微機原理第6章-中斷技術

第6章第6章：教學重點教學重點

8088CPU的中斷系統(tǒng)內(nèi)部中斷服務程序的編寫中斷控制器8259A的作用第6章：6.18088中斷系統(tǒng)8088的中斷系統(tǒng)采用向量中斷機制能夠處理256個中斷用中斷向量號0~255區(qū)別可屏蔽中斷還需要借助專用中斷控制器Intel8259A實現(xiàn)優(yōu)先權管理第6章：6.1.18088的中斷類型非屏蔽中斷源中斷邏輯INTO指令單步中斷除法錯誤INTN指令CPUINTRNMI可屏蔽中斷源8259A中斷控制器IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7外設中斷源

INTA內(nèi)部中斷除法錯中斷指令中斷溢出中斷單步中斷外部中斷非屏蔽中斷可屏蔽中斷第6章：1.內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷是由于8088內(nèi)部執(zhí)行程序出現(xiàn)異常引起的程序中斷利用內(nèi)部中斷，微處理器為用戶提供了發(fā)現(xiàn)、調(diào)試并解決程序執(zhí)行時異常情況的有效途徑例如，ROM-BIOS和DOS系統(tǒng)利用內(nèi)部中斷為程序員提供了各種功能調(diào)用第6章：⑴除法錯中斷在執(zhí)行除法指令時，若除數(shù)為0或商超過了寄存器所能表達的范圍，則產(chǎn)生一個向量號為0的內(nèi)部中斷，稱為除法錯中斷例如：movbl,0idiv

bl

；除數(shù)BL＝0，產(chǎn)生除法錯中斷movax,200hmovbl,1divbl

；商＝200H，不能用AL表達 ；產(chǎn)生除法錯中斷第6章：⑵指令中斷在執(zhí)行中斷調(diào)用指令INTn時產(chǎn)生的一個向量號為n（0~255）的內(nèi)部中斷，稱為指令中斷其中向量號為3的指令中斷比較特別（生成一個字節(jié)的指令代碼：11001100），常用于程序調(diào)試，被稱為斷點中斷例如：DEBUG.EXE調(diào)試程序的運行命令G設置的斷點，就是利用INT3指令實現(xiàn)的第6章：⑶溢出中斷在執(zhí)行溢出中斷指令INTO時，若溢出標志OF為1，則產(chǎn)生一個向量號為4的內(nèi)部中斷，被稱為溢出中斷例如：movax,2000haddax,7000h

；2000H＋7000H＝9000H，溢出：OF＝1into ；因為OF＝1，所以產(chǎn)生溢出中斷第6章：⑷單步中斷若單步中斷TF為1，則在每條指令執(zhí)行結束后產(chǎn)生一個向量號為1的內(nèi)部中斷，稱為單步中斷例如：DEBUG.EXE調(diào)試程序的單步命令T就利用單步中斷實現(xiàn)對程序的單步調(diào)試第6章：2.外部中斷外部中斷是由于8088外部提出中斷請求引起的程序中斷利用外部中斷，微機系統(tǒng)可以實時響應外部設備的數(shù)據(jù)傳送請求，能夠及時處理外部意外或緊急事件外部中斷的原因是處理器外部隨機產(chǎn)生的，所以是真正的中斷（Interrupt）內(nèi)部中斷的原因是處理器執(zhí)行程序出現(xiàn)異常，所以經(jīng)常被稱為異常（Exception）第6章：⑴非屏蔽中斷通過非屏蔽中斷請求信號向微處理器提出的中斷請求，微處理器無法禁止，將在當前指令執(zhí)行結束予以響應，這個中斷被稱為非屏蔽中斷8088的非屏蔽中斷的向量號為2，非屏蔽中斷請求信號為NMI非屏蔽中斷主要用于處理系統(tǒng)的意外或故障。例如：電源調(diào)電前的數(shù)據(jù)保護存儲器讀寫錯誤的處理第6章：⑵可屏蔽中斷外部通過可屏蔽中斷請求信號向微處理器提出的中斷，微處理器在允許可屏蔽中斷的條件下，在當前指令執(zhí)行結束予以響應，同時輸出可屏蔽中斷響應信號，這個中斷就是可屏蔽中斷8088的可屏蔽中斷請求和響應信號分別是INTR和INTA*；由IF標志控制可屏蔽中斷是否允許響應；向量號來自外部中斷控制器8088通常需要配合中斷控制器8259A共同處理可屏蔽中斷可屏蔽中斷主要用于主機與外設交換數(shù)據(jù)第6章：中斷標志IF的狀態(tài)IF＝0：可屏蔽中斷不會被響應關中斷、禁止中斷、中斷屏蔽系統(tǒng)復位，使IF＝0任何一個中斷被響應，使IF＝0執(zhí)行指令CLI，使IF＝0IF＝1：可屏蔽中斷會被響應開中斷、允許中斷、中斷開放執(zhí)行指令STI，使IF＝1執(zhí)行指令IRET恢復原IF狀態(tài)明確IF標志的狀態(tài)是關鍵第6章：6.1.28088的中斷響應過程NMIN軟件中斷INTRTF=1中斷響應周期讀中斷向量號下條指令現(xiàn)行指令IF＝1NNNNYYYYY查詢中斷的順序，決定了各種中斷源的優(yōu)先權軟件中斷除法錯中斷指令中斷溢出中斷非屏蔽中斷可屏蔽中斷單步中斷高低第6章：6.1.28088的中斷響應過程（續(xù)）Y還有NMITEMP＝1標志寄存器入棧TEMP＝TF，IF＝TF＝0CS：IP入棧獲取中斷向量執(zhí)行服務程序彈出CS：IP彈出標志寄存器返回被中斷程序（1）（2）（3）（4）（5）NNY（6）8088各種中斷源的優(yōu)先權，實際上是指被識別出來的先后多種中斷同時請求時，最先響應的則可能是單步中斷或NMI中斷第6章：6.1.38088的中斷向量表中斷向量：中斷服務程序的入口地址（首地址）邏輯地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位）每個中斷向量的低字是偏移地址、高字是段地址，需占用4個字節(jié)8088微處理器從物理地址000H開始，依次安排各個中斷向量，向量號也從0開始256個中斷占用1KB區(qū)域，就形成中斷向量表向量號為N的中斷向量的物理地址＝N×4第6章：6.2內(nèi)部中斷服務程序編寫內(nèi)部中斷服務程序與編寫子程序類似利用過程定義偽指令PROC/ENDP第1條指令通常為開中斷指令STI最后用中斷返回指令IRET通常采用寄存器傳遞參數(shù)主程序需要調(diào)用中斷服務程序調(diào)用前，需要設置中斷向量設置必要的入口參數(shù)利用INTn指令調(diào)用中斷服務程序處理出口參數(shù)第6章：例6.1內(nèi)部中斷服務程序編寫80H號中斷服務程序，并調(diào)用功能：具有顯示以“0”結尾字符串的功能，利用顯示器功能調(diào)用INT10H實現(xiàn)字符顯示字符串緩沖區(qū)首地址為入口參數(shù)：

DS:DX（段地址：偏移地址）傳遞參數(shù)第6章：例6.1的數(shù)據(jù)段；數(shù)據(jù)段intoff dw? ；用于保存偏移地址intseg dw? ；用于保存段基地址intmsg db‘AInstructionInterrupt!’,0dh,0ah,0以“0”結尾回車、換行第6章：例6.1的獲取原中斷向量；代碼段movax,3580h ；利用DOS功能35H號int21h ；獲取原80H中斷向量movintoff,bx ；保存偏移地址movintseg,es ；保存段基地址獲取中斷向量（DOS功能調(diào)用INT21H）功能號：AH＝35H入口參數(shù)：AL＝中斷向量號出口參數(shù)：ES:BX＝中斷向量（段地址：偏移地址）第6章：例6.1的設置新中斷向量pushdsmovdx,offsetnew80h ；取中斷程序偏移地址movax,segnew80h ；取中斷程序段地址movds,axmovax,2580hint21hpopds設置中斷向量（DOS功能調(diào)用INT21H）功能號：AH＝25H入口參數(shù)：AL＝中斷向量號DS:DX＝中斷向量（段地址：偏移地址）第6章：例6.1的中斷調(diào)用；設置入口參數(shù)： DS＝段地址（已設置）

DX＝偏移地址movdx,offsetintmsg int80h

；調(diào)用80H中斷服務程序AInstructionInterrupt!程序功能第6章：例6.1的主程序返回movdx,intoff

；恢復原中斷向量movax,intsegmovds,ax

；改變DSmovax,2580hint21h

；因緊接著返回DOSmovax,4c00h

；故無需恢復DSint21h設置中斷向量（DOS功能調(diào)用INT21H）功能號：AH＝25H入口參數(shù)：AL＝中斷向量號DS:DX＝中斷向量（段地址：偏移地址）第6章：例6.1的中斷服務程序（1）；80H號內(nèi)部中斷服務程序：；顯示字符串（以“0”結尾）；入口參數(shù)：DS:DX＝緩沖器首地址new80h proc ；過程定義

sti

；開中斷

pushax ；保護寄存器

pushbx pushsi第6章：例6.1的中斷服務程序（2）

movsi,dxnew1: moval,[si] ；讀取欲一個顯示字符

cmpal,0

；為結尾“0”，則結束

jznew2 movbx,0

；采用ROM-BIOS功能調(diào)用

movah,0eh int10h incsi

；準備顯示下一個字符

jmpnew1第6章：例6.1的中斷服務程序（3）new2: popsi ；恢復寄存器

popbx popax

iret

；中斷返回new80h endp ；過程（中斷服務程序）結束AInstructionInterrupt!程序功能6.3可編程中斷控制器8259APIC，ProgrammableInterruptController可對8個中斷源實現(xiàn)優(yōu)先級控制

可擴展至對64個中斷源實現(xiàn)優(yōu)先級控制

可編程設置不同工作方式根據(jù)中斷源向x86提供不同中斷類型碼引腳分配及功能見教材圖6.266.3.1．8259A的內(nèi)部結構8259A的內(nèi)部結構（見下圖）中斷請求寄存器IRR保存從IR0～IR7來的中斷請求信號，某位=1表示對應的IRi有中斷請求

中斷服務寄存器ISR

保存所有正在服務的中斷源，某位=1表示對應的IRi中斷正在被服務

中斷屏蔽寄存器IMR存放中斷屏蔽字，某位=1表示對應的IRi輸入被屏蔽

中斷優(yōu)先權判別電路

確定是否向CPU發(fā)出中斷請求，中斷響應時確定ISR的哪位應置位及把相應中斷的類型碼放到數(shù)據(jù)總線上

第6章：6.3.18259A的內(nèi)部結構D7~D0INTAINT中斷請求寄存器中斷屏蔽寄存器數(shù)據(jù)總線緩沖器IR0IR7讀/寫控制邏輯級聯(lián)緩沖器比較器RDWRA0CSCAS0CSA1CAS2SP/EN優(yōu)先權判別電路中斷服務寄存器控制邏輯6.3.28259A的工作過程8259A對中斷請求的處理過程如下：當某IRi有效時，IRR相應位置1若有效的IRi未被屏蔽，則向CPU發(fā)出中斷請求檢測到第1個INTA#信號后，置ISRi=1，IRRi=0

檢測到第2個INTA#信號后，把ISRi=1中最高優(yōu)先級的中斷類型碼放到DB上若工作在AEOI方式，在第2個INTA#結束時，使ISRi復位；否則由CPU發(fā)出EOI命令使ISRi復位6.3.38259A的工作方式8259A的工作方式有如下幾類：中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套中斷結束處理方式

屏蔽中斷源的方式中斷觸發(fā)方式級聯(lián)工作方式中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套中斷優(yōu)先方式

兩類優(yōu)先級控制方式：固定優(yōu)先級和循環(huán)優(yōu)先級固定優(yōu)先級方式所有中斷請求IRi的中斷優(yōu)先級固定不變優(yōu)先級排列順序可編程改變加電后8259A的默認方式，默認優(yōu)先級順序從高到低為IR0～IR7IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR07654321032107654最低級最高級最高級最低級優(yōu)先級IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0默認優(yōu)先級優(yōu)先級可編程改變中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套（續(xù)）循環(huán)優(yōu)先級方式

中斷源輪流處于最高優(yōu)先級，即自動中斷優(yōu)先級循環(huán)初始優(yōu)先級順序可用編程改變某中斷請求IRi被處理后，其優(yōu)先級別自動降為最低，原來比它低一級的中斷上升為最高級

IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR07654321021076543最低級最高級最高級最低級ISR內(nèi)容IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0IR4的服務結束以前0101000001000000IR4的服務結束以后ISRi中斷優(yōu)先方式與中斷嵌套（續(xù)）中斷嵌套方式在中斷處理過程中允許被更高優(yōu)先級的事件所中斷稱為中斷嵌套。8259A有兩種中斷嵌套方式：普通全嵌套方式（默認方式）

一中斷正被處理時，只有更高優(yōu)先級的事件可以打斷當前的中斷處理過程而被服務。特殊全嵌套方式

一中斷正被處理時，允許同級或更高優(yōu)先級的事件可以打斷當前的中斷處理過程而被服務。注:特殊全嵌套僅用于多個8259A級連時的主8259A，而不能用于從屬8259A或單8259A系統(tǒng)。D.主8259AIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7一般嵌套方式：從片的INT被主片封鎖，故更高級別的IR0-IR2中斷也無法得到響應特殊嵌套方式：因主片不封鎖從片的INT，故級別高的IR0-IR2中斷可以得到響應。(但IR3-IR7仍被本從片封鎖)C.假定IR7發(fā)生中斷,并獲得服務一般嵌套方式：IR4的中斷被服務時，這些中斷將被封鎖。B.特殊嵌套方式：IR4的中斷被服務時，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中斷結束處理方式當某一IRi中斷被服務時，ISR中的相應位ISRi=1。當服務結束后，則必須清零該ISRi位。使ISRi=0是通過向8259A發(fā)出中斷結束命令（EOI命令）實現(xiàn)的。三種EOI命令自動EOI（AEOI）——（自動EOI方式）非指定EOI（NSEOI）——（正常EOI方式）指定EOI（SEOI）——（特殊EOI方式）

AEOI：在第2個INTA#結束時，由8259A使ISRi自動復位；因不保留當前正在服務的中斷的狀態(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位的ISR的位號。

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)先級最高的那一位復位。用于普通全嵌套方式中斷服務程序┇向從PIC發(fā)EOI命令讀從PIC的ISR全0？向主PIC發(fā)EOI命令YIRET恢復現(xiàn)場N特殊全嵌套方式下的EOI處理只有當從PIC的中斷全部處理完后，才能向主PIC發(fā)EOI命令屏蔽中斷源的方式IMR屏蔽字決定了允許或禁止某位IRi所對應的中斷：IMi=1禁止，IMi=0允許。特殊屏蔽方式：提供了允許較低優(yōu)先級的中斷能夠得到響應的特殊手段。原理：假定當前正在處理IR6，先進入特殊屏蔽方式，然后設置IM6=1。這時，除IR6外的所有中斷請求均能得到響應。特殊屏蔽方式中只能用SEOI命令結束中斷。特殊屏蔽例：

。；IR4中斷處理程序 CLI MOVAL，68H；OCW3：01101000 OUT0C0H，AL；設置特殊屏蔽方式 INAL，0C2H

ORAL，10H；屏蔽IR4 OUT0C2H，AL STI 。；IR7請求，響應，返回 。 CLI；為設命令字 INAL，0C2H；讀出屏蔽字 ANDAL，0EFH；清除IMR4 OUT0C2H，AL MOVAL，48H；OCW3：010

01000 OUT0C0H，AL；取消特殊屏蔽 STI 。 ；繼續(xù)IR4中斷服務 MOVAL，20H；OCW2：00100000(EOI) OUT0C0，AL IRET

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求

電平觸發(fā)IRi出現(xiàn)高電平表示有中斷請求在第1個INTA#結束前，IRi必須保持高電平

級聯(lián)工作方式單片8259A可支持8個中斷源；采用多片8259A級連，可最多支持64個中斷源。n片8259A可支持7n+1個中斷源；級連時只能有一片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級連電路連接方法6.3.48259A的編程使用8259A的控制命令分為初始化命令字ICWICW1～ICW4向8259A寫入ICW的過程稱為初始化編程操作命令字OCW

OCW1～OCW3向8259A寫入OCW的過程稱為操作方式編程8259A內(nèi)部寄存器的尋址方法CS#RD#WR#A0D4D3讀寫操作010000寫OCW2寫OCW3寫ICW1寫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)部寄存器的訪問方法如下表：

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ICW1寫ICW2級連？寫ICW3需ICW4?寫ICW4NNYY8259A的控制命令字初始化8259A必須從ICW1開始寫ICW1意味著重新初始化8259A寫入ICW1后，8259A的狀態(tài)如下：清除ISR和IMR(全0)；將中斷優(yōu)先級設成初始狀態(tài)：IR0最高，IR7最低；設定為一般屏蔽方式；采用非自動中斷結束方式；狀態(tài)讀出邏輯預置為讀IRR。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:級連控制=1單片=0級連IC4:ICW4控制=1要寫ICW4=0不寫ICW4（默認ICW4為全0）A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 x

x

x 1 LTIM x SNGL

IC4ICW2——中斷向量碼T7～T3:中斷向量碼的高5位T2～T0:最低3位為中斷源的序號IRn000～111分別對應IR0～IR7由8259A根據(jù)中斷源的序號自動填入

例如： 若ICW2命令字為48H，則IR0的中斷向量碼為48H，IR7的中斷向量碼為4FH，等等。A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 T7

T6 T5 T4 T3

x

x

xICW3——級連控制字

主片的級聯(lián)控制字

Si=1對應IRi線上連接了從片

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 S7

S6 S5 S4 S3

S2

S1

S0從片的級聯(lián)控制字

ID2～ID0

標識碼，說明本從片連接到主片的哪個IR引腳上。000～111分別對應IR0～IR7。

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 0

0 0 0 0

ID2 ID1

ID0ICW3——級連控制字（續(xù)）ICW3必須與主從片的連接關系一致：

例如，主片的IR4與從片的INT線連接，則主片的ICW3=10H，從片的ICW3=04H。中斷響應時，主片通過級連線CAS2-CAS0送出被允許中斷的從片標識碼，各從片用自己的ICW3與CAS2-CAS0比較，二者一致的從片才可發(fā)送中斷向量碼。ICW4——中斷結束方式字

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EOI1自動EOI方式0非自動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8259A的操作命令字OCW

OCW用于設置8259的工作狀態(tài)在初始化后寫入OCW的寫入順序可任意寫入地址要求：OCW1必須寫入奇地址端口(A0=1)OCW2，OCW3必須寫入偶地址端口(A0=0)

OCW1——中斷屏蔽字

Mi=1中斷請求線IRi被屏蔽(不允許中斷)=0允許該IRi中斷OCW1將寫入IMR寄存器。A0=1時讀OCW1可讀出設置的IMR內(nèi)容。A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 M7

M6 M5 M4 M3

M2

M1

M0OCW2——中斷結束和優(yōu)先級循環(huán)

L2～L0:優(yōu)先級編碼R:優(yōu)先級自動循環(huán)SL:指定優(yōu)先級EOI:結束中斷命令

RSLEOI001非指定EOI命令(NSEOI)，全嵌套方式011指定EOI命令(SEOI)，全嵌套方式，按L2-L0編碼復位ISR101NSEOI命令，優(yōu)先級自動循環(huán)100自動EOI，設置優(yōu)先級自動循環(huán)000自動EOI，取消優(yōu)先級自動循環(huán)(固定優(yōu)先級)111SEOI命令，按L2-L0編碼循環(huán)優(yōu)先級(L2-L0設為最低優(yōu)先級)110按L2-L0編碼循環(huán)優(yōu)先級(L2-L0設為最低優(yōu)先級)

A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 R

SL EOI 0 0

L2

L1

L0OCW3——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特殊屏蔽方式復位0x非特殊屏蔽方式P(Polling):=1查詢方式

=0非查詢方式A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 0 ESMM SMM 0 1 P RR RISRR:讀寄存器RIS:ISR/IRR選擇RRRIS11讀ISR10讀IRR0x無效OCW3（續(xù)）查詢方式允許8259A不工作于中斷方式，而是以查詢方式工作。CPU先寫一個D2=1的OCW3，再對同一地址讀入，即可得到如下狀態(tài)字節(jié)：

IxxxxR2R1R0

I=1表示有中斷請求，中斷請求號為R2-R0此查詢步驟可反復執(zhí)行，以響應多個同時發(fā)生的中斷。

讀IRR/ISR：寫入此命令后，隨后再對同一地址讀，即可得到IRR或ISR的內(nèi)容。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ICW4；與IR0-IR3對應的中斷向量碼為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

8259A編程舉例（續(xù)）初始化程序如下：INIT8259A： MOV DX，20H ；A0=0，寫ICW1 MOV AL，12H ；上升沿觸發(fā)，單片，不寫ICW4 OUT DX，AL MOV DX，21H ；A0=1，寫ICW2，OCW1 MOV AL，08H ；ICW2 OUT DX，AL MOV AL，0F0H ；OCW1：屏蔽IR4-IR7 OUT DX，AL6.3.5PC機中斷程序設計1）主程序 保存原中斷向量 設置自己的中斷向量 初始化堆棧指針 設置8259A的中斷屏蔽字（其他的已由操作系統(tǒng)設置） STI2）中斷服務程序 保存所用到的寄存器內(nèi)容

中斷服務程序主體 恢復進入時保存的寄存器內(nèi)容