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Ch.7輸入輸出和中斷技術(shù)本章內(nèi)容基本概念I(lǐng)/O端口的編址
輸入輸出的基本方法:無(wú)條件、查詢(xún)、中斷、DMA中斷中斷基本概念8086/8088中斷系統(tǒng)8259中斷控制器*DMA*DMA的基本概念DMA工作過(guò)程DMA的三種傳輸方式 輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!7.1輸入/輸出接口(I/O接口)7.1.1概述什么是I/O接口?把外設(shè)連接到總線(xiàn)上的一組邏輯電路的總稱(chēng)。實(shí)現(xiàn)外設(shè)與主機(jī)之間的信息交換。
I/O接口的功能數(shù)據(jù)的寄存和緩沖功能緩解接口與CPU工作速度的差異對(duì)外設(shè)的控制和檢測(cè)功能對(duì)外設(shè)進(jìn)行選擇信號(hào)電平與類(lèi)型的轉(zhuǎn)換(信號(hào)兼容)形式、格式、電平、功率、碼制等輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!
7.1.2端口的編址方式I/O端口:
I/O信息的三種類(lèi)型:數(shù)據(jù)、控制、狀態(tài)。傳送這三類(lèi)信息的通道分別稱(chēng)為:數(shù)據(jù)端口(I、O)、控制端口(O)、狀態(tài)端口(I)。不同外設(shè)具有的端口數(shù)各不相同,計(jì)算機(jī)中為每一個(gè)端口都賦予一個(gè)惟一編號(hào)——稱(chēng)為端口地址(或端口號(hào))。端口有兩種編址方式:統(tǒng)一編址和獨(dú)立編址。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!
1.統(tǒng)一編址把外設(shè)接口與內(nèi)存統(tǒng)一進(jìn)行編址。各占據(jù)統(tǒng)一地址空間的不同部分。優(yōu)點(diǎn)指令統(tǒng)一,靈活;訪(fǎng)問(wèn)控制信號(hào)統(tǒng)一,使用同一組的地址/控制信號(hào)。
缺點(diǎn)內(nèi)存可用地址空間減小0地址空間(共1MB)內(nèi)存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!
7.1.3I/O端口地址的譯碼(地址+控制信號(hào))片間尋址:高位地址+控制信號(hào)=CS*片內(nèi)尋址:地位地址連接到芯片輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!7.2.1接口電路的基本結(jié)構(gòu)7.2簡(jiǎn)單接口電路數(shù)據(jù)線(xiàn)控制線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)DBCBAB數(shù)據(jù)輸入寄存器(or三態(tài)門(mén))數(shù)據(jù)輸出寄存器(鎖存器)狀態(tài)寄存器(or三態(tài)門(mén))命令寄存器譯碼電路控制邏輯接外設(shè)接主機(jī)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!簡(jiǎn)單接口電路數(shù)據(jù)輸入接口必須具有三態(tài)輸出能力,以便與總線(xiàn)掛接外設(shè)有數(shù)據(jù)保持能力時(shí)—可用三態(tài)門(mén)實(shí)現(xiàn)外設(shè)無(wú)數(shù)據(jù)保持能力時(shí)—用三態(tài)輸出的鎖存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出接口常用鎖存器實(shí)現(xiàn)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!7.3.1無(wú)條件傳送方式適用于總是處于準(zhǔn)備好狀態(tài)的外設(shè)以下外設(shè)可采用無(wú)條件傳送方式:開(kāi)關(guān)發(fā)光器件(如發(fā)光二極管、7段數(shù)碼管、燈泡等)繼電器步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn):軟件及接口硬件簡(jiǎn)單缺點(diǎn):只適用于簡(jiǎn)單外設(shè),適應(yīng)范圍較窄輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!7.3.3中斷傳送方式CPU無(wú)需循環(huán)查詢(xún)外設(shè)狀態(tài),而是外部設(shè)備在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)才中斷CPU正在進(jìn)行的工作,讓CPU來(lái)為其服務(wù)。即CPU在沒(méi)有外設(shè)請(qǐng)求時(shí)可以去做更重要的事情,有請(qǐng)求時(shí)才去傳輸數(shù)據(jù),從而大大提高了CPU的利用率。優(yōu)點(diǎn):CPU效率高,實(shí)時(shí)性好,速度快。缺點(diǎn):程序編制較為復(fù)雜。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!
DMA傳輸:
外設(shè)
內(nèi)存外設(shè)直接與存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,CPU不再擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎?;總線(xiàn)由DMA控制器(DMAC)進(jìn)行控制(CPU要放棄總線(xiàn)控制權(quán)),內(nèi)存/外設(shè)的地址和讀寫(xiě)控制信號(hào)均由DMAC提供。優(yōu)點(diǎn):數(shù)據(jù)傳輸由DMA硬件來(lái)控制,數(shù)據(jù)直接在內(nèi)存和外設(shè)之間交換,可以達(dá)到很高的傳輸速率(可達(dá)幾MB/秒)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!DMA控制器的工作過(guò)程1)當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好,可以進(jìn)行DMA傳送時(shí),外設(shè)向DMA控制器發(fā)出“DMA傳送請(qǐng)求”信號(hào)(DRQ);2)DMA控制器收到請(qǐng)求后,向CPU發(fā)出“總線(xiàn)請(qǐng)求”信號(hào)HOLD,表示希望占用總線(xiàn);3)CPU在完成當(dāng)前總線(xiàn)周期后會(huì)立即對(duì)HOLD信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。響應(yīng)包括兩個(gè)動(dòng)作:一是CPU將數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和相應(yīng)的控制信號(hào)線(xiàn)均置為高阻態(tài),由此放棄對(duì)總線(xiàn)的控制權(quán)。另一方面,CPU向DMA控制器發(fā)出“總線(xiàn)響應(yīng)”信號(hào)(HLDA)。4)DMA控制器收到HLDA信號(hào)后,就開(kāi)始控制總線(xiàn),并向外設(shè)發(fā)出DMA響應(yīng)信號(hào)DACK;輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!
DMA的三種傳輸方式:連續(xù)傳送(塊傳送)DMAC申請(qǐng)到總線(xiàn)后,將一塊數(shù)據(jù)傳送完后才釋放總線(xiàn),而不管中間DREQ是否有效。單次傳送(每次傳送一個(gè)字節(jié))每個(gè)DMA周期只傳送一個(gè)字節(jié)就立即釋放總線(xiàn)。按需傳送(猝發(fā)傳送)只要I/O接口的數(shù)據(jù)緩沖可用,就進(jìn)行傳送。
(注:I/O接口需要有一定大小的FIFO緩沖)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!NYN允許DMADMAC請(qǐng)求總線(xiàn)CPU響應(yīng),DMAC獲總線(xiàn)控制權(quán)DMA傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊結(jié)束?釋放總線(xiàn)至少一個(gè)總線(xiàn)周期地址增量,計(jì)數(shù)器減量DMAC釋放總線(xiàn)Y每次傳送一個(gè)字節(jié)測(cè)試I/O的DREQDMA請(qǐng)求?輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!一個(gè)總線(xiàn)周期TDMAC控制總線(xiàn),共傳送n個(gè)數(shù)據(jù)DMA1DMA2DMAnCPU重新控制總線(xiàn)CPU對(duì)總線(xiàn)控制連續(xù)傳送TDMA共傳送n個(gè)數(shù)據(jù)DMA1DMA2DMAn單次傳送DMA3T按需傳送DMA傳送k個(gè)數(shù)據(jù)DMA傳送n-k個(gè)數(shù)據(jù)FIFO可用FIFO滿(mǎn)FIFO可用FIFO滿(mǎn)圖例:DMA傳輸方式示意圖:輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!中斷的定義CPU執(zhí)行程序時(shí),由于發(fā)生了某種隨機(jī)的事件(外部或內(nèi)部),引起CPU暫時(shí)中斷正在運(yùn)行的程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的服務(wù)程序(稱(chēng)為中斷服務(wù)程序或中斷處理程序),以處理該事件,該事件處理完后又返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行,這一過(guò)程稱(chēng)為中斷。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!為何計(jì)算機(jī)中要引入中斷?提高數(shù)據(jù)傳輸率;避免了CPU不斷檢測(cè)外設(shè)狀態(tài)的過(guò)程,提高了CPU的利用率。實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)。如多任務(wù)系統(tǒng)操作系統(tǒng)中:缺頁(yè)中斷設(shè)備中斷各類(lèi)異常時(shí)鐘等輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!1)中斷請(qǐng)求外設(shè)接口(中斷源)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào),送到CPU的INTR或NMI引腳;中斷請(qǐng)求信號(hào):邊沿請(qǐng)求,電平請(qǐng)求
例如,NMI為邊沿請(qǐng)求,INTR為電平請(qǐng)求中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)保持到中斷被處理為止;CPU響應(yīng)中斷后,中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)及時(shí)撤銷(xiāo)。在8086/8088系統(tǒng)中,外設(shè)的中斷要經(jīng)過(guò)8259A可編程中斷控制器(PIC)的排隊(duì)判優(yōu)后向CPU發(fā)出輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!2.2)中斷優(yōu)先級(jí)判斷多個(gè)中斷源產(chǎn)生中斷,CPU首先為誰(shuí)服務(wù)? ——中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)問(wèn)題。中斷優(yōu)先級(jí)控制要處理兩種情況:對(duì)同時(shí)產(chǎn)生的中斷:應(yīng)首先處理優(yōu)先級(jí)別較高的中斷;若優(yōu)先級(jí)別相同,則按先來(lái)先服務(wù)的原則處理;對(duì)非同時(shí)產(chǎn)生的中斷:低優(yōu)先級(jí)別的中斷處理程序允許被高優(yōu)先級(jí)別的中斷源所中斷——即允許中斷嵌套。中斷優(yōu)先級(jí)的控制方法硬件判優(yōu)——鏈?zhǔn)脚袃?yōu)、并行判優(yōu)(中斷向量法)軟件判優(yōu)——順序查詢(xún)中斷請(qǐng)求,先查詢(xún)的先服務(wù)(即先查詢(xún)的優(yōu)先級(jí)別高)通常將中斷判優(yōu)與中斷源識(shí)別合并在一起進(jìn)行處理。x86系統(tǒng)中,這項(xiàng)任務(wù)由PIC和CPU共同完成。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!3)中斷響應(yīng)在每條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘周期,CPU檢測(cè)INTR或NMI信號(hào)。若以下條件成立,則CPU響應(yīng)中斷:當(dāng)前指令執(zhí)行完。對(duì)INTR,還應(yīng)滿(mǎn)足以下條件當(dāng)前指令是STI和IRET,則下條指令也要執(zhí)行完。當(dāng)前指令帶有LOCK、REP等指令前綴時(shí),則把它們看成一個(gè)整體,要求完整地執(zhí)行完;對(duì)INTR,CPU應(yīng)處于開(kāi)中斷狀態(tài),即IF=1;當(dāng)前沒(méi)有復(fù)位(RESET)和保持(HOLD)信號(hào)。若NMI和
INTR同時(shí)發(fā)生,則首先響應(yīng)NMI。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!4)中斷處理(中斷服務(wù))中斷服務(wù)子程序特點(diǎn)為”遠(yuǎn)”過(guò)程(類(lèi)型為FAR)要用IRET指令返回中斷服務(wù)子程序要做的工作保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)(PUSH
reg’s)
開(kāi)中斷(STI)
進(jìn)行中斷處理
恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)(POP
reg’s)
中斷返回(IRET)
輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!7.4.28088的中斷系統(tǒng)
與中斷有關(guān)的控制線(xiàn)為:NMI、INTR、INTA*8088系統(tǒng)的中斷源內(nèi)部中斷除法溢出:類(lèi)型號(hào)0,商大于目的操作數(shù)所能表達(dá)的范圍時(shí)產(chǎn)生。單步中斷:類(lèi)型號(hào)1,TF=1時(shí)產(chǎn)生(當(dāng)前指令需執(zhí)行完)斷點(diǎn)中斷:類(lèi)型號(hào)3,這是一個(gè)軟件中斷,即INT3指令。溢出中斷:類(lèi)型號(hào)4,這是一個(gè)軟件中斷,即INTO指令。軟件中斷:即INTn指令,類(lèi)型號(hào)n(0-255)。外部中斷非屏蔽中斷NMI:類(lèi)型號(hào)2,不可用軟件屏蔽,CPU必須響應(yīng)它??善帘沃袛郔NTR:類(lèi)型號(hào)由PIC提供。IF=1時(shí)CPU才能響應(yīng)。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!中斷源的識(shí)別8088系統(tǒng)采用中斷類(lèi)型碼來(lái)識(shí)別不同的中斷源,每個(gè)中斷源都有一個(gè)與它相對(duì)應(yīng)的中斷類(lèi)型碼。溢出、斷點(diǎn)、除法溢出、單步、非屏蔽中斷的類(lèi)型碼為固定值軟件中斷的類(lèi)型碼由指令給出可屏蔽中斷的類(lèi)型碼由PIC給出輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!中斷向量表的初始化初始化——將中斷服務(wù)程序的入口地址放入向量表例:中斷類(lèi)型碼為48H的中斷處理子程序的名字為int48h,編寫(xiě)程序段將該中斷處理子程序的入口地址放入向量表。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!8086/8088CPU的中斷響應(yīng)過(guò)程
內(nèi)部中斷響應(yīng)過(guò)程
無(wú)INTA*周期中斷類(lèi)型碼固定或由指令給出響應(yīng)過(guò)程主要步驟: ①PUSHFLAG ②IF=0
③PUSHCS
④PUSH
IP
⑤取中斷向量送入IP和CS輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!中斷響應(yīng)過(guò)程與時(shí)序輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!NYNYNNNNNYY執(zhí)行指令執(zhí)行完否?取指令I(lǐng)F=1?內(nèi)部中斷?NMI?INTR?TF=1?類(lèi)型碼=0~255類(lèi)型碼=2類(lèi)型碼=1中斷響應(yīng),讀回類(lèi)型碼FLAG入棧TEMP←TFTF=TF=0CS、IP入棧計(jì)算向量表地址高字→CS低字→IP執(zhí)行中斷服務(wù)程序NMI?TEMP=1?轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序恢復(fù)CS和IP恢復(fù)FLAGS返回被中斷的程序YYYYNIRET指令的操作8086/8088的中斷處理流程輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!8259A引腳圖CS*:片選信號(hào)。WR*:寫(xiě)控制信號(hào)。RD*:讀控制信號(hào)。D0-D7:雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)。CAS0—CAS2:級(jí)聯(lián)信號(hào)線(xiàn)。SP*/EN*:主從片選擇/緩沖允許線(xiàn)。INT:中斷請(qǐng)求信號(hào)。IR0-IR7:外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。ITNA*:中斷響應(yīng)信號(hào)。A0:地址信號(hào)。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!7.5.28259A的工作過(guò)程8259A對(duì)中斷請(qǐng)求的處理過(guò)程如下:當(dāng)某IRi有效時(shí),IRR相應(yīng)位置1若有效的IRi未被屏蔽,則向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求檢測(cè)到第1個(gè)INTA#信號(hào)后,置ISRi=1,IRRi=0
檢測(cè)到第2個(gè)INTA#信號(hào)后,把ISRi=1中最高優(yōu)先級(jí)的中斷類(lèi)型碼放到DB上若工作在自動(dòng)中斷結(jié)束方式(AEOI)方式,在第2個(gè)INTA#結(jié)束時(shí),使ISRi復(fù)位;否則由CPU發(fā)出EOI命令使ISRi復(fù)位輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!7.5.38259A的工作方式1.嵌套方式在中斷處理過(guò)程中允許被更高優(yōu)先級(jí)的事件所中斷稱(chēng)為中斷嵌套。8259A有兩種中斷嵌套方式:普通全嵌套方式(默認(rèn)方式)
一中斷正被處理時(shí),只有更高優(yōu)先級(jí)的事件可以打斷當(dāng)前的中斷處理過(guò)程而被服務(wù)。特殊全嵌套方式
一中斷正被處理時(shí),允許同級(jí)或更高優(yōu)先級(jí)的事件可以打斷當(dāng)前的中斷處理過(guò)程而被服務(wù)。注:特殊全嵌套僅用于多個(gè)8259A級(jí)連時(shí)的主8259A,而不能用于從屬8259A或單8259A系統(tǒng)。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!7.5.38259A的工作方式2.中斷優(yōu)先方式
優(yōu)先級(jí)控制方式:固定優(yōu)先級(jí)和優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)優(yōu)先級(jí)固定方式所有中斷請(qǐng)求IRi的中斷優(yōu)先級(jí)固定不變優(yōu)先級(jí)排列順序可編程改變加電后8259A的默認(rèn)方式,默認(rèn)優(yōu)先級(jí)順序從高到低為IR0~I(xiàn)R7IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR07654321032107654最低級(jí)最高級(jí)最高級(jí)最低級(jí)優(yōu)先級(jí)IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0默認(rèn)優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)可編程改變輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!7.5.38259A的工作方式3.中斷屏蔽方式IMR屏蔽字決定了允許或禁止某位IRi所對(duì)應(yīng)的中斷:IMi=1禁止,IMi=0允許。特殊屏蔽方式:提供了允許較低優(yōu)先級(jí)的中斷能夠得到響應(yīng)的特殊手段。原理:假定當(dāng)前正在處理IR6,先進(jìn)入特殊屏蔽方式,然后設(shè)置IM6=1。這時(shí),除IR6外的所有中斷請(qǐng)求均能得到響應(yīng)。特殊屏蔽方式中只能用SEOI命令結(jié)束中斷。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!
AEOI:在第2個(gè)INTA#結(jié)束時(shí),由8259A使ISRi自動(dòng)復(fù)位;因不保留當(dāng)前正在服務(wù)的中斷狀態(tài),故AEOI不能用于中斷嵌套方式SEOI:由CPU發(fā)出一條SEOI命令,該EOI命令中指出了所要復(fù)位的ISR的位號(hào)。
用于特殊屏蔽方式NSEOI:由CPU發(fā)出正常EOI命令,該EOI命令使ISRi=1的位中優(yōu)先級(jí)最高的那一位復(fù)位。用于普通全嵌套方式輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!7.5.38259A的工作方式5.中斷觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)IRi出現(xiàn)上升沿表示有中斷請(qǐng)求
電平觸發(fā)IRi出現(xiàn)高電平表示有中斷請(qǐng)求在第1個(gè)INTA#結(jié)束前,IRi必須保持高電平輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!級(jí)連電路連接方法輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!7.5.48259A的編程8259A的控制命令分為初始化命令字ICWICW1~I(xiàn)CW4向8259A寫(xiě)入ICW的過(guò)程稱(chēng)為初始化編程操作命令字OCW
OCW1~OCW3向8259A寫(xiě)入OCW的過(guò)程稱(chēng)為操作方式編程輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!8259A的初始化順序8259的初始化流程如圖注意次序不可顛倒
寫(xiě)ICW1寫(xiě)ICW2級(jí)連?寫(xiě)ICW3需ICW4?寫(xiě)ICW4NNYY輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!ICW1——初始化字LTIM:觸發(fā)方式=1高電平觸發(fā)=0上升沿觸發(fā)SNGL:級(jí)連控制=1單片=0級(jí)連IC4:ICW4控制=1要寫(xiě)ICW4=0不寫(xiě)ICW4(默認(rèn)ICW4為全0)A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0 x
x
x 1 LTIM x SNGL
IC4輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!ICW3——級(jí)連控制字主片的級(jí)聯(lián)控制字
Si=1對(duì)應(yīng)IRi線(xiàn)上連接了從片
A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 S7
S6 S5 S4 S3
S2
S1
S0從片的級(jí)聯(lián)控制字
ID2~I(xiàn)D0
標(biāo)識(shí)碼,說(shuō)明本從片連接到主片的哪個(gè)IR引腳上。000~111分別對(duì)應(yīng)IR0~I(xiàn)R7。
A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 0
0 0 0 0
ID2 ID1
ID0輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!ICW4——中斷結(jié)束方式字SFNM:特殊全嵌套1特殊全嵌套方式0一般全嵌套方式AEOI:自動(dòng)EOI1自動(dòng)EOI方式0非自動(dòng)EOI方式A0 D7 D6 D5D4 D3 D2 D1 D0
1 0
0 0SFNM BUF M/S AEOI
1BUF:緩沖方式M/S:主/從緩沖選擇BUFM/S11緩沖方式/主PIC10緩沖方式/從PIC0x非緩沖方式/正常輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!OCW1——中斷屏蔽字Mi=1中斷請(qǐng)求線(xiàn)IRi被屏蔽(不允許中斷)=0允許該IRi中斷OCW1將寫(xiě)入IMR寄存器。A0=1時(shí)讀OCW1可讀出設(shè)置的IMR內(nèi)容。A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 M7
M6 M5 M4 M3
M2
M1
M0輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!OCW3——屏蔽方式和讀出控制字
ESMM:
允許使能特殊屏蔽方式SMM:
特殊屏蔽方式ESMMSMM11特殊屏蔽方式置位10特殊屏蔽方式復(fù)位0x非特殊屏蔽方式P(Polling):=1查詢(xún)方式
=0非查詢(xún)方式A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0 x ESMM SMM 0 1 P RR RISRR:讀寄存器RIS:ISR/IRR選擇RRRIS11讀ISR10讀IRR0x無(wú)效輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!8259A編程舉例按以下要求初始化8259A:接口地址為20H和21H;中斷為上升沿觸發(fā);單片8259A;不寫(xiě)ICW4;與IR0-IR3對(duì)應(yīng)的中斷向量碼為08H-0BH;IR4-IR7不使用。根據(jù)要求,各初始化參數(shù)及工作參數(shù)如下:ICW1=00010010=12HICW2=08H中斷向量碼OCW1=11110000=0F0H中斷屏蔽字輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!
2.獨(dú)立編址外設(shè)地址空間和內(nèi)存地址空間相互獨(dú)立。優(yōu)點(diǎn):內(nèi)存地址空間不受I/O編址的影響缺點(diǎn):I/O指令功能較弱,使用不同的讀寫(xiě)控制信號(hào)00000H內(nèi)存地址空間內(nèi)存空間(1MB)I/O空間(64KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空間0000H輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!
7.1.4I/O數(shù)據(jù)的傳送方式并行一個(gè)數(shù)據(jù)單位(通常為字節(jié))的各位同時(shí)傳送速度快、距離短、成本高例:PC機(jī)的并行接口(通常用于連接打印機(jī))串行數(shù)據(jù)按位進(jìn)行傳送速度慢、距離遠(yuǎn)、成本低例:PC機(jī)的串行接口(通常用于串行通信)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!
數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器——暫存輸入/輸出的數(shù)據(jù)命令寄存器——存放控制命令,用來(lái)設(shè)定接口功能、工作參數(shù)和工作方式。狀態(tài)寄存器——保存外設(shè)當(dāng)前狀態(tài),以供CPU讀取。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!7.3I/O設(shè)備數(shù)據(jù)傳送控制方式
程序控制傳送方式無(wú)條件傳送查詢(xún)式傳送中斷方式傳送直接存儲(chǔ)器存取(DMA,DirectMemoryAccess,無(wú)需CPU參與)IOP方式(輸入\輸出處理機(jī))輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!7.3.2查詢(xún)傳送方式適用于外設(shè)并不總是準(zhǔn)備好,而且對(duì)傳送速率、傳送效率要求不高的場(chǎng)合。CPU在與外設(shè)交換數(shù)據(jù)前必須詢(xún)問(wèn)外設(shè)狀態(tài)——“你準(zhǔn)備好沒(méi)有?”對(duì)外設(shè)的要求:應(yīng)提供設(shè)備狀態(tài)信息對(duì)接口的要求:需要提供狀態(tài)端口優(yōu)點(diǎn):軟件比較簡(jiǎn)單缺點(diǎn):CPU效率低,數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性差,速度較慢輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!7.3.4DMA傳輸前面三種I/O方式都需要CPU作為中介:
外設(shè)CPU內(nèi)存兩個(gè)含義:
1)軟件:外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)CPU執(zhí)行程序來(lái)完成的(PIO方式);
2)硬件:I/O接口和存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)控制信號(hào)、地址信號(hào)都是由CPU發(fā)出的(總線(xiàn)由CPU控制)。缺點(diǎn):程序的執(zhí)行速度限定了傳送的最大速度(約為幾十KB/秒)—解決:DMA傳輸輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!DMA傳送原理示意圖①系統(tǒng)總線(xiàn)CPUDMAC存儲(chǔ)器外設(shè)接口A(yíng)ENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADRQDACK②③④⑤AENIOWIORMEMWMEMR①外設(shè)發(fā)出DMA請(qǐng)求②DMAC向CPU申請(qǐng)總線(xiàn)③CPU完成當(dāng)前總線(xiàn)周期后響應(yīng),并釋放總線(xiàn)控制權(quán)④DMAC得到總線(xiàn)控制權(quán),并發(fā)出DMA響應(yīng)信號(hào)⑤由DMAC發(fā)出各種控制信號(hào),控制外設(shè)與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送⑥數(shù)據(jù)傳送完后,DMAC撤銷(xiāo)HOLD信號(hào)⑦CPU釋放HLDA信號(hào),并重新控制總線(xiàn)⑥⑦輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!DMA控制器的工作過(guò)程(續(xù))5)DMA控制器送出地址信號(hào)和相應(yīng)的控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)外設(shè)與內(nèi)存或內(nèi)存與內(nèi)存之間的直接數(shù)據(jù)傳送;例如,向I/O接口發(fā)出讀信號(hào),同時(shí)往地址總線(xiàn)上發(fā)出存儲(chǔ)器的地址和存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)和AEN信號(hào),即可從外設(shè)向內(nèi)存?zhèn)魉鸵粋€(gè)字節(jié)。6)DMA控制器自動(dòng)修改地址和字節(jié)計(jì)數(shù)器,并判斷是否需要重復(fù)傳送操作。當(dāng)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送完后,DMA控制器就撤銷(xiāo)發(fā)往CPU的HOLD信號(hào)。CPU檢測(cè)到HOLD失效后,緊接著撤銷(xiāo)HLDA信號(hào),并在下一時(shí)鐘周期重新開(kāi)始控制總線(xiàn)。
輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!YN允許DMADMA請(qǐng)求?DMAC請(qǐng)求總線(xiàn)CPU響應(yīng),DMAC獲總線(xiàn)控制權(quán)DMA傳送一個(gè)字節(jié)塊結(jié)束?地址增量,計(jì)數(shù)器減量DMAC釋放總線(xiàn)Y數(shù)據(jù)塊傳送N輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!NYCPU響應(yīng),DMAC獲總線(xiàn)控制權(quán)DMA傳送一個(gè)字節(jié)塊結(jié)束?測(cè)試I/O的DREQ有效?地址增量,計(jì)數(shù)器減量釋放總線(xiàn),請(qǐng)求中斷無(wú)效,釋放總線(xiàn)允許DMADMA請(qǐng)求?DMAC請(qǐng)求總線(xiàn)按需傳送YNYN輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!7.4中斷技術(shù)7.4.1中斷的基本概念什么是中斷?與生活場(chǎng)景的比較正在看書(shū)電話(huà)鈴響接電話(huà)繼續(xù)看書(shū)執(zhí)行程序事件發(fā)生事件處理繼續(xù)執(zhí)行程序中斷處理中斷請(qǐng)求及響應(yīng)實(shí)際場(chǎng)景計(jì)算機(jī)中斷返回輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!中斷源中斷源——引起CPU中斷的事件或設(shè)備。如:外設(shè)——請(qǐng)求輸入輸出數(shù)據(jù),報(bào)告故障等事件——掉電、硬件故障、軟件錯(cuò)誤、非法操作、定時(shí)時(shí)間到等中斷源分為:外部中斷、內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷:CPU內(nèi)部執(zhí)行程序時(shí)自身產(chǎn)生的中斷外部中斷:CPU以外的設(shè)備、部件產(chǎn)生的中斷
8086/8088的外部中斷信號(hào):INTR、NMIINTR——可屏蔽中斷請(qǐng)求,高電平有效,受IF標(biāo)志的控制。IF=1時(shí),執(zhí)行完當(dāng)前指令后CPU對(duì)它作出響應(yīng)。NMI——非屏蔽中斷請(qǐng)求,上升沿有效,任何時(shí)候CPU都要響應(yīng)此中斷請(qǐng)求信號(hào)。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!中斷過(guò)程五個(gè)步驟:中斷請(qǐng)求中斷判優(yōu)(有時(shí)還要進(jìn)行中斷源識(shí)別)中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷返回以下以外部中斷為主介紹這五個(gè)步驟。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!2.1)中斷源識(shí)別計(jì)算機(jī)中的中斷源有很多,CPU必須識(shí)別是哪一個(gè)設(shè)備產(chǎn)生中斷。識(shí)別中斷源有兩個(gè)方法:軟件查詢(xún)。將中斷信號(hào)從數(shù)據(jù)總線(xiàn)讀入,用程序進(jìn)行判別。中斷矢量法。由中斷源提供中斷類(lèi)型號(hào),CPU根據(jù)類(lèi)型確定中斷源。(8086/8088即采用此種方法)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!INTAinCPUINTAINTR外設(shè)1外設(shè)2外設(shè)接口1菊花鏈邏輯電路外設(shè)接口2外設(shè)3外設(shè)接口3≥1菊花鏈邏輯電路菊花鏈邏輯電路┇I(xiàn)REQIREQIREQ中斷確認(rèn)鏈?zhǔn)脚袃?yōu)電路原理圖INTAinINTAin中斷確認(rèn)中斷確認(rèn)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!3)中斷響應(yīng)(續(xù))CPU中斷響應(yīng)時(shí),要做下述三項(xiàng)工作:向中斷源發(fā)出INTA中斷響應(yīng)信號(hào);斷點(diǎn)保護(hù),包括CS、IP和PSW(FLAGS)。這主要是保證中斷結(jié)束后能返回被中斷的程序。獲得中斷服務(wù)程序首地址(入口)。如何得到中斷處理程序的首地址?固定入口法中斷向量法——常用輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!5)中斷返回執(zhí)行中斷返回指令I(lǐng)RETIRET指令將使CPU把堆棧內(nèi)保存的斷點(diǎn)信息彈出到IP、CS和FLAG中,保證被中斷的程序從斷點(diǎn)處能夠繼續(xù)往下執(zhí)行。IPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPCSFLAG進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)中斷返回后輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!IRQ4IRQ6INTR中斷邏輯軟件中斷指令溢出中斷除法錯(cuò)單步中斷非屏蔽中斷請(qǐng)求中斷控制器8259APIC8086/8088CPU內(nèi)部邏輯斷點(diǎn)中斷8086/8088中斷源類(lèi)型可屏蔽中斷請(qǐng)求n43012IRQ0IRQ1IRQ7IRQ2IRQ3IRQ5輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!中斷向量表(IVT)
存放各類(lèi)中斷的中斷服務(wù)程序的入口地址(段和偏移)——中斷向量
表的地址位于內(nèi)存的00000H~003FFH,大小為1KB,共256個(gè)中斷向量每個(gè)中斷向量占用4Bytes,低字為段內(nèi)偏移,高字為段基址根據(jù)中斷類(lèi)型號(hào)獲得中斷服務(wù)程序入口的方法:(n為中斷類(lèi)型號(hào))中斷向量在IVT中的存放地址=4×n輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!中斷向量表的初始化CLI
MOVAX,0
MOVDS,AXMOVSI,48H*4MOVAX,OFFSETint48hMOV[SI],AX
MOVAX,SEGint48h
MOV[SI+2],AX
STI輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!中斷響應(yīng)過(guò)程(續(xù))外部中斷響應(yīng)過(guò)程非屏蔽中斷,與內(nèi)部中斷響應(yīng)過(guò)程類(lèi)似
可屏蔽中斷
①I(mǎi)NTA#(1),優(yōu)先級(jí)排隊(duì)判優(yōu)處理(CPU)
②INTA#(2),把中斷類(lèi)型碼放到DB上(PIC),CPU讀入
③PUSHFLAG ④IF=0
⑤
PUSHCS
⑥PUSH
IP
⑦取中斷向量送入IP和CS與內(nèi)部中斷一樣輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!8088系統(tǒng)中各中斷的優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)從高到低順序如下:內(nèi)部中斷NMIINTR單步中斷輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!7.5可編程中斷控制器8259APIC,ProgrammableInterruptController可對(duì)8個(gè)中斷源實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制
可擴(kuò)展至對(duì)64個(gè)中斷源實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制
可編程設(shè)置不同工作方式根據(jù)中斷源向x86提供不同中斷類(lèi)型碼輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!7.5.1.8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中斷請(qǐng)求寄存器IRR保存從IR0~I(xiàn)R7來(lái)的中斷請(qǐng)求信號(hào),某位=1表示對(duì)應(yīng)的IRi有中斷請(qǐng)求
中斷服務(wù)寄存器ISR
保存所有正在服務(wù)的中斷源,某位=1表示對(duì)應(yīng)的IRi中斷正在被服務(wù)
中斷屏蔽寄存器IMR存放中斷屏蔽字,某位=1表示對(duì)應(yīng)的IRi輸入被屏蔽
中斷優(yōu)先權(quán)判別電路
確定是否向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求,中斷響應(yīng)時(shí)確定ISR的哪位應(yīng)置位及把相應(yīng)中斷的類(lèi)型碼放到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上
輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁(yè)!7.5.38259A的工作方式8259A的工作方式有如下幾類(lèi):中斷嵌套方式中斷優(yōu)先方式中斷屏蔽方式中斷結(jié)束處理方式
中斷觸發(fā)方式中斷級(jí)聯(lián)工作方式中斷查詢(xún)方式8259A讀取方式輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁(yè)!D.主8259AIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7一般嵌套方式:從片的INT被主片封鎖,故更高級(jí)別的IR0-IR2中斷也無(wú)法得到響應(yīng)特殊嵌套方式:因主片不封鎖從片的INT,故級(jí)別高的IR0-IR2中斷可以得到響應(yīng)。(但I(xiàn)R3-IR7仍被本從片封鎖)C.假定IR3發(fā)生中斷,并獲得服務(wù)一般嵌套方式:IR4的中斷被服務(wù)時(shí),這些中斷將被封鎖。B.特殊嵌套方式:IR4的中斷被服務(wù)時(shí),只封鎖IR5-IR7。A.INTE.從8259AINTIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7一般全嵌套方式與特殊全嵌套方式的區(qū)別
去CPU輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁(yè)!中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套(續(xù))循環(huán)優(yōu)先級(jí)方式
中斷源輪流處于最高優(yōu)先級(jí),即自動(dòng)中斷優(yōu)先級(jí)循環(huán)初始優(yōu)先級(jí)順序可用編程改變某中斷請(qǐng)求IRi被處理后,其優(yōu)先級(jí)別自動(dòng)降為最低,原來(lái)比它低一級(jí)的中斷上升為最高級(jí)
IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR07654321021076543最低級(jí)最高級(jí)最高級(jí)最低級(jí)ISR內(nèi)容IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0IR4的服務(wù)結(jié)束以前0101000001000000IR4的服務(wù)結(jié)束以后ISRi輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁(yè)!7.5.38259A的工作方式4.中斷結(jié)束方式當(dāng)某一IRi被中斷服務(wù)時(shí),ISR中的相應(yīng)位ISRi=1。當(dāng)服務(wù)結(jié)束后,則必須清零該ISRi位。使ISRi=0是通過(guò)向8259A發(fā)出中斷結(jié)束命令(EOI命令)實(shí)現(xiàn)的。三種EOI命令自動(dòng)EOI(AEOI)——(自動(dòng)EOI方式)非指定EOI(NSEOI)——(正常EOI方式)指定EOI(SEOI)——(特殊EOI方式)輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁(yè)!中斷服務(wù)程序┇向從PIC發(fā)EOI命令讀從PIC的ISR全0?向主PIC發(fā)EOI命令YIRET恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)N特殊全嵌套方式下的EOI處理只有當(dāng)從PIC的中斷全部處理完后,才能向主PIC發(fā)EOI命令輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁(yè)!7.5.38259A的工作方式6.級(jí)聯(lián)工作方式單片8259A可支持8個(gè)中斷源;采用多片8259A級(jí)連,可最多支持64個(gè)中斷源。級(jí)連時(shí)只能有一片8259A為主片,其余的均為從屬片;涉及到的8259A引腳包括:CAS0-CAS2SP*/EN*IRiINT輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁(yè)!7.5.38259A的工作方式7.查詢(xún)方式8259A的INT引腳不能連接CPU的INTR引腳,或者CPU處于關(guān)中斷狀態(tài)。查詢(xún)時(shí)由CPU將8259A設(shè)置成查詢(xún)工作方式,再由CPU讀入“查詢(xún)字”分析。8.對(duì)8259狀態(tài)讀取8259內(nèi)部的3個(gè)寄存器。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁(yè)!8259A內(nèi)部寄存器的尋址方法CS*RD*WR*A0D4D3讀寫(xiě)操作010000寫(xiě)OCW2寫(xiě)OCW3寫(xiě)ICW1寫(xiě)ICW2,ICW3,ICW4,OCW1(順序?qū)懭?00101x1xx00101xx讀出IRR、ISR讀出IMR需要CS*、A0、RD*、WR*和D4、D3的配合內(nèi)部寄存器的訪(fǎng)問(wèn)方法如下表:
輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁(yè)!8259A的控制命令字初始化8259A必須從ICW1開(kāi)始寫(xiě)ICW1意味著重新初始化8259A寫(xiě)入ICW1后,8259A的狀態(tài)如下:清除ISR和IMR(全0);將中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)成初始狀態(tài):IR0最高,IR7最低;設(shè)定為一般屏蔽方式;采用非自動(dòng)中斷結(jié)束方式;狀態(tài)讀出邏輯預(yù)置為讀IRR。輸入輸出和中斷技術(shù)共81頁(yè),您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁(yè)!ICW2——中斷向量碼T7~T3:中斷向量碼的高5位T2~T0:
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