微机原理学习笔记——中断系统
中断系统
目录
中断系统
一、中断的基本概念
中断源
开中断和关中断
中断优先权
中断向量表
中断过程
二、8086中断系统
中断源
可屏蔽中断周期
中断向量表
中断过程
三、可编程中断控制器8259A及其应用（原理、过程）
8259A中断控制器的基本功能
8259A的基本结构
8259A的引脚
8259A工作方式
8259A的编程★
一、中断的基本概念
当CPU正常运行程序时，用户通过某种方式向CPU请求为自己服务，CPU接收请求暂时中断正在运行的程序，转去执行用户服务程序，执行完毕后再返回被中断的程序。这一过程被称为中断。
中断可以提高CPU与外设交换数据的效率。
中断源
能够导致CPU产生中断的来源就是中断源。
中断源分类：
①硬中断源——硬中断：外部电路在CPU引脚上产生的中断。
②软中断源——软中断：CPU执行程序的过程中产生的中断请求。
硬中断源可以不止一个这取决于CPU有多少个可以接收硬中断请求的引脚。
软中断可以只是一条软中断指令，在8086CPU系统当中，经常使用“INT 21H”指令，他将中止执行当前程序，转而去执行相应的DOS功能调用程序。
开中断和关中断
中断分为条件中断和无条件中断，中断源也可以分为条件中断源和无条件中断源。
通过对中断标志IF的置位来切换开中断和关中断的状态，IF=1为开中状态，IF=0为关中状态。
中断优先权
中断优先级：当多个中断源同时向CPU申请中断时，为了能够有序的处理多个中断申请，给每个中断源确定一个中断级别。
中断嵌套：如果CPU在执行中断服务程序时，又接受了新的中断申请，就会打断正在执行的中断服务程序，为新的中断源服务。
中断嵌套也是要有规则的：只有高优先级的中断可以打断低优先级中断服务，低优先级中断或者同优先级中断一般不允许实现中断嵌套。
- 软件查询实现中断优先级排队
CPU响应中断之后，从数据总线读入锁存器的内容，并按照中断源的优先级从高到低进行查询，这样就可以实现高优先级的申请首先得到响应。
方法：移位法（循环移位类指令）、屏蔽法（逻辑类指令）。
优缺点：
优点是简单、应用面广；缺点是不够灵活，需要变动时需对整个服务程序进行修改。
2.硬件电路实现中断优先级排队
从图中可以看出，中断源从左向右，等级由高到低，离CPU越近，优先级越高。
工作过程：
①外部向CPU请求中断。
②CPU给出中断应答信号，高电平有效。
③排队电路选择最高级别的中断，三态锁存器选通，将其锁存的中断源标识传送到CPU的数据总线上。
④CPU读入中断源标识，调用相应的中断服务子程序。
优缺点：
硬件电路实现中断优先权排队的优点是中断响应快，使用灵活。每个中断源都有自己的中断服务子程序，不会相互影响，增加或者减少中断源都很方便。
缺点是接口电路比较复杂。特别是每个中断源需要有自己的标识，在8086CPU系统中这个标识称为中断类型号，还必须建立这个中断类型号和中断服务子程序的一一对应关系。
中断向量表
中断向量表的IP地址为中断标识号n*4，该地址存储的为中断标识号为n的中断服务程序入口地址。
中断过程
二、8086中断系统
（一）中断源
8086CPU系共有256个中断类型，对应中断类型号为00H~FFH。
可屏蔽中断只有在CPU为开中断状态下才可以响应。
当标志IF＝1时，是开中断状态。执行指令“STI”，使得IF＝1
当标志IF＝0时，是关中断状态。执行指令“CLI”，使得IF＝0
8086CPU中断优先级：
除法溢出中断——INT n——INTO——NMI——INTR——单步中断（最低）
可屏蔽中断周期
中断响应周期需要两个总线周期。
可屏蔽中断的接口电路，在收到第一个应答信号后，立即向CPU传送相应外设的中断类型号。
数据总线的低八位读中断类型号。
中断向量表
8086的中断向量表位于存储器的0~3FFH地址，共1024字节。
8086的中断向量表中存放的是中断服务程序的入口地址。1024个字节用来存放256个中断服务程序的入口地址。每个中断号分配4个字节。低地址的2个字节是中断入口的IP（偏移地址），高地址的2个字节是中断入口的CS（段地址）。
例：如果在DEBUG环境中观察到8086CPU中断向量表（部分）的内容：
-D 0000:0000 002F↙
0000:0000 9E 0F C9 00 FF 13 F4 0C-16 00 44 09 F5 13 F4 0C
0000:0010 65 04 70 00 56 3F 00 12-40 E1 00 F0 6F EF 00 F0
0000:0020 00 00 00 CC 28 00 44 09-3A 00 44 09 52 00 44 09
试问中断类型号n=5的中断服务程序入口地址是多少？
解：偏移地址=（5*4）=（0014H）= 3F56H
段地址=（5*4+2）=（0016H）= 1200H
中断服务程序的入口地址= 1200H*10H+3F56H=15F56H
中断过程
中断申请:NMI、INTR都是高电平有效。
中断响应：无论是哪一种中断申请，8086都要在执行完当前指令后，开始响应中断。
SP-2→SP,FR→(SP)；标志寄存器入栈
IF=0、TF=0；关中状态，TF=0
SP-2→SP,CS→(SP)；CS入栈保护
SP-2→SP,IP→(SP)；IP入栈保护
(n*4)→IP,(n*4+2)→CS;CPU指针转移到中断服务子程序的入口。
TF——单步标志（Trace Flag）。又称跟踪标志。该标志位在调试程序时可直接控制CPU的工作状态。当TF=1时为单步操作，CPU每执行一条指令就进入内部的单步中断处理，以便对指令的执行情况进行检查；若TF=0，则CPU继续执行程序。
中断处理 ：执行中断服务程序。如果希望允许中断嵌套，在中断服务程序的开始时，写一条开中断指令（STI）。
中断返回 ：用IRET指令
IRET指令的功能：
IP←(SP)， SP←SP+2
CS←(SP)， SP←SP+2
F←(SP)， SP←SP+2
IRET指令从堆栈取出断点地址，赋值给CS和IP寄存器，同时恢复中断服务前标志寄存器的内容。
中断服务程序：
INTER1 PROC FARPUSH AXPUSH BX ；保护现场......PUSH BXPUSH AX ；恢复现场IRETINTER1 ENDP三、可编程中断控制器8259A及其应用（原理、过程）
8259A是可编程（记忆功能）中断控制器，实际上就是一种中断接口电路。
（一）8259A中断控制器的基本功能
①单片8259可以接8个中断源，多片8259级联后，最多可以连接64个中断源。
②可以设置中断源的中断类型号（ICW2）,在CPU响应中断后，能自动地向CPU发送中断类型号。
③能管理中断源的优先级，并有固定优先级（全嵌套方式）和循环优先级（相等优先级）两种。
④可以对8个中断源进行屏蔽或不屏蔽（OCW1）。
说明：
①多片级联之后，最多可以由9片8259构成，1个主片，8个从片，8*8=64个中断源。
5片级联时，4个从片可以管理32个中断源，主片还剩余4个接口，共可管理36个中断源。
②8259对中断源进行屏蔽与条件屏蔽不同。条件屏蔽为在8086CPU内判断是否响应；而8259屏蔽直接在该芯片内开放或者禁止。
（二）8259A的基本结构
主要模块：
中断请求寄存器IRR：保存还没有得到处理的外部中断源的申请。
中断服务寄存器ISR：登记哪些中断源的申请正在被CPU响应。
优先级分析器PR：有多个中断源申请中断时，优先级分析器判定谁是最高优先级，可以优先服务；或者决定是不是可以中断嵌套。
中断屏蔽寄存器IMR：IMR共有8位，每一位控制一个外部中断源申请。
读写逻辑：其接收CPU发来的读写控制信息，以完成控制信息的写入和状态信息的读出。地址线A0对内部端口进行寻址。
基本工作过程：
①外部设备将中断申请信号加入IR0～IR7；
②如果中断屏蔽寄存器IMR对于加入的中断申请没有屏蔽，中断申请存入IRR寄存器；
③优先级分析器对中断申请进行优先级分析，对于最高优先级的申请，清除它在IRR寄存器中的登记，并将ISR寄存器的相应位置1，向CPU发出中断申请；
④CPU响应中断，发回应答信号，收到应答信号后，8259A向CPU发送中断类型号；
⑤CPU调用中断服务子程序，进入中断服务，在中断服务子程序的最后，向8259A发送结束中断命令，收到命令后，8259A清除ISR寄存器中相应位的1，一次中断过程结束。
（三）8259A的引脚
：输入，低电平有效，片选信号。片选信号有效时,8259A和CPU的数据线连通，可以和CPU交换信息。片选信号无效时,8259A的数据线处于高阻状态。CS应该连接到译码器的输出，决定对8259A寻址时的高位地址。
A0：输入，接CPU的地址线，用来对8259A内部端口寻址。A0=0选择一个端口，A0=1选择另一个端口。
8259A内部可访问的寄存器不止两个，不能只通过A。地址的不同来进行区分，还要配合其他的方法。这是8259A内部端口寻址的一个特点。
（四）8259A工作方式
①中断结束方式
复位ISR寄存器中的登记，表明一次中断服务的结束。
自动结束中断：8259A在CPU发送第二个INTA应答信号的后延，自动清除被响应的中断在ISR寄存器中的登记，把登记的“1”复位为“0”.
非自动结束中断：在中断服务子程序结束之前，向8259A发送一个结束中断命令。
②优先权管理方式★★★
全嵌套方式：对于8个中断源，从IR0接入的中断源优先级最高，从IR7接入的中断源优先级最低，优先级固定。
循环优先级方式：非固定优先级方式。一旦某个中断请求被响应了，这个中断输入对应的优先级就降到最低，原来比这个输入低一级的输入的优先级升位最高，其余各个输入对应的优先级仍然依次排列。
例如：IR5的输入请求被响应了，IR5的输入优先级变为最低，原来低一级的输入IR6的优先级上升为最高，其余依次排列。如：
IR6——IR7——IR0——IR1——IR2——IR3——IR4——IR5
特殊全嵌套方式：
在级联方式下，它允许同级中断的嵌套。
例：对于下边的级联芯片，从8259A的IR7中断服务期间，又收到从IR4的申请，对主8259A的IR6是同级 ，IR4可以中断响应。
特殊全嵌套方式只适用于主8259A的优先级管理，从8259A还是要用全嵌套方式。
（五）8259A的编程★
- 初始化命令字（ICW1~4）：每个初始化命令字要写到8259A的不同的端口。
①ICW1初始化命令字
写入端口：A0
功能：设置中断触发方式，规定初始化过程是否需要ICW3/ICW4。
表明初始化命令字是ICW1的特征有两个：
任何时候向8259A写入具有以上两个特征的命令字，8259A都认为是ICW1，开始一次新的初始化过程.
②ICW2初始化命令字
写入端口：AO=1
功能：写入8个中断源的中断类型号的高5位。
对于中断类型号的低三位，IR0~IR7输入的中断源中断类型号的低三位分别是000—111.（存在对应关系）
ICW2是紧接着ICW1写入到8259A中的命令字，是8259A初始化过程中必须写入的命令字。
③ ICW3初始化命令字
写入端口：A0=1
功能：在多片8259A的系统中，说明主、从8259A之间的连接关系。
从ICW3的低三位通过编码的方式主8259A的接入端，如D2D1D0=011,则连接的主8259A的IR3端。
④ ICW4初始化命令字：
写入端：A0=1
功能：设置8259A的中断结束方式等。
自动结束中断与非自动结束中断。
初始化过程：
（2）操作命令字（OCW1~3）
初始化过程结束后所写入的命令字都是操作命令字。每个操作命令字写入的次数和时间顺序都是没有限定的。
8259A有3个操作命令字：OCW1、OCW2和OCW3。
①OCW1命令字
功能：设置中断屏蔽寄存器。
②OCW2命令字
功能：设置中断优先级管理方式，向8259发送中断结束字（EOI）
③OCW3命令字
主要功能：确定下一次读出是IRR还是ISR
OCW3也有两个特征位，D4=0和D3=1，以便和ICW1和0CW2区分。
8259A初始化编程
例：2片8259A级联，从片的INT接主片的IR2。端口地址：主片20H、21H，从片A0H、A1H。主片和从片均采用边沿触发。主片采用特殊全嵌套方式，从片是全嵌套方式。采用非缓冲方式，主片接+5V,从片接地。主片的中断类型号为08H~0FH，从片的中断类型号为70H~77H。写出主8259A和从8259A的初始化程序段。
主8259A
MOV AL，11H ；ICW1，边沿触发，多片，需ICW4(P197)OUT 20H，ALMOV AL，08H ；ICW2，中断类型码OUT 21H，AL ；写端口地址不同，A0MOV AL，04H ；ICW3，IR2接从片OUT 21H，ALMOV AL，11H ；ICW4，非缓冲，特殊全嵌套，非自动结束OUT 21H，AL； 从8259A
MOV AL，11H ；ICW1，边沿触发，多片，需ICW4OUT A0H，ALMOV AL，70H；ICW2，中断类型码OUT A1H，ALMOV AL，02H ；ICW3，INT接主片的IR2OUT A1H，ALMOV AL，01H ；ICW4，非缓冲，全嵌套，非自动结束OUT A1H，AL一、中断服务程序（单级中断）
INTER1 PROC FARPUSH AXPUSH BX ；保护现场（寄存器）…….POP BXPOP AX ；恢复现场（寄存器）IRETINTER1 ENDP二、写中断矢量表（设中断类型号为0AH）
方法1：XOR AX, AXMOV DS, AXMOV DI, 0028H ；0AH*4=0028HMOV AX, OFFSET INTER1 ；P91MOV [DI], AX ；（0028H）=AX，偏移地址MOV AX, SEG INTER1 MOV [DI+2], AX ；（002AH）=AX，段地址STI ；IF=1LAST: HLTJMP LAST方法2：；利用DOS功能调用写中断矢量表,功能号为25H(P188)。
；入口参数（AL中断类型号、DS：DX中断服务程序入口；地址）MOV AX, SEG INTER1MOV DS, AXMOV DX, OFFSET INTER1MOV AL，0AHMOV AH, 25HINT 21HSTI LAST: HLTJMP LAST微机原理学习笔记——中断系统相关推荐
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