[高等教育]中斷系統(tǒng)ppt課件

1、 中斷：是指中央處置器CPU正在執(zhí)行程序，處置某件事情的時候，外部發(fā)生了某一事件懇求CPU馬上處置，CPU暫時中斷當前的任務轉(zhuǎn)入處置所發(fā)生的事件，處置完以后，再前往到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的任務。 可以實現(xiàn)中斷處置功能的部件稱為中斷系統(tǒng)。 向CPU 提出中斷懇求的源稱為中斷源。 中斷源向CPU 提出的處置懇求，稱為中斷懇求或中斷懇求。 CPU 贊同處置該懇求稱為中斷呼應，處置中斷懇求的程序稱為中斷效力子程序。 當CPU暫時終止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷效力子程序時，除了硬件自動把斷點PC值即下一條應執(zhí)行的指令地址)壓入堆棧之外，用戶應留意維護有關的任務存放器、累加器、標志位等信息，這稱為

2、維護現(xiàn)場； 在完成中斷效力子程序后，恢復有關的任務存放器、累加器、標志位的內(nèi)容，稱為恢復現(xiàn)場； 最后執(zhí)行中斷前往指令RETI，從堆棧中自動彈出斷點地址PC，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序，稱為中斷前往。主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序執(zhí)行中斷服務程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序高級中斷低級中斷中 斷中 斷返 回返 回(a） 中 斷 響 應 過 程(b） 中 斷 嵌 套 過 程RETI 優(yōu)先權：給各中斷源規(guī)定一個優(yōu)先級別，稱為優(yōu)先權。當兩個或者兩個以上的中斷源同時提出中斷懇求時，計算機首先為優(yōu)先權最高的中斷源效力，效力終了后再呼應級別較低的中斷源。計算機按中斷源級別高低逐次呼應的過程稱優(yōu)先權排隊。這個過程可以經(jīng)過硬件電路來實

3、現(xiàn)，也可以經(jīng)過程序查詢來實現(xiàn)。 中斷嵌套： 當CPU呼應某一中斷的懇求而進展中斷處置時，假設有優(yōu)先權級別更高的中斷源發(fā)出中斷懇求，CPU那么中斷正在進展的中斷效力程序，并保管這個程序的斷點，呼應高級中斷，在高級中斷處置完以后，再繼續(xù)執(zhí)行被中斷的中斷效力程序如圖5-1(b)所示。中斷懇求的中斷源的優(yōu)先權級別與正在處置的中斷源同級或更低時，CPU暫時不呼應這個中斷懇求，直至正在處置的中斷效力程序執(zhí)行完以后才去處置新的中斷懇求。5.2 MCS-51中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) MCS-51 單片機的中斷系統(tǒng)構造隨型號的不同而不同，包括中斷源數(shù)目，中斷優(yōu)先級、中斷控制存放器都有差別。典型的89C51單片機有5個中

4、斷源，具有2個中斷優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷嵌套。每一個中斷源可以設置為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷，允許或制止向CPU懇求中斷。89C51的中斷系統(tǒng)構造如圖5-2所示。01IT001IT0IE0IE0EX0ET0EX1ET1ES0INTTF0TF11INTR ITIPX0PT0PX1PT1PS高 級 中 斷 請 求低 級 中 斷 請 求中 斷 查 詢 順 序EAIE寄 存 器IP寄 存 器5.2.1 MCS-51中斷源中斷源8051有5個中斷源：2個是引腳(P3.2)、(P3.3)輸入的外部中斷源；3個是內(nèi)部中斷源，它們是定時器T0、T1和串行口的中斷懇求源。(1)外部中斷源上輸入的兩個外部中斷標志

5、和觸發(fā)方式控制位在特殊功能存放器TCON的低4位見表5-1。0INT1INT IE1：外部中斷1懇求源INT1，P3.3標志。IE11闡明外部中斷1正在向CPU懇求中斷。當CPU呼應該中斷時由硬件清“0IE1邊沿觸發(fā)方式。 IT1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。 ITl0：外部中斷1為電平觸發(fā)方式。這種方式下，INT1 端輸入低電平常，置位IE1，CPU在每個周期都采樣INT1引腳的輸入電平，當采樣到低電平常，置“1 IE1，采樣到高電平常清“0IE1。采用電平觸發(fā)方式時，外部中斷源信號必需堅持低電平信號有效，直到該中斷被CPU呼應，同時在該中斷效力程序執(zhí)行完之前，外部中斷源必需被去除，否那么將產(chǎn)

6、生另一次中斷。 ITl1，外部中斷1控制為邊沿先高后低的負跳變觸發(fā)方式。這種方式CPU在每一個周期采樣引腳的輸入電平。假設相繼的兩次采樣，前一個周期采樣到INT1為高電平，后一個周期采樣到INT1為低電平，那么置“1IE1。IE1=1表示外部中斷1正在向CPU懇求中斷，直到該中斷CPU呼應時，才由硬件清“0IE1。由于每個機器周期采樣一次外部中斷輸入電平，因此采用邊沿觸發(fā)方式時，外部中斷源輸入的高電平和低電平的時間必需堅持12個時鐘周期以上，才干保證被CPU檢測到從高到低的跳變。 IE0：外部中斷0懇求源INT0，P3.2標志。 IE0=1外部中斷0向CPU懇求中斷當CPU,呼應該中斷時由硬件

7、清“0IE0邊沿觸發(fā)方式。 IT0:外部中斷0觸發(fā)方式控制，其控制方式與外部中斷1類似。IT0=0：外部中斷0為電平觸發(fā)方式。IT0=1：外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式。 2定時器T0、T1中斷源 TF1和TF0分別為定時器T1和T0的溢出標志。 2定時器T0、T1中斷源TF1和TF0分別為定時器T1和T0的溢出標志。 TFl：T1溢出中斷標志。T1被啟動計數(shù)后，從初值開場加1計數(shù)，直至計滿溢出后，由硬件使TFll，向CPU懇求中斷，此標志不斷堅持到CPU呼應中斷后，才由硬件自動清“0。也可用軟件查詢該標志，并由軟件清“0。TF0：T0溢出中斷標志。其操作功能類似于TF1。 3串行口中斷懇求源 SC

8、ON 為串行口控制存放器，其低2 位鎖定串行口的發(fā)送中斷和接納中斷的中斷懇求標志TI和RI TI：串行發(fā)送中斷標志。CPU將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF后啟動發(fā)送，每發(fā)送完一個串行幀，硬件置位TI。TI標志由軟件去除。 RI：串行接納中斷標志。在串行口允許接納時，每接納完一個串行幀，硬件置位RI。RI標志由軟件去除。 5.2.2 中斷控制中斷控制 1中斷允許存放器中斷允許存放器IE(某位某位“1允許，允許，“0制制止止 EA：中斷允許總控制：中斷允許總控制 ES：串行口中斷允許位：串行口中斷允許位 ET1：定時：定時/計數(shù)器計數(shù)器T1的溢出中斷允許位。的溢出中斷允許位。 EX1：外部中斷

9、：外部中斷1中斷允許位中斷允許位 ET0：定時：定時/計數(shù)器計數(shù)器T0 的溢出中斷允許位。的溢出中斷允許位。 EX0：中斷：中斷0中斷允許位。中斷允許位。 2中斷優(yōu)先級存放器中斷優(yōu)先級存放器IP MCS51 單片機有兩個中斷優(yōu)先級，對于每單片機有兩個中斷優(yōu)先級，對于每一個中斷懇求源可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)一個中斷懇求源可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。公用存放器先級中斷。公用存放器IP一致管理中斷優(yōu)先級，一致管理中斷優(yōu)先級，它具有兩個中斷優(yōu)先級，由軟件設置每個中斷它具有兩個中斷優(yōu)先級，由軟件設置每個中斷源為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，并可實現(xiàn)源為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，并可實現(xiàn)兩級中斷

10、嵌套。高優(yōu)先級中斷源可以中斷正在兩級中斷嵌套。高優(yōu)先級中斷源可以中斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷效力程序，除非在執(zhí)行低執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷效力程序，除非在執(zhí)行低優(yōu)先級中斷效力程序時設置了優(yōu)先級中斷效力程序時設置了CPU關中斷或制關中斷或制止某些高優(yōu)先級中斷源的中斷。同級或低優(yōu)先止某些高優(yōu)先級中斷源的中斷。同級或低優(yōu)先級的中斷源不能中斷正在執(zhí)行的中斷效力程序。級的中斷源不能中斷正在執(zhí)行的中斷效力程序。假設假設IP中優(yōu)先級別一樣，中優(yōu)先級別一樣，CPU將采用默許優(yōu)先將采用默許優(yōu)先級處置中斷。級處置中斷。 默許優(yōu)先級由硬件構成，陳列次序如下： 中斷源 默許優(yōu)先級 外部中斷0 最高級 定時器T0 外部中斷1

11、定時器T0 串行口中斷 最低級 當重新設置優(yōu)先級時，那么順序查詢邏輯電路將會改動相應排隊順序。 例如，給中斷優(yōu)先級存放器IP中設置的優(yōu)先級控制字為11H，那么PS和PX0均為高優(yōu)先級中斷。當這兩個中斷源同時發(fā)出中斷懇求時，CPU將先呼應自然優(yōu)先級高的PX0的中斷懇求，而后呼應自然優(yōu)先級低的PS的中斷懇求。 中斷優(yōu)先級存放器IP 各位的功能如表5-4所列某位為1，設置為高優(yōu)先級 PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位PT1：定時/計數(shù)器T1中斷優(yōu)先級控制位PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位PX0：外部中斷0 中斷優(yōu)先級控制位5.2.3 中斷處置中斷處置 1中斷呼應過程中斷

12、呼應過程 CPU 在每一個機器周期順序檢查每一個中斷源。并按在每一個機器周期順序檢查每一個中斷源。并按優(yōu)先級處置每個被激活的中斷懇求，假設沒有被下述條優(yōu)先級處置每個被激活的中斷懇求，假設沒有被下述條件所阻止，將在下一個機器周期呼應激活了的最高級中件所阻止，將在下一個機器周期呼應激活了的最高級中斷懇求。斷懇求。 1CPU 正在處置一樣的或更高優(yōu)先級的中斷；正在處置一樣的或更高優(yōu)先級的中斷； 2現(xiàn)行的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后現(xiàn)行的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后個機器個機器周期；周期； 3正在執(zhí)行的指令是正在執(zhí)行的指令是RETI 或是訪問或是訪問IE或或IP的指令的指令CPU 在執(zhí)行在執(zhí)行RETI

13、 或訪問或訪問IE、IP 的指令后，至少需求的指令后，至少需求再執(zhí)行一條指令才會呼應新的中斷懇求。再執(zhí)行一條指令才會呼應新的中斷懇求。 假設上述條件中有一個存在，CPU將丟棄中斷查詢結果；假設一個條件都不存在，將在緊接著的下一個周期執(zhí)行中斷查詢結果。 CPU呼應中斷時，先置位相應的中斷優(yōu)先級形狀觸發(fā)器該觸發(fā)器指出CPU開場處置中斷的級別，然后執(zhí)行一條硬件子程序調(diào)用，使控制轉(zhuǎn)移到相應的中斷入口，清“0中斷懇求源懇求標志TI、RI除外。接著把PC值壓入堆棧，將被呼應的中斷效力程序的入口地址送入PC。MCS-51系列單片機5個中斷效力程序入口地址如表5-4，由于5個地址之間僅隔8個單元，用于存放中斷

14、效力程序往往不夠用，因此通常也在這里放一條絕對轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到真正的中斷效力程序。 CPU執(zhí)行中斷效力程序不斷到RETI指令為止。RETI指令是表示中斷效力程序的終了，CPU執(zhí)行完這條指令后，清“0呼應中斷時所設置的優(yōu)先級觸發(fā)器，然后從堆棧中彈出棧頂?shù)膬蓚€字節(jié)到PC，CPU從原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。由此可見，用戶的中斷效力程序必需加上前往指令RETI指令，CPU的現(xiàn)場維護和恢復必需由用戶中斷效力程序處置。 CPU呼應某中斷懇求后，在中斷前往前，應該吊銷該中斷懇求，否那么會引起另一次中斷。 1定時器0或1溢出中斷，CPU在呼應中斷后，中斷懇求由硬件自動撤除。 2邊沿激活的外部中斷，CPU

15、在呼應中斷后，硬件自動去除有關的中斷懇求。 3串行口中斷，CPU呼應中斷后，靠軟件來去除相應的標志。 4電平觸發(fā)的外部中斷撤除。在電平觸發(fā)方式下，外部中斷標志IE0或IE1是依托CPU檢測 或 上的低電平置位的。雖然CPU在呼應中斷時能由硬件自動復位IE0或IE1，但假設外部中斷源不能及時撤除或上的低電平，就會使曾經(jīng)復位的IE0或IE1再次置位，這是絕對不允許的。因此電平觸發(fā)型外部中斷懇求的撤除必需使或隨著其中斷的呼應而變?yōu)楦唠娖?。圖5-3是撤除電平觸發(fā)中斷的可行的方案。 0INT1INTQDSDCPP1.00INT中斷請求（外部中斷請求） 圖中觸發(fā)器的作用是鎖存外部中斷懇求的低電平信號，并由

16、Q端輸出到供CPU檢測。D觸發(fā)器的異步置位端接單片機的P1.0，此端口平常為“1，對D觸發(fā)器輸出無影響。當中斷呼應后，為了撤除中斷懇求，只需在P1.0上輸出一個負脈沖，使觸發(fā)器置“1，就可以撤除低電平的中斷懇求。負脈沖信號可以用下面兩條指令實現(xiàn)。ANL Pl，# 0FEHORL P1，# 01H 執(zhí)行第一條指令使P1.0輸出為“0，其繼續(xù)時間為2個機器周期，足以使D觸發(fā)器置位，從而撤除中斷懇求。執(zhí)行第二條指令使P1.0變?yōu)椤?，否那么D觸發(fā)器的S端一直有效，INT0端一直為“1，無法再次懇求中斷。5.3 中斷運用程序舉例中斷運用程序舉例 中斷程序普通包含中斷控制程序即中斷初始化程序和中斷效力程

17、序兩部分。 1中斷初始化程序 中斷初始化程序本質(zhì)上就是對TCON、SCON、IE和IP存放器的管理和控制。只需這些存放器的相應位按照要求進展了形狀預置，CPU就會按照用戶的意圖對中斷源進展管理和控制。中斷初始化程序普通不獨立編寫，而是包含在主程序中，根據(jù)需求進展編寫。中斷初始化程序需完成以下操作：1開中斷；2某一中斷源中斷懇求的允許與制止(屏蔽)；3確定各中斷源的優(yōu)先級別；4假設是外部中斷懇求，那么要設定觸發(fā)方式是電平觸發(fā)還是邊沿觸發(fā)。 【例5.1】 假設規(guī)定外部中斷0為電平觸發(fā)方式，高優(yōu)先級，試寫出有關的初始化程序。 解：可用兩種方法完成。 方法1，用位操作指令完成：SETB EA ；開中斷

18、允許總控制位SETB EX0 ；外中斷0開中斷SETB PX0；外中斷0高優(yōu)先級CLR IT0；電平觸發(fā) 方法2，用其它指令也可完成同樣功能：MOV IE，#81H；同時置位EA和EX0ORL IP，#01H；置位PX0ANL TCON，#0FEH ；使IT0為0 2中斷效力程序 中斷效力程序是一種為中斷源的特定義務而編寫的獨立程序，以中斷前往指令RETI終了。中斷效力程序終了后前往到原來被中斷的地方(即斷點)，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。中斷效力程序和子程序一樣，在調(diào)用和前往時，也有一個維護斷點和現(xiàn)場的問題。在中斷呼應過程中，斷點的維護主要由硬件電路自動實現(xiàn)。它將斷點壓人堆棧，再將中斷效力程序的入口

19、地址送入程序計數(shù)器PC，使程序轉(zhuǎn)向中斷效力程序。中斷處置時現(xiàn)場維護由中斷效力程序來完成。現(xiàn)場普通包括累加器A、任務存放器R0R7以及程序形狀字PSW等。維護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場普通采用 PUSH和POP指令來實現(xiàn)。 此外，在編寫中斷效力程序時還應留意以下三點： 1各中斷源入口地址之間只相隔8個字節(jié)。中斷效力程序放在此處，普通容量是不夠的。常用的方法是在中斷入口地址單元處，存放條無條件轉(zhuǎn)移指令，如“LJMP Address，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷效力程序起始地址去。 2在執(zhí)行當前中斷程序時，為了制止更高優(yōu)先級中斷源的中斷懇求，可先用軟件封鎖CPU中斷，或屏蔽更高級中斷源的中斷，在中斷前往前再開放被封鎖或被屏蔽的中斷。 3在多級中斷情況下，應在維護現(xiàn)場之前關掉中斷，在恢復現(xiàn)場之后翻開中斷。假設在中斷處置時允許有更高級的中斷打斷它，那么在維護現(xiàn)場之后開中斷，恢復現(xiàn)場之前關中斷。 【例5.2】設在主程序中用到了存放器PSW、ACC、B、DPTR，而在執(zhí)行中斷效力程序時需求用到這些存放器。試編寫程序在中斷效力程序中對這些存放器加以維護。 SERVICE：PUSHPSW ；維護程序