第9章.中斷控制器

第9章中斷中斷原理（概念）中斷系統(tǒng)組成及其功能中斷響應(yīng)過程中斷識別和中斷優(yōu)先權(quán)8086中斷系統(tǒng)8086CPU的中斷管理可編程中斷管理芯片8259A概述

當CPU用查詢的方式與外設(shè)交換信息時，CPU就要浪費很多時間去等待外設(shè)。這樣就引出一個快速的CPU與慢速的外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的矛盾，這也是計算機在發(fā)展過程中遇到的嚴重問題之一。為解決這個問題，一方面要提高外設(shè)的工作速度，另一方面發(fā)展了中斷慨念。中斷系統(tǒng)是計算機的重要部件之一。

具有中斷功能的CPU中，有一個硬件部件專門用于檢測外設(shè)的狀態(tài)線。

在中斷傳送方式下，外設(shè)應(yīng)有請求CPU服務(wù)的權(quán)利，當外部設(shè)備準備好向CPU傳送數(shù)據(jù)，或者外設(shè)已準備就緒接收CPU的數(shù)據(jù)，或者有某些緊急情況要求處理，或者是定時時間到等等。這時，外設(shè)向CPU發(fā)出中斷請求，CPU接收到請求并在一定條件下，暫時停止執(zhí)行原來的程序而轉(zhuǎn)去中斷處理，處理好中斷服務(wù)再返回來執(zhí)行原來程序，這就是中斷的概念。9．1中斷原理中斷應(yīng)用1、實時故障處理存儲器出錯檢測電路

2、分時操作，同時處理有了中斷功能，CPU可命令多個外設(shè)同時工作。雖然CPU在不同的時間點上為不同的任務(wù)工作，但宏觀上看CPU幾乎同時為不同的任務(wù)工作，極大地發(fā)揮了CPU高速性的特點。9．2中斷系統(tǒng)組成及其功能

一、三個與中斷有關(guān)的觸發(fā)器

1、中斷請求觸發(fā)器有兩個特點：（1）它的輸出可以作為中斷請求信號，在滿足一定條件的情況下把信號發(fā)送給CPU，并在CPU未響應(yīng)時一直保存下去；（2）當CPU滿足一定條件下響應(yīng)了該中斷請求信號，執(zhí)行了相關(guān)的操作后，該中斷請求信號可以被撤除。

2、中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器的功能就是決定中斷請求觸發(fā)器的輸出信號是否可以作為中斷請求信號發(fā)送給CPU，這樣CPU通過對中斷屏蔽觸發(fā)器的設(shè)置就可以達到對中斷源的控制。屏蔽3、CPU內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器。有些CPU，比如8086CPU，設(shè)置了兩種中斷類型可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷?？善帘沃袛嗍苤袛嘣试S觸發(fā)器控制，只有當IF為1時，CPU才能響應(yīng)中斷請求信號。而不可屏蔽中斷不受中斷允許觸發(fā)器的控制，只要中斷請求信號有效，不管IF是否為1，CPU就必須響應(yīng)。因此不可屏蔽中斷的中斷優(yōu)先級要大于可屏蔽中斷的中斷優(yōu)先級。

外設(shè)的中斷請求信號要想發(fā)給CPU并能最終得到CPU的響應(yīng)，必須要滿足如下兩個條件：一個是中斷屏蔽觸發(fā)器處于非屏蔽狀態(tài)。在這種情況下，中斷請求信號才能發(fā)給CPU。但CPU是否響應(yīng)這個中斷，還要看中斷允許觸發(fā)器是否處于開中斷狀態(tài)。只有CPU是開中斷的條件下，CPU才能進入中斷響應(yīng)過程，處理中斷事務(wù)。這就是第二個條件。9.3中斷響應(yīng)過程中斷過程主要包括四個階段：外設(shè)發(fā)中斷請求信號給CPU即中斷請求；CPU對中斷請求信號所作出反應(yīng)即中斷響應(yīng)；CPU執(zhí)行對外設(shè)操作的子程序即中斷處理。中斷返回一、中斷申請當中斷屏蔽觸發(fā)器狀態(tài)為1，則中斷請求觸發(fā)器輸出的中斷請求信號發(fā)給CPU。二、中斷響應(yīng)CPU響應(yīng)可屏蔽中斷申請必須滿足3個條件:①

無總線請求；②

CPU被允許中斷；③

CPU執(zhí)行完現(xiàn)行指令．

三、中斷處理

CPU響應(yīng)中斷后要自動完成三項任務(wù)1、關(guān)閉中斷；2、CS、IP以及FR的內(nèi)容推入堆棧3、中斷服務(wù)程序段地址送入CS中，偏移地址送入IP中。

一旦CPU響應(yīng)中斷，就可轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序之中。中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)如下： pushax ；保護現(xiàn)場

…… pushbx sti ；開中斷

…… ；中斷處理

cli ；關(guān)中斷

popbx ；恢復(fù)現(xiàn)場

…… popax sti ；開中斷

reti ；中斷返回

9.4中斷源識別及中斷優(yōu)先權(quán)

在中斷系統(tǒng)中一個非常關(guān)鍵的問題是CPU如何知道是哪一個中斷源發(fā)出的中斷申請信號。只有正確地確定中斷源，CPU才能轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序為之服務(wù)。確定中斷源的方法被稱為中斷源識別。

1、中斷源識別包括兩個方面：確定中斷源。找到該中斷服務(wù)程序的首地址。

下面我們給出解決問題的兩種方案：（1）查詢中斷INAL,IPORT ；從輸入接口取中斷信息TESTAL，80H ；是0號設(shè)備請求嗎?JNZSEVO ；是，轉(zhuǎn)0號設(shè)備服務(wù)程序TESTAL,40H ；否，是1號設(shè)備請求嗎?JNZSEVl ；是，轉(zhuǎn)1號設(shè)備服務(wù)程序TESTAL,20H ；否，是2號設(shè)備請求嗎?JNZSEV2 ；是，轉(zhuǎn)2號設(shè)備服務(wù)程序TESTAL,10H ；否，是3號設(shè)備請求嗎?JNZSEV3 ；是，轉(zhuǎn)3號設(shè)備服務(wù)程序（2）矢量中斷

中斷申請信號和中斷響應(yīng)信號是一對握手信號。在驅(qū)動一個中斷事件過程中，中斷請求信號是外設(shè)發(fā)給CPU的，當其有效時，表示外設(shè)請求CPU為之服務(wù)。而中斷響應(yīng)信號是CPU發(fā)給外設(shè)的，當其有效時，表明CPU可以為這個外設(shè)服務(wù)，同時要求外設(shè)提供中斷類型號。矢量中斷2、中斷優(yōu)先權(quán)（1）軟件方案軟件查詢確定優(yōu)先權(quán)的缺點是，響應(yīng)中斷慢。（2）、硬件方案鏈形電路 這種方法是利用外設(shè)在系統(tǒng)中的物理位置來決定其中斷優(yōu)先權(quán)的編碼電路

74LSl48是一個8到3線的優(yōu)先權(quán)編碼器，它是一個16個管腳雙列直插式TTL器件．9．58086中斷系統(tǒng)

一、8086的中斷源

8086中斷系統(tǒng)有兩大類型的中斷源，一類是由外部設(shè)備產(chǎn)生的中斷，我們稱之為硬件中斷，硬件中斷有時又稱外中斷。另一類是由指令在某種運行結(jié)果時產(chǎn)生的中斷，我們稱之為軟件中斷。另外對于硬件中斷，又分為不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷，硬件中斷是通過CPU芯片的INTR管腳或NMI管腳從外部引入的。中斷類型號和中斷服務(wù)子程序的入口地址之間的關(guān)系：8086的中斷系統(tǒng)采用向量中斷機制一共可處理256個中斷，采用中斷向量編號0～255，對256個中斷加以區(qū)別可屏蔽中斷需借助專用的中斷控制器Intel8259A對系統(tǒng)中的可屏蔽中斷源進行管理：擴充系統(tǒng)的可屏蔽中斷資源，并管理它們：實現(xiàn)中斷優(yōu)先權(quán)比較實現(xiàn)中斷源的識別中斷邏輯INTO指令單步中斷除法錯誤INTN指令CPUNMI8259A中斷控制器IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7外設(shè)中斷源

-INTA可屏蔽中斷申請

INTR不可屏蔽中斷申請可屏蔽中斷源不可屏蔽中斷源內(nèi)部中斷二、不可屏蔽中斷所謂不可屏蔽中斷就是用戶不能通過CPU內(nèi)的中斷允許觸發(fā)器IF控制的中斷，由8086CPU的NMI管腳引入。NMI中斷請求采用上升沿觸發(fā)方式，這種中斷一旦產(chǎn)生，在CPU內(nèi)部直接生成中斷類型號02。三、可屏蔽中斷可屏蔽中斷就是用戶可以控制的中斷，其途徑是通過對CPU內(nèi)的中斷允許觸發(fā)器IF的設(shè)置來禁止和允許CPU響應(yīng)中斷?？善帘沃袛嘤?086CPU的INTR管腳引入。這種中斷請求需要設(shè)備提供中斷類型號，CPU響應(yīng)中斷后，取中斷類型號的4倍作為中斷服務(wù)入口地址表的地址，通過查表得到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序首地址，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。四、軟件中斷軟件中斷是由中斷指令引起的。中斷指令的指令格式為

INTn，操作數(shù)n就是中斷類型號。當CPU執(zhí)行完畢中斷指令I(lǐng)NTn后，就會立即產(chǎn)生一個中斷類型號為n的中斷。(1)除法中斷當進行除法運算時，若除數(shù)為0或除數(shù)太小，使得商數(shù)大于相應(yīng)寄存器所能表示的最大值，被稱作除法出錯。這時除法指令就相當于一個中斷源，它向CPU發(fā)出類型0中斷。(2)溢出中斷當算術(shù)運算產(chǎn)生溢出時，將在INTO指令控制下向CPU發(fā)出類型4的中斷，即溢出中斷。(3)單步中斷和斷點中斷單步中斷

當8086CPU的標志寄存器中的TF標志為1時，8086CPU處于單步工作方式，這時CPU在每條指令執(zhí)行后自動產(chǎn)生類型l的中斷。斷點中斷

INT3指令是1字節(jié)指令，可將這條指令的目的代碼嵌入任意條指令的操作碼處，從而實現(xiàn)斷點中斷。五、中斷概念的再討論1、中斷與調(diào)子程序之間的關(guān)系(1)中斷過程實際上是CPU從執(zhí)行當前主程序轉(zhuǎn)到執(zhí)行為外設(shè)服務(wù)的子程序，因此從這個角度來看，中斷過程是一個調(diào)用子程序的過程。(2)中斷過程與子程序調(diào)用還是有很大差別的：調(diào)用子程序的過程是一個無條件過程，但中斷過程的中斷服務(wù)程序的調(diào)用一般是有條件的。子程序調(diào)用在整個程序執(zhí)行中的位置是固定的。但對于硬件中斷過程，只要條件滿足，在整個程序執(zhí)行的任意一時間點都有可能發(fā)生從主程序向中斷服務(wù)子程序的轉(zhuǎn)移事件，也就是說硬件中斷產(chǎn)生的調(diào)用過程是隨機的，不可預(yù)測的。2、外部中斷和INTn之間的關(guān)系結(jié)合中斷指令I(lǐng)NTn，我們可以這樣理解外部中斷：當外部中斷源發(fā)中斷給CPU時，如果CPU滿足一定的條件，處于開中斷狀態(tài)，CPU就可以響應(yīng)中斷，這時外設(shè)在CPU正在執(zhí)行指令與其下一個指令之間，等效“插入”了一個INTn指令，這里的n就是外設(shè)提供的中斷類型號。注意這里用“等效”兩字表示實際過程中是不存在插入INTn指令的操作，但CPU確實完成了類似INTn指令的功能，實現(xiàn)了主程序向中斷程序的轉(zhuǎn)移。9．68086CPU的中斷管理一、8086CPU的中斷處理順序

8086CPU的中斷優(yōu)先權(quán)排列從高到低為：1、除法出錯中斷，溢出中斷，INTn；2、NMl；3、INTR；4、單步中斷。二、8086CPU的中斷向量表三、中斷入口地址設(shè)置1、用串指令

CLI ；關(guān)中斷MOVAX,0MOVES,AX ；置附加段基地址為0MOVDI,n*4 ；置附加段偏移地址到DIMOVAX,OFFSETINT_VCE ；置中斷程序首地址的偏移量到AXCLD STOSW ；填偏移量到中斷地址表MOVAX,SEGINT_VCE ；置中斷程序的段基地址到AXSTOSW ；填段基地址到中斷地址表STI ；開中斷

……

2、用偽指令I(lǐng)NT－TBL SEGMENTAT0 ；定義INT－TBL段，段基地址為0 ORGn*4 ；指定偏移地址

DDINT—VCE ；存中斷程序入口地址INT－TBL ENDS

……

；其他處理

MCODE SEGMENT ；主程序

……

；其他處理

INT—VCEPROCFAR ；中斷服務(wù)程序

…… IRETINT—VCE ENDP

……

3、用系統(tǒng)調(diào)用 使用DOS功能調(diào)用的25H功能要求：

AL＝中斷類型號

DS：DX＝中斷服務(wù)程序首地址的段、偏移地址

PUSHDS MOVDX，SEGINT60H ；段基地址送DS MOVDS，DX MOVDX，OFFSETINT60H ；偏移地址送DX MOVAL，60H ；中斷類型號送ALMOVAH，25H INT21H ；25H功能調(diào)用

POPDS4、直接裝入法若外設(shè)的中斷類型號為6BH，則此中斷類型號對應(yīng)的中斷矢量表地址為從00lACH開始的四個存儲單元．設(shè)中斷服務(wù)程序段地址是1000H，偏移地址為2000H。 MOV AX,，0 MOV DS，AX ；置數(shù)據(jù)段段基地址為0 MOV AX，2000H MOV WORDPTR[01ACH],AX

；對偏移地址為01AC的單元

MOV AX．1000H ；送雙字

MOV WORDPTR[01ACH+2],AX8086微機的中斷管理著三種中斷源：（1）內(nèi)部中斷源（2）非屏蔽中斷NMI（3）可屏蔽中斷INTR其中可屏蔽中斷源由8259A中斷控制器進行管理,之后向CPU發(fā)出INTR中斷請求。9．7可編程中斷管理芯片8259A8259的基本功能：能接收外部的中斷請求，并進行判斷送出對應(yīng)中斷源的中斷類別號中斷嵌套中斷屏蔽或允許。允許兩級級聯(lián)形成主從結(jié)構(gòu)。

VCC

A0

INTA

IR7

IR6

IR5

IR4

IR3

IR2

IR1

IR0

INT

SP/EN

CAS2CS

WR

RD

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

CAS0

CAS1

GND1

8259A28

2

27

3

26

4

25

5

24

6

23

7

22

8

21

9

20

10

19

11

18

12

17

13

16

1415一、8259A的外部特性1片8259A能管理8級中斷（8個中斷源）?？捎?片8259A構(gòu)成64級的主從式中斷管理系統(tǒng)。8259級聯(lián)工作示意圖CAS0IR0CAS1IR1CAS2IR2

IR3-INTAIR4IR5INTIR6IR7-SP/-EN

CAS0-INTA

CAS1

CAS2INT

IR0

IR1-SP/-ENIR7CAS0IR0CAS1IR1CAS2IR2IR3-INTAIR4IR5INTIR6IR7-SP/-EN-INTAINTR+5V輸出得到響應(yīng)的從片編號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(quán)判別電路中斷服務(wù)寄存器控制邏輯IRRPRISRIMR二、8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、8259A的編程結(jié)構(gòu)處理部分編程部分8259A控制寄存器及I/O端口的識別8259A讀寫操作及地址CSRDWRA0功能8259A端口PC/XT機端口0010讀IRR，ISR偶地址20H0011讀IMR奇地址21H0100寫ICW1，OCW2，OCW3偶地址20H0101寫ICW2，ICW3，ICW4，OCW1奇地址21H011×無操作

1×××無操作

8259A可以編程設(shè)置各種不同的工作方式優(yōu)先級方式（4種）屏蔽中斷源的方式（2種）結(jié)束中斷的方式（3種）連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的方式（2種）引入中斷請求的觸發(fā)方式（3種）1、中斷優(yōu)先權(quán)管理（1）完全嵌套方式

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，IR1為次高優(yōu)先級，依次類推，IR7為最低優(yōu)先級。（2）特殊完全嵌套方式

用在8259A有級聯(lián)的情況（3）優(yōu)先級自動循環(huán)方式從IR0—IR7引入的中斷輪流具有最高優(yōu)先權(quán)。（4）優(yōu)先級特殊循環(huán)方式2、中斷屏蔽方式普通屏蔽方式：

通過IMR設(shè)置，0允許，1屏蔽

特殊屏蔽方式(允許發(fā)生低級的中斷嵌套)3、8259A中斷結(jié)束的方式（EOI命令）中斷自動結(jié)束方式一般的中斷結(jié)束方式特殊的中斷結(jié)束方式4、連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的方式緩沖方式：8259A通過總線驅(qū)動器和數(shù)據(jù)總線相連，這就是緩沖方式。8259A的數(shù)據(jù)線需加緩沖器予以驅(qū)動8259A把SP*/EN*引腳作為輸出端，輸出允許信號，用以鎖存或開啟緩沖器非緩沖方式：當系統(tǒng)中只有單片8259A時，一般將它直接與數(shù)據(jù)總線相連。

SP*/EN*引腳為輸入端若8259A級連，由其確定是主片或從片5、引入中斷請求的觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)方式（上升沿有效）電平觸發(fā)方式（高電平有效）中斷查詢方式初始化命令字ICWICW1ICW2ICW3ICW4

初始化命令字的編程順序ICW1命令字

芯片控制初始化命令字，必須寫入偶地址端口

A0

D7

D6D5

D4D3

D2

D1

D0

0

1：要ICW4

0：不要ICW4

1：單片方式

0：級連方式

偶地址端口

8086/8088系統(tǒng)不用

特征位

1：電平觸發(fā)

0：邊沿觸發(fā)

XXX1LTIMADISNGLIC4

8086/8088系統(tǒng)無意義8086/8088系統(tǒng)必須為1(1)ICW1的格式和含義ICW2命令字用來設(shè)定中斷類型碼，必須奇地址端口（A0=1）

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1D0

1

中斷類型號的高5位由用戶編程確定

8259A自動填入

T7T6T5T4T3000

000：IR0001：IR1、、、111：IR7奇地址端口(2)ICW2ICW3命令字設(shè)定主片/從片標志，奇地址端口，只有多片級聯(lián)時才設(shè)置。主片的ICW3如下：

1：IRi輸入引腳接從片的INT

0：-IRi輸入引腳未接從片的INT

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

IR3

IR2

IR1

IR0

IR4

IR5

IR6

IR7

1

奇地址端口(3)ICW3的格式和含義ICW3命令字設(shè)定主片/從片標志，奇地址端口，只有多片級聯(lián)時才設(shè)置。從片的ICW3如下：

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

ID2ID1

ID00

0

0

01

奇地址端口ICW4命令字方式控制初始化命令字，必須填入奇地址端口

1-8088/8086CPU

0-8080/8085CPU

1-自動EOI方式

0-非自動EOI方式

1-特殊完全嵌套方式

0-一般完全嵌套方式

0

X

非緩沖方式

1

0

緩沖方式從片

1

1

緩沖方式主片

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1D0

1

000SFNMBUFM/SAEOIuPM

(4)ICW4的格式和含義8086CPU中8259A初始化命令字的順序必須按順序?qū)懭隝CW1（偶地址端口）ICW2（奇地址端口）是級聯(lián)方式嗎？主或從片ICW3（奇地址端口）ICW4（奇地址端口）結(jié)束YN①ICW1寫入偶端口，ICW2～ICW4寫入奇端口②ICW1～ICW4的設(shè)置次序固定③ICW1和ICW2須設(shè)置，ICW3和ICW4非必須

④

在級聯(lián)時，主片和從片各設(shè)置ICW3對8259A設(shè)置初始化命令字的例子MOVAL,13HOUT80H,AL ;設(shè)置ICW1MOVAL，18HOUT81H，AL ;設(shè)置ICW2MOVAL,0DHOUT81H，AL ;設(shè)置ICW4操作命令字OCWOCW1OCW2OCW3中斷屏蔽操作命令字，要求寫入奇地址端口

1：輸入引腳對應(yīng)中斷請求受到屏蔽

0：輸入引腳對應(yīng)中斷請求得到允許

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

M3

M2

M1

M0

M4

M5

M6M71

(1)OCW1的格式和含義

OCW2命令字

優(yōu)先級循環(huán)方式和中斷結(jié)束方式操作命令字，寫入偶地址端口由R、SL、EOI組合實現(xiàn)

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

L2

L1

L0

0

EOI

SL

R

0

1：優(yōu)先級循環(huán)0：固定優(yōu)先級1：L2~L0有效0：L2~L0無效

1：發(fā)中斷結(jié)束命令0：不發(fā)中斷結(jié)束命令標志位

指定中斷源，000：IR0、、、111：IR7優(yōu)先級時代表最低級(2)OCW2的格式和含義OCW2的總結(jié)RSLEOI功能100設(shè)置優(yōu)先級自動循環(huán)方式000結(jié)束優(yōu)先級自動循環(huán)方式110設(shè)置特殊優(yōu)先級循環(huán)方式101發(fā)中斷結(jié)束命令，并用優(yōu)先級自動循環(huán)方式111發(fā)中斷結(jié)束命令，并用特殊優(yōu)先級循環(huán)方式011特殊中斷結(jié)束命令001一般中斷結(jié)束方式010無效(3)OCW3的格式和功能 功能： （1）設(shè)置和撤銷特殊屏蔽方式 （2）設(shè)置中斷查詢方式 （3）設(shè)置對內(nèi)部寄存器的讀出命令

OCW3命令字

三部分功能

特殊屏蔽方式、中斷查詢方式、讀IRR/ISR命令字

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

1

P

RR

RIS

0

SMM

ESMM

0

0

0X：無效10：取消特殊屏蔽方式11：設(shè)置特殊屏蔽方式

標志位

0X：無效10：準備讀IRR11：準備讀ISR1：中斷查詢工作方式0：不查詢

OCW3命令字（中斷查詢）查詢功能：CPU輸出查詢命令0CH，再執(zhí)行一條IN指令，讀入查詢字

A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

X

W2

W1

W0

X

X

X

IR

0

1：有中斷請求0：無

000：IR0優(yōu)先級最高001：IR1優(yōu)先級最高、、、11