中斷方式及接口

1、第二節(jié)第二節(jié) 中斷方式及接口中斷方式及接口7.2.1 7.2.1 中斷基本概念中斷基本概念1.1.定義定義CPUCPU暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉去執(zhí)行為某個隨暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉去執(zhí)行為某個隨機事態(tài)服務的中斷處理程序。處理完畢后自動恢機事態(tài)服務的中斷處理程序。處理完畢后自動恢復原程序的執(zhí)行。復原程序的執(zhí)行。2.2.實質與特點實質與特點（1 1）實質）實質程序切換程序切換方法：方法：保存斷點，保護現(xiàn)場；保存斷點，保護現(xiàn)場；恢復現(xiàn)場，返回斷點?；謴同F(xiàn)場，返回斷點。時間：時間：一條指令結束時切換。一條指令結束時切換。保證程序的完整性。保證程序的完整性。（2 2）特點）特點隨機性隨機性隨機發(fā)生的

2、事態(tài)隨機發(fā)生的事態(tài)注意注意中斷中斷與與轉子轉子的區(qū)別。的區(qū)別。由硬件請求信號引發(fā)中斷由硬件請求信號引發(fā)中斷（按鍵、故障）（按鍵、故障）有意調用有意調用, ,隨機請求與處理的事態(tài)隨機請求與處理的事態(tài) （調用打印機）（調用打印機）隨機插入的事態(tài)隨機插入的事態(tài) （軟中斷指令插入程序任何位置）（軟中斷指令插入程序任何位置）3.3.中斷分類中斷分類（1 1）硬件中斷）硬件中斷與與軟中斷軟中斷由軟中斷指令引發(fā)中斷由軟中斷指令引發(fā)中斷（2 2）內中斷）內中斷與與外中斷外中斷中斷源來自主機內部中斷源來自主機內部中斷源來自主機外部中斷源來自主機外部（3 3）可屏蔽中斷）可屏蔽中斷與與非屏蔽中斷非屏蔽中斷可通過屏

3、蔽字屏蔽該可通過屏蔽字屏蔽該類請求；關中斷時不類請求；關中斷時不響應該類請求。響應該類請求。該類請求與屏蔽字無該類請求與屏蔽字無關；請求的響應與開關；請求的響應與開/ /關中斷無關。關中斷無關。由硬件提供服務程序入口地址由硬件提供服務程序入口地址4.4.中斷典型應用中斷典型應用（4 4）向量中斷）向量中斷與與非向量中斷非向量中斷（1 1）管理中、低速）管理中、低速I/OI/O操作操作某事件出現(xiàn)的實際時間內及時處理，不是批量處理。某事件出現(xiàn)的實際時間內及時處理，不是批量處理。（2 2）處理故障）處理故障服務程序、中斷向量表服務程序、中斷向量表由軟件提供服務程序由軟件提供服務程序入口地址入口地址（

4、3 3）實時處理）實時處理（4 4）人機對話）人機對話利用利用時鐘中斷時鐘中斷定時采集參數(shù)，檢測，調節(jié)。定時采集參數(shù)，檢測，調節(jié)。（5 5）多機通信）多機通信5.5.中斷系統(tǒng)的組成中斷系統(tǒng)的組成（1 1）軟件：）軟件：中斷系統(tǒng)的硬、軟界面中斷系統(tǒng)的硬、軟界面（2 2）硬件）硬件接口方面：接口方面： 請求、傳遞、判優(yōu)邏輯請求、傳遞、判優(yōu)邏輯CPUCPU方面：方面： 響應邏輯響應邏輯1.1.中斷請求的提出與傳遞中斷請求的提出與傳遞（1 1）如何產生中斷請求？）如何產生中斷請求？“完成完成”標志為標志為1 11 1）使用單獨請求線）使用單獨請求線外設工作完成：外設工作完成：7.2.2 7.2.2 中

5、斷全過程（外中斷）中斷全過程（外中斷）CPUCPU允許請求：允許請求： “屏蔽屏蔽”標志為標志為0 0先先“屏蔽屏蔽”，后請，后請求求先請求，后先請求，后“屏蔽屏蔽”完成完成 請求觸發(fā)器請求觸發(fā)器屏蔽屏蔽CPCP有效請求有效請求完成完成 請求觸發(fā)器請求觸發(fā)器屏蔽屏蔽CPCP請求請求有效請求有效請求（2 2）如何傳送中斷請求？）如何傳送中斷請求？CPUCPU請求請求請求請求 I/O I/O2 2）使用公共請求線）使用公共請求線CPUCPU公共請求公共請求 I/O I/O2.2.中斷判優(yōu)中斷判優(yōu)（1 1）優(yōu)先順序）優(yōu)先順序故障、故障、DMADMA、外中斷、外中斷（2 2）CPUCPU現(xiàn)行程序與外設

6、請求的判優(yōu)現(xiàn)行程序與外設請求的判優(yōu)為現(xiàn)行程序賦予為現(xiàn)行程序賦予優(yōu)先級優(yōu)先級1 1）CPUCPU設置允許中斷標志設置允許中斷標志（輸入、輸出）（輸入、輸出）=1=1，開中斷，開中斷1 1）軟件判優(yōu)）軟件判優(yōu)由程序查詢順序確定優(yōu)先級。由程序查詢順序確定優(yōu)先級。外設請求優(yōu)先級，外設請求優(yōu)先級，例例. .中斷控制器判優(yōu)中斷控制器判優(yōu)響應響應=0=0，關中斷，關中斷2 2）CPUCPU設置程序狀態(tài)字的優(yōu)先級字段設置程序狀態(tài)字的優(yōu)先級字段外設請求優(yōu)先級，外設請求優(yōu)先級，不響應不響應（3 3）各外設請求的判優(yōu)）各外設請求的判優(yōu)可靈活修改優(yōu)先級?？伸`活修改優(yōu)先級。2 2）硬件判優(yōu)）硬件判優(yōu)中斷控制器中斷控制器

7、( (如如82598259) )集中解決請求信號的接收、屏蔽、判集中解決請求信號的接收、屏蔽、判優(yōu)、編碼等問題。優(yōu)、編碼等問題。（模型機采用）（模型機采用）中斷請求中斷請求8259825982598259D7D7D0D0中斷屏蔽寄存器中斷屏蔽寄存器 中斷號寄存器中斷號寄存器中斷請求寄存器中斷請求寄存器中斷服務寄存器中斷服務寄存器 優(yōu)先級裁決器優(yōu)先級裁決器INTINTINTAINTAIRQ0IRQ0IRQ7IRQ7（未屏蔽的請求判優(yōu)（未屏蔽的請求判優(yōu), ,生成相應中斷號）生成相應中斷號）公共請求公共請求INTINTCPUCPU（CPUCPU響應后，取回中斷號，轉入相應服務程序。）響應后，取回中斷

8、號，轉入相應服務程序。）3.3.中斷響應中斷響應（1 1）響應條件）響應條件中斷源的序號中斷源的序號IRRIRR： 00010100000101007 07 0IMRIMR： 0000010000000100ISRISR： 0000100000001000不發(fā)不發(fā)INTINT00010100000101007 07 000000000000000000000100000001000發(fā)發(fā)INTINT優(yōu)先級高優(yōu)先級高優(yōu)先級低優(yōu)先級低外設有請求，且未被屏蔽；外設有請求，且未被屏蔽；1 1）非向量中斷）非向量中斷將服務程序入口組織在查詢程序中；將服務程序入口組織在查詢程序中；CPUCPU響應時執(zhí)行查詢

9、響應時執(zhí)行查詢程序，查詢中斷源，轉入相應服務程序。程序，查詢中斷源，轉入相應服務程序。（2 2）如何獲取中斷服務程序的入口地址）如何獲取中斷服務程序的入口地址CPUCPU開中斷；開中斷； 一條指令一條指令( (非停機非停機指令指令) )結束；結束；無故障、無故障、DMADMA等優(yōu)先級更高的請求。等優(yōu)先級更高的請求。2 2）向量中斷）向量中斷將服務程序入口將服務程序入口( (中斷向量中斷向量) )組織在組織在中斷向量表中斷向量表中；中；CPUCPU響應時由硬件直接產生相應響應時由硬件直接產生相應向量地址向量地址，按地址查表，取，按地址查表，取得服務程序入口，轉入相應服務程序。得服務程序入口，轉入

10、相應服務程序。 中斷向量：中斷向量：服務程序入口地址、服務程序狀態(tài)字服務程序入口地址、服務程序狀態(tài)字 中斷向量表：中斷向量表： 存放中斷向量的表存放中斷向量的表（一段存儲區(qū)）（一段存儲區(qū)） 向量地址：向量地址：訪問向量表的地址訪問向量表的地址 （指向中斷向量的首址）（指向中斷向量的首址）例例1.1.模型機向量表模型機向量表M M按字編址。一個入口地址按字編址。一個入口地址1616位，占一個編址單元。位，占一個編址單元。 （從主存（從主存2#2#單元開始安排）單元開始安排）向量地址向量地址例例2.IBM PC2.IBM PC向量表向量表M M按字節(jié)編址。一個入口地址按字節(jié)編址。一個入口地址323

11、2位，占位，占4 4個編址單元。個編址單元。 （從主存（從主存0#0#單元開始安排）單元開始安排）2#2#向量表向量表 入口地址入口地址0 0 入口地址入口地址1 13#3#0 0號中斷源號中斷源1 1號中斷源號中斷源( (單元地址單元地址) )= =中斷號中斷號+2+20#0#向量表向量表 入口偏移入口偏移0 0 入口基址入口基址0 04#4#0 0號中斷源號中斷源1 1號中斷源號中斷源 入口偏移入口偏移1 1 入口基址入口基址1 1向量地址向量地址 = =中斷號中斷號4 4現(xiàn)代計算機一般具現(xiàn)代計算機一般具有向量中斷功能，有向量中斷功能，也可結合非向量中也可結合非向量中斷方式擴展中斷源。斷方

12、式擴展中斷源。 向量中斷方式：向量中斷方式：（3 3）響應過程）響應過程發(fā)響應信號發(fā)響應信號INTAINTA，進入中斷周期，進入中斷周期 關中斷，保存斷點關中斷，保存斷點獲得中斷號，轉換為向量地址，獲得中斷號，轉換為向量地址，查向量表查向量表取中斷向量，轉中斷服務程序取中斷向量，轉中斷服務程序CPUCPU執(zhí)行中執(zhí)行中斷隱指令斷隱指令（硬件完成）（硬件完成）4.4.中斷處理中斷處理CPUCPU執(zhí)行中斷服務程序。執(zhí)行中斷服務程序。（1 1）單級中斷：）單級中斷： CPU CPU響應后只處理一個中斷源的請求，處響應后只處理一個中斷源的請求，處理完畢后才能響應新的請求。理完畢后才能響應新的請求。（2

13、2）多重中斷：）多重中斷： 在某次中斷服務過程中，允許響應處理在某次中斷服務過程中，允許響應處理更高級別的中斷請求。更高級別的中斷請求。單級中斷流程：單級中斷流程： 保護現(xiàn)場保護現(xiàn)場具體服務處理具體服務處理 恢復現(xiàn)場恢復現(xiàn)場開中斷、返回開中斷、返回外中斷：外中斷：數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送禁止同禁止同級或更級或更低級別低級別的請求，的請求，開放更開放更高級別高級別的請求的請求多重中斷流程：多重中斷流程： 開中斷、返回開中斷、返回 保護現(xiàn)場保護現(xiàn)場送新屏蔽字、開中斷送新屏蔽字、開中斷 具體服務處理具體服務處理 關中斷關中斷恢復現(xiàn)場及原屏蔽字恢復現(xiàn)場及原屏蔽字屏蔽技術的應用：屏蔽技術的應用：動態(tài)改變優(yōu)先級動

14、態(tài)改變優(yōu)先級實現(xiàn)多重中斷實現(xiàn)多重中斷（屏蔽（屏蔽高級高級，開放，開放低級低級）（屏蔽（屏蔽同、低級同、低級，開放，開放高級高級）7.2.3 7.2.3 中斷接口中斷接口1.1.組成（寄存器級）組成（寄存器級）D70IRQ0地址線地址線寄存器選擇寄存器選擇 命令字命令字R 狀態(tài)字狀態(tài)字R數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 控制邏輯控制邏輯數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線中斷控制器中斷控制器INTINTA命令命令IRQ7狀態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)外部設備外部設備系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線（8259）IRQi M MCPUCPU主機板主機板（1 1）寄存器選擇）寄存器選擇對接口寄存器尋址。對接口寄存器尋址。（2 2）命令字寄存器

15、）命令字寄存器接收接收CPUCPU發(fā)向外設的命令發(fā)向外設的命令字，轉換為相應操作命字，轉換為相應操作命令送外設。令送外設。命令字格式的擬定：命令字格式的擬定：接口板接口板用代碼表示用代碼表示各種命令各種命令代碼位數(shù)代碼位數(shù)代碼含義代碼含義（3 3）狀態(tài)字寄存器）狀態(tài)字寄存器反映設備和接口的運行反映設備和接口的運行狀態(tài)。狀態(tài)。（4 4）數(shù)據(jù)緩沖器）數(shù)據(jù)緩沖器傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)緩沖。傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)緩沖。（5 5）控制邏輯）控制邏輯請求信號產生邏輯請求信號產生邏輯狀態(tài)字格式的擬定：狀態(tài)字格式的擬定：D70IRQ0地址線地址線寄存器選擇寄存器選擇 命令字命令字R 狀態(tài)字狀態(tài)字R數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 控制邏

16、輯控制邏輯數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線中斷控制器中斷控制器INTINTA命令命令IRQ7狀態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)外部設備外部設備系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線（8259）IRQi M MCPUCPU主機板主機板接口板接口板用代碼表示各種狀態(tài)。用代碼表示各種狀態(tài)。（6 6）公用中斷控制器）公用中斷控制器接收外設請求，判優(yōu)，接收外設請求，判優(yōu)，送出公共請求；送出公共請求；電平轉換邏輯電平轉換邏輯針對設備特性的邏輯針對設備特性的邏輯串串- -并轉換邏輯并轉換邏輯( (串口串口) )接收中斷批準，送出中接收中斷批準，送出中斷號（中斷類型碼）。斷號（中斷類型碼）。（1 1）初始化：設置工作初始化：設置工作方式，送屏蔽

17、字，送中方式，送屏蔽字，送中斷號斷號( (確定高位確定高位) )。（2 2）發(fā)啟動命令發(fā)啟動命令( (送命送命令字令字) )，啟動設備。，啟動設備。D70IRQ0地址線地址線寄存器選擇寄存器選擇 命令字命令字R 狀態(tài)字狀態(tài)字R數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 控制邏輯控制邏輯數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線INTINTA命令命令IRQ7狀態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)外部設備外部設備系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線中斷控制器中斷控制器（8259）IRQi M MCPUCPU主機板主機板接口板接口板（3 3）設備完成工作，申設備完成工作，申請中斷。請中斷。2.2.工作過程（外中斷）工作過程（外中斷）（4 4）中斷控制器匯集各中斷控制器

18、匯集各請求，經屏蔽、判優(yōu)，形請求，經屏蔽、判優(yōu)，形成中斷號，并向成中斷號，并向CPUCPU送送INTINT。（5 5）CPUCPU響應，發(fā)批準響應，發(fā)批準INTAINTA。（6 6）中斷控制器送出中中斷控制器送出中斷號。斷號。（7 7）CPUCPU執(zhí)行執(zhí)行中斷隱指令中斷隱指令操作，進入服務程序。操作，進入服務程序。中斷控制器中斷控制器 命令字命令字R 狀態(tài)字狀態(tài)字R 控制邏輯控制邏輯數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器涉及命令字、狀態(tài)字格式的擬定，中斷源的擴展。涉及命令字、狀態(tài)字格式的擬定，中斷源的擴展。例例. .模型機需擴展兩個外中斷源，共用一個中斷號。模型機需擴展兩個外中斷源，共用一個中斷號。3.3.接口設計接口設計 主機發(fā)向外設的命令包括：主機發(fā)向外設的命令包括：啟動啟動、停止停止、數(shù)據(jù)選通數(shù)據(jù)選通； 外設的狀態(tài)包括：外設的狀態(tài)包括：忙忙、完成完成、出錯出錯。8259IRQ0 IRQ0 系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)時鐘IRQ1 IRQ1 實時時鐘實時時鐘IRQ2 IRQ2 通信通信IRQ7 IRQ7 打印機打印機 為兩個擴展中斷源設計中斷接口。為兩個擴展中斷源設計中斷接口。模型機的外中斷源安排：模型機的外中斷源安排：通過通過IRQ2IRQ2進行擴展。進行擴