖器 輸入 鎖存器 中斷 請求 Q D R 中斷屏蔽 觸發(fā)器 Q1 輸入設(shè)備 數(shù)據(jù)總線 地址總線 數(shù)據(jù) +5VRD INTA INT 選通信號 接口的程序中斷方式接口的程序中斷方式6.3.3 直接存儲器訪問（直接存儲器訪問（DMA）方式）方式l程序查詢傳送方式的特點程序查詢傳送方式的特

28、點電路簡單電路簡單不能實時響應(yīng)不能實時響應(yīng)適用于簡單的無實時性要求的場合適用于簡單的無實時性要求的場合需要需要CPU參與參與l程序中斷傳送方式的特點程序中斷傳送方式的特點實時響應(yīng)，需要中斷控制電路實時響應(yīng)，需要中斷控制電路適用于傳輸數(shù)據(jù)量較少，而要求實時性較高的場合適用于傳輸數(shù)據(jù)量較少，而要求實時性較高的場合需要需要CPU參與參與lDMA方式方式解決一次性傳輸大量數(shù)據(jù)解決一次性傳輸大量數(shù)據(jù)一般用于存儲器與一般用于存儲器與I/O之間，之間，CPU不參與傳輸而運行其他程不參與傳輸而運行其他程序序3536數(shù)據(jù)緩數(shù)據(jù)緩沖器沖器地址緩地址緩沖器沖器數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線時序控時序控制邏輯制邏輯

29、IOR MEMRMEMW片選片選IOWCLK計數(shù)指示計數(shù)指示總線請求總線請求復(fù)位復(fù)位總線仲總線仲裁邏輯裁邏輯DMA控控制邏輯制邏輯地址寄地址寄存器存器計數(shù)寄計數(shù)寄存器存器狀態(tài)寄狀態(tài)寄存器存器總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA響應(yīng)響應(yīng)DMA應(yīng)答應(yīng)答DMA控制器結(jié)構(gòu)控制器結(jié)構(gòu)外設(shè)申請外設(shè)申請DMA操作操作總線響總線響應(yīng)應(yīng)DMADMAC初始化初始化DMAC傳輸傳輸DMAC具備的功能具備的功能l向向CPU發(fā)出總線請求信號發(fā)出總線請求信號HOLD。l當當CPU允許出讓總線控制權(quán)時，能夠接收允許出讓總線控制權(quán)時，能夠接收CPU發(fā)出的發(fā)出的總線應(yīng)答信號總線應(yīng)答信號HLDA，并接管總線進入，并接管總線進入DMA方式。方式

30、。l具有尋址功能，對存儲器及具有尋址功能，對存儲器及I/O尋址并修改地址指針尋址并修改地址指針。l具有控制邏輯，能發(fā)出讀具有控制邏輯，能發(fā)出讀/寫控制信號。寫控制信號。l決定傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，并判斷決定傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，并判斷DMA是否結(jié)束。是否結(jié)束。l發(fā)出發(fā)出DMA結(jié)束信號，交出總線權(quán)，使結(jié)束信號，交出總線權(quán)，使CPU恢復(fù)正?；謴?fù)正常工作狀態(tài)工作狀態(tài)3738存儲器存儲器CPUDMACI/O地址總線地址總線AB總線請求總線請求總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA請求請求DMA響應(yīng)響應(yīng)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB控制總線控制總線CBDMA傳送過程傳送過程I/ODMA請求請求DMAC總線請求總線請求CPU總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA

31、響應(yīng)響應(yīng)n可在可在I/O設(shè)備和存儲器之間直接傳送數(shù)據(jù)。設(shè)備和存儲器之間直接傳送數(shù)據(jù)。n傳送時，源和目的均直接由硬件指定。傳送時，源和目的均直接由硬件指定。n傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長度需要指定，計數(shù)由硬件自動進行。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長度需要指定，計數(shù)由硬件自動進行。n在一批數(shù)據(jù)傳輸完成后，一般通過中斷方式通知在一批數(shù)據(jù)傳輸完成后，一般通過中斷方式通知CPU進行后續(xù)處理。進行后續(xù)處理。nCPU和和I/O設(shè)備能在一定程度上并行工作，效率高。設(shè)備能在一定程度上并行工作，效率高。n一般用于高速批量數(shù)據(jù)的傳輸一般用于高速批量數(shù)據(jù)的傳輸 396.4 并行接口并行接口l無握手并行接口無握手并行接口最簡單的直接數(shù)據(jù)輸出或輸入最

32、簡單的直接數(shù)據(jù)輸出或輸入 40 按鍵接口按鍵接口l線性鍵盤線性鍵盤每一個按鍵需要占用每一個按鍵需要占用I/O端口的一根口線端口的一根口線l矩陣鍵盤矩陣鍵盤所有按鍵按行、列排列，較節(jié)約所有按鍵按行、列排列，較節(jié)約I/O口線口線非編碼鍵盤：非編碼鍵盤：主主CPU處理按鍵的操作，降低了主處理按鍵的操作，降低了主CPU的效率的效率編碼鍵盤編碼鍵盤：使用專用的：使用專用的CPU（單片機）處理按鍵操作，緩減主（單片機）處理按鍵操作，緩減主CPU的的負擔(dān)負擔(dān)并并行行端端口口VCC 8 位并行輸入端口 8 位并行輸出端口 +5V 10k 10k 10k 10k 第 0 行 第 1 行 第 2 行 第 8 行

33、第 0 列 第 1 列 第 2 列 第 3 列 第 8 列 41矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)矩陣鍵盤結(jié)構(gòu) 8位位并行并行輸入輸入端口端口8位位并行并行輸出輸出端口端口+5V10k10k10k10k第第0行行第第1行行第第2行行第第7行行第第0列列 第第1列列 第第2列列 第第3列列 第第7列列42行掃描法（一）行掃描法（一） l第一步：判斷是否有鍵按下第一步：判斷是否有鍵按下 輸出端口輸出端口的各位都為低電平，即的各位都為低電平，即各列都為各列都為0 0 讀取輸入端口數(shù)據(jù)讀取輸入端口數(shù)據(jù)，如果輸入不等于，如果輸入不等于FFHFFH，則有鍵被按則有鍵被按下下 43行掃描法行掃描法( (二）二）l第二步：確定按鍵

34、號第二步：確定按鍵號確定按鍵的列數(shù)：輸出掃描值，使確定按鍵的列數(shù)：輸出掃描值，使某一列為低電某一列為低電平，其它列為高電平平，其它列為高電平；讀?。蛔x取行值，看是否有行線行值，看是否有行線處于低電平處于低電平 確定按鍵的行數(shù)：循環(huán)右移行值，直到為確定按鍵的行數(shù)：循環(huán)右移行值，直到為0 0 44行掃描法程序流程行掃描法程序流程 是否有一行接地？是否有一行接地？鍵盤鍵盤命令命令處理處理是是進位位為進位位為0？否否掃描值循環(huán)左移一位，掃描值循環(huán)左移一位，使下一列為低電平使下一列為低電平鍵號鍵號 +8，計數(shù)值，計數(shù)值 -1否否讀進行值讀進行值行值循環(huán)右移一位行值循環(huán)右移一位是是結(jié)束結(jié)束是是全部掃描完？

35、全部掃描完？否否設(shè)鍵號設(shè)鍵號 =0，計數(shù)器，計數(shù)器 =列數(shù)列數(shù)行掃描初值行掃描初值 =11111110B輸出掃描值，使某一行為低電平輸出掃描值，使某一行為低電平RCR ALRCR AL，1 1JNC PROCJNC PROCINC BLINC BL鍵值鍵值+1+145數(shù)碼管結(jié)構(gòu)數(shù)碼管結(jié)構(gòu)共陰結(jié)構(gòu)共陰結(jié)構(gòu)：輸入控制：輸入控制端為高電平時，對應(yīng)端為高電平時，對應(yīng)的的LED亮亮共陽結(jié)構(gòu)共陽結(jié)構(gòu)：輸入控制：輸入控制端為低電平時，對應(yīng)端為低電平時，對應(yīng)的的LED亮亮多位數(shù)碼管組成的多位數(shù)碼管組成的數(shù)碼顯示屏可以有數(shù)碼顯示屏可以有動態(tài)和靜態(tài)動態(tài)和靜態(tài)兩種顯兩種顯示方式示方式46數(shù)碼屏顯示方式數(shù)碼屏顯示方式

36、l靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示：顯示位數(shù)少時使用：顯示位數(shù)少時使用各各位位（8段）輸入控制端分別與接口電路的輸出端相連；段）輸入控制端分別與接口電路的輸出端相連；各各段段（LED）恒定地導(dǎo)通或截止；）恒定地導(dǎo)通或截止；占用占用I/O口：口：8*Nl動態(tài)顯示動態(tài)顯示：顯示位數(shù)多時使用：顯示位數(shù)多時使用各位共享輸入控制端；各位共享輸入控制端；需同時進行需同時進行位選位選（選中被點亮的位）和（選中被點亮的位）和段選段選（輸入控制（輸入控制端確定各端確定各LED的發(fā)光情況）的發(fā)光情況）各位輪流顯示一遍的總時間不能過長各位輪流顯示一遍的總時間不能過長(不大于不大于20ms占用占用I/O口口:8N4768數(shù)碼顯示屏靜

37、態(tài)顯示接口數(shù)碼顯示屏靜態(tài)顯示接口48并行輸出端口(帶鎖存功能)并行輸出端口（帶鎖存功能）D0D7D7D6D5D4D3D2D1D0D5D4D3D2D1D0位0位1位2位3位4位5D0D7段選段選位選位選圖 6 個數(shù)碼管的顯示接口電路6.4.2 帶握手信號的并行接口帶握手信號的并行接口l輸入設(shè)備發(fā)出的選通信號輸入設(shè)備發(fā)出的選通信號lCPU讀接口中的狀態(tài)緩沖寄存器，以確定外設(shè)是否準備好讀接口中的狀態(tài)緩沖寄存器，以確定外設(shè)是否準備好l若若READY=1，說明外設(shè)已將數(shù)據(jù)送到接口，說明外設(shè)已將數(shù)據(jù)送到接口，CPU讀數(shù)據(jù)端口，同時數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)端口，同時數(shù)據(jù)端口的讀信號將接口中的端口的讀信號將接口中的D觸發(fā)器

38、清零，完成本次數(shù)據(jù)傳送。觸發(fā)器清零，完成本次數(shù)據(jù)傳送。496.4.2 帶握手信號的并行接口帶握手信號的并行接口l若若BUSY=0，CPU向數(shù)據(jù)端口寫入需發(fā)送的數(shù)據(jù)，同時將接口中的向數(shù)據(jù)端口寫入需發(fā)送的數(shù)據(jù)，同時將接口中的D觸觸發(fā)器置發(fā)器置1，即令，即令BUSY=1l輸出設(shè)備從接口的數(shù)據(jù)鎖存器中讀出數(shù)據(jù)；輸出設(shè)備從接口的數(shù)據(jù)鎖存器中讀出數(shù)據(jù)；l輸出設(shè)備發(fā)出響應(yīng)信號輸出設(shè)備發(fā)出響應(yīng)信號ACK將接口中的將接口中的D觸發(fā)器清零，即令觸發(fā)器清零，即令BUSY=0，完成本次數(shù)據(jù)傳送。完成本次數(shù)據(jù)傳送。50nCPU讀接口中讀接口中的狀態(tài)緩沖寄的狀態(tài)緩沖寄存器，并檢查存器，并檢查狀態(tài)信息以確狀態(tài)信息以確定外設(shè)

39、是否可定外設(shè)是否可以接收數(shù)據(jù)；以接收數(shù)據(jù)；雙向傳輸接口雙向傳輸接口51 D0D7 DIR AEN IOR A0A9 IOW IRQ 復(fù)位 寫數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù) 寫控制 讀控制 讀狀態(tài) 數(shù)據(jù)線 控制線 狀態(tài)線 5 4 8 4 輸出數(shù)據(jù) 寄存器 數(shù)據(jù)收發(fā)器 命令譯碼器 輸入數(shù)據(jù) 緩沖器 控制寄存器 狀態(tài)寄存器B 狀態(tài)寄存器A 集電極驅(qū)動器 打 印 機 6.4.3 可編程并行接口可編程并行接口l允許用戶通過寫入不同的允許用戶通過寫入不同的控制字控制字改變其工作方式改變其工作方式l工作模式選擇寄存器、中斷允許寄存器、上拉使能寄存器、三工作模式選擇寄存器、中斷允許寄存器、上拉使能寄存器、三態(tài)使能寄存器和多功能

40、選擇寄存器態(tài)使能寄存器和多功能選擇寄存器52I/O引腳引腳上拉控上拉控制位制位三態(tài)輸出三態(tài)輸出控制位控制位I/O數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出復(fù)用信號輸出復(fù)用信號輸出多功能復(fù)多功能復(fù)用選擇位用選擇位毛刺毛刺濾除濾除毛刺濾除毛刺濾除控制位控制位邊沿邊沿檢測檢測中斷允中斷允許位許位其他其他I/O中中斷請求信號斷請求信號PIO中斷中斷請求信號請求信號I/O數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入I/O中斷狀態(tài)中斷狀態(tài)電源電源可編程并行接口可編程并行接口l數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫控制邏輯、輸入寫控制邏輯、輸入/輸出端口輸出端口(A、B和和C)、可編程控制寄存器等、可編程控制寄存器等5354工作方式控制字工作方式控制字1D7

41、D6D5D4D3D2D1D00 輸出輸出1 輸入輸入PC3PC0B口口0 輸出輸出1 1 輸入輸入0 方式方式01 方式方式1B口工作方式口工作方式PC7PC40 輸出輸出1 輸入輸入A口口0 輸出輸出1 輸入輸入特征位，特征位，D7=1表示是方式控制字表示是方式控制字A口工作方式口工作方式00 方式方式001 方式方式11x 方式方式2方式方式1聯(lián)絡(luò)信號聯(lián)絡(luò)信號lA、B端口均可工作于方式端口均可工作于方式1，C口線需要作為口線需要作為A/B的聯(lián)絡(luò)信的聯(lián)絡(luò)信號號l未使用的未使用的C口線，可作為普通口線，可作為普通I/O使用使用55方式方式2聯(lián)絡(luò)信號聯(lián)絡(luò)信號l只有只有A端口可工作于方式端口可工作

42、于方式2，C口線需要作為口線需要作為其聯(lián)絡(luò)信號其聯(lián)絡(luò)信號lA/B工作方式可獨立設(shè)置，不相關(guān)聯(lián)工作方式可獨立設(shè)置，不相關(guān)聯(lián)56570D7D6D5D4D3D2D1D00 復(fù)位復(fù)位1 置位置位設(shè)置內(nèi)容設(shè)置內(nèi)容特征位，特征位，D7=0表示是表示是C口按位口按位置位置位/復(fù)位控制字復(fù)位控制字無意義無意義選擇操作位選擇操作位C口置口置/復(fù)位控制字復(fù)位控制字D3 D2 D1C端口位端口位0 0 0PC00 0 1PC10 1 0PC20 1 1PC31 0 0PC41 0 1PC51 1 0PC61 1 1PC76.5 串行接口串行接口l實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串串/并、并并、并/串串轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換l實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的格式格式化化(如自動加入起始位、校驗位或同步字符等如自動加入起始位、校驗位或同步字符等l實現(xiàn)實現(xiàn)差錯控制差錯控制（如異步通信中的幀格式錯、奇偶校驗錯、溢出錯等如異步通信中的幀格式錯、奇偶校驗錯、溢出錯等