第08章 中斷技術(shù)及8259A使用

1、中斷技術(shù)及中斷技術(shù)及8259A的使用的使用教學(xué)重點 （1）中斷基本概念 （2）8086中斷系統(tǒng) （3）可編程中斷控制器8259A教學(xué)要求理解： 1）中斷、中斷源、中斷向量、中斷過程； 2）8086中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、中斷類型碼、中斷過程； 3）8259A 的功能、編程及使用方法；掌握： 1）8086中斷方式及中斷入口地址形成方式； 2）8086中斷處理過程； 3）8259A的初始化方法；第第8章章 中斷技術(shù)及中斷技術(shù)及8259A的使用的使用8.1 中斷的概述中斷的概述 8.2 中斷的一般過程中斷的一般過程 8.3 8086中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 8.4 中斷控制器中斷控制器8259A8.1 中斷的概述中斷

2、的概述 中斷是微機原理中的一種非常重要的技術(shù)，也是CPU和外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的一種很有效的方法 中斷的概念中斷的概念 所謂中斷（Interrupt），是指計算機在運行過程中，當有某些緊急事件或外設(shè)請求發(fā)生時，迫使CPU暫時中斷現(xiàn)行程序的運行而去處理緊急情況或外設(shè)請求，即去執(zhí)行其對應(yīng)的中斷服務(wù)程序；等到事件處理完畢，又返回原程序的中斷點處，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。這個過程和機制稱為中斷。 中斷的用途中斷的用途 CPU與I/O設(shè)備并行工作實現(xiàn)實時處理多道程序或多重任務(wù)的運行故障處理中斷源及其來源分類中斷源及其來源分類 引起中斷的原因，或能發(fā)出中斷申請的來源，稱為中斷源。 通常中斷源有以下幾種：一般

3、的輸入、輸出設(shè)備。如鍵盤、紙帶讀入機、行打印機等。數(shù)據(jù)通道中斷源。如磁盤、磁帶等。實時時鐘 故障源 為調(diào)試程序而設(shè)置的中斷源中斷的分類 就其性質(zhì)講，可分為內(nèi)部中斷和外部中斷 所謂外部中斷，一般是指I/O設(shè)備或其它硬件電路所引起的中斷。它的特點是通過硬件向CPU發(fā)出中斷請求信號，經(jīng)常稱外部中斷為硬件中斷。外部中斷又分為非屏蔽中斷（NMI）和可屏蔽中斷（INTR）。 所謂內(nèi)部中斷，主要指CPU內(nèi)部的中斷，是通過指令設(shè)置的中斷。所以內(nèi)部中斷也稱為軟件中斷。使用軟件中斷，其功能類似于子程序調(diào)用。只是這些子程序大部分是系統(tǒng)提供的，所以這類子程序的調(diào)用相當于高級語言中的庫函數(shù)的調(diào)用。 8.2 中斷的一般過

4、程中斷的一般過程 中斷請求中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷返回中斷請求 中斷請求信號是由中斷源向CPU發(fā)出的。中斷源可以是外部事件，也可以是CPU的內(nèi)部事件。外部事件的中斷請求是外部設(shè)備向CPU中斷請求引腳發(fā)出的電平或邊沿信號。內(nèi)部事件的中斷請求可以是CPU執(zhí)行一條中斷指令使CPU進入中斷處理過程，也可以是CPU執(zhí)行程序的結(jié)果使CPU進入中斷處理過程。 中斷響應(yīng) 若為非屏蔽中斷申請，則CPU執(zhí)行完正在執(zhí)行的那一條指令后，做好保護工作即可去響應(yīng)； 若為可屏蔽中斷申請，CPU只有得到允許才能去響應(yīng)。這就是說CPU能否在接到中斷申請后立即響應(yīng)要視情況而定。 對可屏蔽的中斷申請，CPU要響應(yīng)，必須滿足以下三個條件

5、：p 無總線請求；p CPU允許中斷；p CPU執(zhí)行完現(xiàn)行指令。 CPU響應(yīng)中斷要自動完成三項任務(wù)：u 關(guān)閉中斷；u CS，IP以及PSW的內(nèi)容推入堆棧（保護斷點）；u 取得中斷服務(wù)程序入口地址，進入中斷服務(wù)。中斷服務(wù) 中斷服務(wù)包括以下六個過程： 保護現(xiàn)場 開中斷 中斷服務(wù)程序 關(guān)中斷 恢復(fù)現(xiàn)場 開中斷返回 中斷返回 在中斷服務(wù)程序最后安排一條中斷返回指令，使斷點送回程序計數(shù)器IP，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。 8.3 8086中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)NMIINTR硬件中斷可屏蔽中斷請求INT n 指令非屏蔽中斷請求中 斷 邏 輯INT3指令I(lǐng)NTO指令單步中斷除數(shù)為0中 斷中斷控制系統(tǒng)(8259A)808

6、6的中斷分類軟件中斷中斷向量及中斷向量表中斷向量及中斷向量表 所謂中斷向量，實際上就是中斷處理子程序的入口地址，每個中斷類型對應(yīng)一個中斷向量。 8086的中斷系統(tǒng)是以位于內(nèi)存0段的03FFH區(qū)域的中斷向量表為基礎(chǔ)的，中斷向量表中最多可以容納256個中斷向量。 中斷向量并不是任意存放的。一個中斷向量占4個存儲單元，其中，前2個單元存放中斷處理子程序入口地址的偏移量（IP），低位在前，高位在后，后2個單元存放中斷處理子程序入口地址的段地址（CS），同樣也是低位在前、高位在后。按照中斷類型的序號，對應(yīng)的中斷向量在內(nèi)存的0段0單元開始有規(guī)則地進行排列。8086中斷處理的優(yōu)先級中斷處理的優(yōu)先級 8086

7、CPU的中斷優(yōu)先權(quán)排列從高到低為： 除法出錯中斷，溢出中斷，INT n, 斷點中斷 NMI INTR 單步中斷8086中斷類型號的獲取方法中斷類型號的獲取方法 有兩種方法獲取類型號。 第一種是用指令直接獲取。對于類型號04的中斷，由于8086CPU已規(guī)定了產(chǎn)生中斷的原因，所以可以直接獲取類型號。而INT N類型的中斷可以由指令直接得到中斷類型號。 第二種是由外部引入的INTR中斷，當CPU響應(yīng)中斷時必須由硬件提供中斷類型號。在可屏蔽中斷響應(yīng)周期進行到第二個周期時，類型號放入數(shù)據(jù)總線，CPU從數(shù)據(jù)總線上獲取類型號 8086中斷過程之內(nèi)部中斷過程中斷過程之內(nèi)部中斷過程 首先將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容壓入堆

8、棧中。置TF=0，暫停單步中斷，并置IF=0，用以屏蔽以后的可屏蔽中斷。斷點地址CS：IP壓入堆棧。識別中斷源，首先獲取中斷類型號，并將其乘4，得到存儲中斷向量的起始地址，進而取得中斷向量。將中斷向量中的高地址的字送入CS寄存器，將低地址的字送IP寄存器中。執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序最后一條指令為IRET，這條指令的功能保證了從堆棧中彈出斷點IP和CS的內(nèi)容，并存入各自的寄存器中，并接著彈出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，恢復(fù)斷點的狀態(tài)標志。CPU按CS和IP指示的內(nèi)容正確地返回了程序的斷點處，程序從斷點處繼續(xù)運行。8086中斷過程之非屏蔽中斷過程中斷過程之非屏蔽中斷過程 CPU一旦響應(yīng)了中斷請求，首先

9、將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容壓入堆棧中。置TF=0，暫停單步中斷，并置IF=0，用以屏蔽以后的中斷。斷點地址CS：IP壓入堆棧。識別中斷源，首先由中斷類型號02H查中斷向量表讀取中斷服務(wù)程序的入口地址到CS和IP中。執(zhí)行中斷服務(wù)程序。執(zhí)行中斷返回指令I(lǐng)RET，這條指令的功能保證了從堆棧中彈出斷點IP和CS的內(nèi)容，并存入各自的寄存器中，并接著彈出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，恢復(fù)斷點的狀態(tài)標志。CPU按CS和IP指示的內(nèi)容正確地返回了程序的斷點處，程序從斷點處繼續(xù)運行。8086中斷過程之可屏蔽中斷過程中斷過程之可屏蔽中斷過程 執(zhí)行中斷響應(yīng)周期發(fā)出中斷響應(yīng)信號， 從數(shù)據(jù)總線讀取中斷類型號。如果當時IF=0，那么可屏蔽的

10、中斷源被屏蔽。當IF=1時，CPU在執(zhí)行完當前指令（有重復(fù)前綴的字符串操作指令除外）后將響應(yīng)它所收到的中斷請求。如果有幾個中斷源同時請求中斷，則CPU只響應(yīng)其中優(yōu)先級最高的。CPU一旦響應(yīng)了中斷請求，首先將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容壓入堆棧中。置TF=0，暫停單步中斷，并置IF=0，用以禁止CPU響應(yīng)新的可屏蔽中斷請求。將指示斷點的指令指針寄存器IP及代碼段寄存器CS的內(nèi)容壓入堆棧。識別中斷源，首先獲取中斷類型號，并將其乘4，得到存儲中斷向量的起始地址，進而取得中斷向量。將中斷向量中的高地址的字送入CS寄存器，將低地址的字送IP寄存器，于是開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序最后一條指令為IRET，這條指

11、令的功能保證了從堆棧中彈出斷點IP和CS的內(nèi)容，并存入各自的寄存器中，并接著彈出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，恢復(fù)斷點的狀態(tài)標志。CPU按CS和IP指示的內(nèi)容正確地返回了程序的斷點處，程序從斷點處繼續(xù)運行。8.4 中斷控制器中斷控制器8259A Intel 8259A的功能的功能 8259A的結(jié)構(gòu)及引腳的結(jié)構(gòu)及引腳 8259A的中斷管理方式的中斷管理方式 Intel 8259A的功能的功能 Intel 8259A是與8080/8085系列以及8088/8086系列兼容的可編程的中斷控制器。它的主要功能為：具有8級優(yōu)先權(quán)控制，通過級連可擴展至64級優(yōu)先權(quán)控制。每一級中斷都可以屏蔽或允許。在中斷響應(yīng)周期，82

12、59A可提供相應(yīng)的中斷類型號，從而能迅速地轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序。 8259A有幾種工作方式，可以通過編程來進行選擇。8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 中斷請求寄存器（IRR） 該寄存器用來存放由外部輸入的中斷請求信號IR7IR0，當某個輸入端為高電平時，該寄存器的相應(yīng)位置“1”。 中斷服務(wù)寄存器（ISR） 該寄存器記錄正在處理中的中斷請求，當任何一級中斷被響應(yīng)，CPU正在執(zhí)行它的中斷服務(wù)程序時，ISR寄存器中的相應(yīng)位置“1”，一直保持到該級中斷處理過程結(jié)束為止。多重中斷情況下，ISR寄存器中可有多位被同時置“1”。 優(yōu)先權(quán)判別器（PR） 當輸入端IR7IR0中有多個中斷請求信號同時產(chǎn)生時，由PR判定哪個中斷請

13、求具有最高優(yōu)先權(quán)，并在脈沖期間把它置入中斷服務(wù)寄存器ISR的相應(yīng)位。 8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的說明8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的說明（續(xù)）中斷屏蔽寄存器（IMR） 該寄存器中存放有關(guān)被屏蔽的中斷線上的信息。當某位置“1”時，表示禁止這一級中斷請求進入系統(tǒng)，通過IMR寄存器可實現(xiàn)對各級中斷的有選擇的屏蔽。級聯(lián)緩沖/比較器 一片8259A只能接收8級中斷，當超過8級時，可用多片8259A級聯(lián)使用，構(gòu)成主從關(guān)系。對于主8259A，其級聯(lián)信號CAS2CAS0是輸出信號，而對于從8259A，級聯(lián)信號CAS2CAS0是輸入信號。 此時，主8259A的 端為“1”，從8259A的 端為“0”，且從8259A的INT輸

14、出接到主8259的中斷輸入端IR上，因而可把中斷擴展到64級。 SPSP8259A的管腳分配的管腳分配 8259中斷優(yōu)先權(quán)管理方式完全嵌套方式自動循環(huán)方式中斷屏蔽方式特殊完全嵌套方式 1.完全嵌套方式 在此種方式下，8259A的中斷請求輸入端引入的中斷具有固定的優(yōu)先權(quán)排隊順序，IR0為最高優(yōu)先級，IRl為次高優(yōu)先級，依次類推，IR7為最低優(yōu)先級。同時，高優(yōu)先級的中斷可進入低優(yōu)先級，但低優(yōu)先級不能進入高優(yōu)先級或同等優(yōu)先級。 2.自動循環(huán)方式 在完全嵌套方式下，中斷請求IR0IR7的優(yōu)先級別是固定不變的，使得從IR0引入的中斷總是具有最高優(yōu)先權(quán)。在某些情況下，我們需要能改變這種優(yōu)先級別，這時，可采

15、用自動循環(huán)方式。在這種方式下，從IR0IR7引入的中斷輪流具有最高優(yōu)先權(quán)。因為，當任何一級中斷被處理完，它的優(yōu)先級別就被改變?yōu)樽畹停罡邇?yōu)先級分配給該中斷的下一級中斷。例如：現(xiàn)正為IR3引入的中斷服務(wù)，若服務(wù)完畢，IR3為最低優(yōu)先級，IR4有最高優(yōu)先級，IR5有次高優(yōu)先級，依次排列。3.中斷屏蔽方式 用中斷屏蔽方式管理優(yōu)先權(quán)有兩種方法：第一，普通屏蔽方式。這種方式是在中斷屏蔽寄存器IMR中，將某一位或幾位置“1”來屏蔽掉相應(yīng)級別的中斷請求。CPU在執(zhí)行主程序時將IMR寄存器的相應(yīng)位置“1”，也可在CPU執(zhí)行某級的中斷服務(wù)中，禁止比它高的中斷進入，在服務(wù)程序中將IMR寄存器的相應(yīng)位置“1”屏蔽

16、。第二，采用特殊屏蔽方式，這時可以使低優(yōu)先級別的中斷進入正在服務(wù)的高優(yōu)先級別中。 4.特殊完全嵌套方式 特殊完全嵌套方式用在8259A有級聯(lián)的情況。當任何一個8259A片接收到一個中斷請求，經(jīng)本8259A判別確定為當前最高優(yōu)先級，則響應(yīng)這一中斷，通過INT端向8259A主片相應(yīng)的IR端提出中斷請求。如果這時8259A主片中ISR相應(yīng)位已置“1”，則說明該8259A從片的其它輸入端已提出過申請，且正在服務(wù)。8259A從片的判優(yōu)電路判別到剛申請的中斷優(yōu)先級最高，故應(yīng)停止現(xiàn)行中斷服務(wù)轉(zhuǎn)去為剛申請的中斷服務(wù)。在8259A有級聯(lián)的情況下，按完全嵌套方式管理優(yōu)先權(quán)：顯然，接在主片IR3上的從片比接在IR4

17、上的從片具有高的優(yōu)先權(quán)，而主片上IR0，IR1，IR2上的中斷比從片具有高優(yōu)先權(quán)。 8259A中斷結(jié)束的管理方式完全嵌套情況的方法自動循環(huán)情況的方法特殊完全嵌套情況方法完全嵌套情況下的中斷結(jié)束方法一般EOI方式，當任何一級中斷服務(wù)程序結(jié)束時，給8259A傳送一個EOI命令，8259A將ISR寄存器中級別最高的置“1”位清“0”，這種方式只有在當前結(jié)束的中斷總是尚未處理完的級別最高的中斷時，才能使用這種結(jié)束方式。如果在中斷服務(wù)中修改過中斷級別，則不能采用這種方式。特殊EOI方式，在一般EOI方式的基礎(chǔ)上，當中斷服務(wù)程序結(jié)束給8259A發(fā)出 EOI命令的同時，將當前結(jié)束的中斷級別也傳送給8259A

18、，這就被稱作特殊EOI方式。在這種情況下，8259A將ISR寄存器中指定級別的相應(yīng)置“1”位清“0”。這種方式適合于任何情況下使用。自動EOI方式，CPU進入中斷響應(yīng)總線周期的第二個中斷響應(yīng)信號結(jié)束時，自動將ISR寄存器相應(yīng)置“1”位清“0”。中斷結(jié)束時，不需要向8259A送EOI命令，這是一種最簡單的結(jié)束方式。但是存在一個明顯的缺點，任何一級中斷在執(zhí)行中斷服務(wù)程序期間，在8259A中沒有留下任何標志，如果在此過程中，出現(xiàn)了新的中斷請求，則只要CPU允許中斷，不管出現(xiàn)的中斷級別如何，都將打斷正在執(zhí)行的中斷服務(wù)而被優(yōu)先執(zhí)行，這顯然是不合理的。因此，使用自動EOI結(jié)束方式，只有在一些以預(yù)定速率發(fā)生中斷，且不會發(fā)生同級中斷互相打斷或低級中斷打斷高級中斷的情況下。自動循環(huán)情況下的中斷結(jié)束方式一般EOI方式 當任何一級中斷服務(wù)處理完畢，給8259A送一個一般EOI結(jié)束命令，8259A將ISR寄存器中級別最高的置“1”位清“0”，同時賦給它最低優(yōu)先級，將最高優(yōu)先級賦給原來比它低一級的中斷請求，其它中斷請求的優(yōu)先級別以循環(huán)方式類推。特殊EOI方式 這種方式主要用在自動循環(huán)優(yōu)先權(quán)管理方式下又有嵌套的情況。在一般EOI方式下，結(jié)束一個中斷就將它置為最低優(yōu)先級。若在服務(wù)程序中安排了一條優(yōu)先權(quán)置位指令，使得優(yōu)先權(quán)次序發(fā)生了變化，就必須使用特殊EOI方式，在向8259A發(fā)結(jié)束命令的同時，將其中斷