中斷系統(tǒng)基本概念

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,第5章 中斷系統(tǒng),第,5,章,中斷系統(tǒng),5.1,中斷系統(tǒng)基本概念,5.2,中斷的處理過程,5.3,IBM-PC,機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),5.4,Intel 8259A,可編程中斷控制器,5.5,中斷程序舉例,本章學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握有關(guān)中斷的基本概念、中斷優(yōu)先級(jí)、中斷嵌套、中斷屏蔽、中斷向量等基本概念。,了解8086/8088中斷系統(tǒng)中的中斷源分類、,IBM-PC,機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,掌握可編程中斷控制器8259,A,的功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式及初始化命令和操作命令的定義、使用方法，服務(wù)程序的基本編寫方法。,5.1,中斷系統(tǒng)基本概念,5.1.1,中斷系統(tǒng)的作用,5.1.2,中斷源,返回本章首頁,5.1.1,中斷系統(tǒng)的作用,（1）分時(shí)處理,（2）故障處理,（3）實(shí)時(shí)處理,返回本,節(jié),5.1.2 中斷源,1外部設(shè)備請(qǐng)求中斷：,是指系統(tǒng)中外設(shè)所發(fā)生的中斷。,2實(shí)時(shí)請(qǐng)求中斷：,實(shí)時(shí)中斷用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，在工業(yè)控制中經(jīng)常使用。,3故障請(qǐng)求中斷：,同機(jī)器硬件錯(cuò)誤有關(guān)的中斷系統(tǒng)稱謂硬件故障中斷。,4程序性中斷：,與用戶程序錯(cuò)誤有關(guān)的中斷，統(tǒng)稱為程序性中斷。,返回本,節(jié),5.2,中斷的處理過程,5.2.1,中斷請(qǐng)求與中斷屏蔽,5.2.2,中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì),5.2.3,中斷響應(yīng),5.2.4,中斷處理,返回本章首頁,處理一個(gè)中斷的過程，就是妥善處理以下一些基本問題的過程：,1）何時(shí)檢查中斷輸入信號(hào)及其處理辦法。,2）如何把控制轉(zhuǎn)給中斷服務(wù)程序。,3）如何保護(hù)和恢復(fù)中斷的現(xiàn)場。,4）如何識(shí)別中斷源。,5）如何識(shí)別優(yōu)先級(jí)較高的中斷。,6）如何開放和關(guān)閉中斷。,5.2.1,中斷請(qǐng)求與中斷屏蔽,1中斷請(qǐng)求的定義：,用某種信號(hào)通知,CPU,指明某臺(tái)外設(shè)正在請(qǐng)求需要中斷現(xiàn)行程序的執(zhí)行。,2中斷請(qǐng)求的條件,：第一、外設(shè)本身的準(zhǔn)備工作已完成；第二、系統(tǒng)允許該外設(shè)發(fā)中斷請(qǐng)求。,3中斷屏蔽：,當(dāng)此觸發(fā)器在程序控制下，使觸發(fā)器輸出端置“1”時(shí)，允許中斷（,EI），,若觸發(fā)器輸出端置“0”時(shí)，則關(guān)閉中斷（,DI）。,返回本,節(jié),5.2.2 中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì),1中斷優(yōu)先級(jí)：,當(dāng),CPU,正在處理中斷時(shí)，能響應(yīng)更高級(jí)別的中斷請(qǐng)求，而屏蔽掉同級(jí)或較低級(jí)別的中斷請(qǐng)求。,2單級(jí)中斷處理和多級(jí)中斷處理,：單級(jí)中斷處理不允許其他設(shè)備再中斷,CPU,的程序；多級(jí)中斷處理允許優(yōu)先級(jí)高的中斷打斷優(yōu)先級(jí)低的中斷服務(wù)程序。,圖,5-2,同時(shí)中斷請(qǐng)求的處理方法,（,a,）,單級(jí)中斷處理,（,b,）,多級(jí)中斷處理,3中斷排隊(duì)與中斷源的識(shí)別,（,如圖5-35-7所示）,（1）程序查詢識(shí)別（軟件查詢法）,（,2,）單線串行順序鏈識(shí)別（硬件查詢法）,（,3,）中斷向量法識(shí)別,圖,5-3,多級(jí)中斷結(jié)構(gòu),圖,5-4,單級(jí)中斷結(jié)構(gòu),圖,5-5,程序查詢識(shí)別中斷方法,圖5-6 串行順序鏈識(shí)別中斷方法,圖,5-7,向量中斷示意圖,返回本,節(jié),5.2.3 中斷響應(yīng),1中斷響應(yīng)的方法,（1）中斷隱指令,（2）中斷矢量,2中斷響應(yīng)的條件,1）設(shè)置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào),2）設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器，當(dāng)此觸發(fā)器為“1”時(shí)，允許外設(shè)的中斷請(qǐng)求才能被送出至,CPU。,3）CPU,處于開中斷狀態(tài)。,4）,CPU,在一條現(xiàn)行指令結(jié)束之后響應(yīng)中斷。,3中斷響應(yīng)的過程,1）發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)。,2）同時(shí)自動(dòng)關(guān)中斷，即置中斷允許觸發(fā)器,IF,為“0”。,3）保存斷點(diǎn)。,4）保護(hù)現(xiàn)場。,5）輸入到中斷服務(wù)程序邏輯的入口地址。,返回本,節(jié),5.2.4 中斷處理,1起始部分保護(hù)現(xiàn)場,2主體部分中斷服務(wù),3結(jié)尾部分恢復(fù)現(xiàn)場,圖5-8 中斷服務(wù)程序框圖與程序示例,返回本,節(jié),5.3,IBM-PC,機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),5.3.1 8086/8088,CPU,的中斷結(jié)構(gòu)體系,5.3.2 8086/8088中斷優(yōu)先級(jí)別對(duì)中斷源的管理,5.3.3,IBM-PC/XT,的中斷控制邏輯,5.3.4,IBM-PC/AT,的中斷控制邏輯,返回本章首頁,5.3.1 8086/8088,CPU,的中斷結(jié)構(gòu)體系,圖5-9 8086/8088的中斷源,1,內(nèi)部中斷,內(nèi)部中斷的特點(diǎn)是：,1）是指令中指定的，或隱含的，或是預(yù)定的。,2）,CPU,不執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期,INTA。,3）,除單步中斷外，其他內(nèi)部中斷的優(yōu)先級(jí)都比外部中斷的要高，都不能被屏蔽（禁止）。,4）單步中斷的優(yōu)先級(jí)是所有中斷里最低的，它可以用中斷允許標(biāo)志位,TF,置0來屏蔽。,2外部硬件中斷,（,1,）非屏蔽中斷,NMI：,不受中斷允許標(biāo)志,IF,的影響，它總是被,CPU,接受的，,（,2,）屏蔽中斷,INTR：,是否響應(yīng),INTR,的請(qǐng)求，取決于中斷允許標(biāo)志位,IF,的狀態(tài)。,3中斷類型號(hào)和中斷向量表,中斷類型號(hào)：對(duì)每種中斷都指定一個(gè)中斷類型號(hào)代碼，從0255，每一個(gè)中斷類型號(hào)都可以與一個(gè)中斷服務(wù)程序相對(duì)應(yīng)。中斷服務(wù)程序存放在存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)，而中斷服務(wù)程序的入口地址存在內(nèi)存儲(chǔ)器的中斷向量表內(nèi)。,中斷向量表：是中斷類型號(hào)與它相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址之間的轉(zhuǎn)換表。,圖5-10 中斷向量表,表,5-1,IBM PC,XT,機(jī)的中斷類型號(hào)的安排（一）,表,5-2,IBM PC,XT,機(jī)的中斷類型號(hào)的安排（二）,中斷類型號(hào),地址（,H,）,中斷功能,中斷類型號(hào),地址（,H,）,中斷功能,20,80-83,程序結(jié)束,26,98-9,B,絕對(duì)磁盤寫,21,84-87,DOS,系統(tǒng)調(diào)用,27,9C-9F,程序結(jié)束，駐留內(nèi)存,22,88-8,B,結(jié)束地址,28,A0-A3,DOS,內(nèi)部使用,23,8C-8F,中止處理,292,E,A4-BB,DOS,保留,24,90-93,錯(cuò)誤處理,2F,BC-BF,DOS,內(nèi)部使用,25,94-97,絕對(duì)磁盤讀,303,F,C0-FF,DOS,保留,4中斷向量表的初始化,方法一：采用,DOS,系統(tǒng)功能調(diào)用。即,INT 21H,的25,H,號(hào)功能調(diào)用。,方法二：將中斷服務(wù)程序的入口地址直接裝入中斷向量表中。,返回本,節(jié),5.3.2 8086/8088中斷優(yōu)先級(jí)別對(duì)中斷源的管理,1中斷優(yōu)先級(jí)別,中斷源,優(yōu)先級(jí),除法錯(cuò)、,INT n，INT O,最高,NMI,INTR,單步（陷阱）,最低,表,5-3,中斷優(yōu)先級(jí)順序,28086/8088對(duì)中斷源的采樣,有幾條指令是在緊跟其后的一條指令也被執(zhí)行完才去采樣：,1）對(duì)段寄存器的裝入指令,2）,STI,和,IRET,指令,3）,WAIT,指令,4）,HLT,指令,38086/8088中斷處理過程,1）將中斷類型碼乘4，指向中斷向量表中的中斷處理子程序的入口地址。,2）保存,CPU,的狀態(tài)。,3）清除,IF,和,TF,的狀態(tài)標(biāo)志位。,4）保存原來執(zhí)行的主程序的中斷點(diǎn)。,5）轉(zhuǎn)中斷處理子程序入口地址。,6）執(zhí)行中斷處理子程序。,7）返回到被中斷了的主程序的斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。,圖,5-11,中斷處理過程框,返回本,節(jié),5.3.3,IBM-PC/XT,的中斷控制邏輯,（1）內(nèi)部中斷源：除法錯(cuò)引起的中斷、溢出引起的中斷、執(zhí)行中斷指令,INT（,包括,INT3,斷點(diǎn)中斷）引起的中斷以及單步中斷。,（2）非屏蔽中斷,NMI：,系統(tǒng)板上存儲(chǔ)器奇偶校驗(yàn)錯(cuò)、,I/O,通道中的插件奇偶校驗(yàn)錯(cuò)、8087請(qǐng)求中斷。,（3）可屏蔽中斷,INTR：,外部設(shè)備請(qǐng)求中斷時(shí)，是通過,INTR,引腳向8088,CPU,請(qǐng)求屏蔽中斷。,圖5-12 中斷控制邏輯電路如圖,8259,輸入,中斷類型號(hào),中斷源,IRQ0,08,電子鐘時(shí)間基準(zhǔn),IRQ1,09,鍵盤,IRQ2,0A,為用戶保留,IRQ3,0B,異步通信：,COM2,IRQ4,0C,異步通信：,COM1,IRQ5,0D,硬盤,IRQ6,0E,軟盤,IRQ7,0F,并行打印機(jī),表,5-4,IBM PC/XT,機(jī)中斷源和中斷類型號(hào),返回本,節(jié),5.3.4,IBM-PC/AT,的中斷控制邏輯,IBM PC/AT,機(jī)的中斷管理著三類中斷源：,（1）內(nèi)部中斷源,（2）非屏蔽中斷,NMI,（3）,可屏蔽中斷,INTR,圖5-13,PC/AT,機(jī)兩片8259級(jí)聯(lián)硬件連接圖,表,5-5,IBM PC/AT,機(jī)中斷源和中斷類型號(hào),返回本,節(jié),5.4,Intel 8259A,可編程中斷控制器,5.4.1 8259,A,的框圖和引腳,5.4.2,中斷觸發(fā)方式和中斷響應(yīng)過程,5.4.3,工作方式,5.4.4 屏蔽中斷源的方式,5.4.5 結(jié)束中斷處理的方式,5.4.6 中斷級(jí)聯(lián)方式,5.4.7 8259,A,初始化命令字和操作方式命令字,返回本章首頁,5.4.1 8259,A,的框圖和引腳,1功能及工作特點(diǎn),1）可用9片8259,A,來構(gòu)成64級(jí)的主從式中斷系統(tǒng)。,2）每一級(jí)中斷都可以屏蔽或允許。,3）8259,A,可提供相應(yīng)的中斷向量，從而能迅速地轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序。,4）通過編程使8259,A,工作在多種不同的方式。,5）工作時(shí)只需要一組+5,V,電源。,2結(jié)構(gòu)框圖,圖5-14 8259,A,的方框圖,38259,A,的引腳,圖5-15 8259,A,的引腳,48259,A,的工作原理,第一個(gè)負(fù)脈沖到達(dá)時(shí)，8259,A,做到：,1）使,IRR,的鎖存功能失效。,2）使當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器,ISR,中的相應(yīng)位置1。,3）便,IRR,寄存器中的相應(yīng)位清零。,第二個(gè)負(fù)脈沖到達(dá)時(shí)，8259,A,完成：,1）將中斷類型寄存器中的內(nèi)容,ICW2，,送到數(shù)據(jù)總線,的,D7D0，CPU,將此作為中斷類型碼。,2）第二個(gè)脈沖結(jié)束時(shí)，8259,A,會(huì)將第一個(gè)脈沖到來時(shí)設(shè)置的當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器,ISR,的相應(yīng)位清零。,58259,A,寄存器,及,I/O,端口的識(shí)別,表,5-6 8259,A,讀寫操作及地址,CS,RD,WR,A0,功能,8259,A,端口,PC/XT,機(jī)端口,0,0,1,0,讀IRR，ISR,偶地址,20,H,0,0,1,1,讀IMR,奇地址,21,H,0,1,0,0,寫ICW1，OCW2，OCW3,偶地址,20,H,0,1,0,1,寫ICW2，ICW3，ICW4，OCW1,奇地址,21,H,0,1,1,×,無操作,1,×,×,×,無操作,返回本,節(jié),5.4.2 中斷觸發(fā)方式和中斷響應(yīng)過程,1中斷觸發(fā)方式,（,1,）邊沿觸發(fā)方式,（,2,）電平觸發(fā)方式,（,3,）中斷查詢方式,2中斷響應(yīng)過程,1）當(dāng)它的一條或多條中斷請(qǐng)求線（,IR7IR0）,變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，它就使中斷請(qǐng)求鎖存器,IRR,相應(yīng)的位置1。,2）8259,A,分析這些請(qǐng)求，它就向,CPU,發(fā)出高電平有效信號(hào),INT，,請(qǐng)求中斷服務(wù)。,3）當(dāng)前一條指令執(zhí)行完畢，且,IF=1,時(shí)，,CPU,響應(yīng)中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷響應(yīng)總線周期。,4）8259,A,接到來自,CPU,的第一個(gè)脈沖，把允許中斷的最高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求位，置入服務(wù)寄存器,ISR，,并把,IRR,中對(duì)應(yīng)的位清零。,5）,CPU,在第二個(gè)總線周期，再次發(fā)出一個(gè)脈沖，8259,A,接到第二個(gè)脈沖，送出中斷類型碼，,CPU,讀取該類型碼。第二個(gè)中斷響應(yīng)周期，總線封鎖撤銷。,圖5-16 中斷響應(yīng)總線周期時(shí)序,返回本,節(jié),5.4.3 工作方式,1一般完全嵌套方式,2特殊完全嵌套方式,3優(yōu)先級(jí)自動(dòng)循環(huán)方式,4優(yōu)先級(jí)特殊循環(huán)方式,返回本,節(jié),5.4.4 屏蔽中斷源的方式,1普通屏蔽方式,2特殊屏蔽方式,返回本,節(jié),5.4.5 結(jié)束中斷處理的方式,1中斷自動(dòng)結(jié)束方式,2一般的中斷結(jié)束方式,3特殊的中斷結(jié)束方式,返回本,節(jié),5.4.6 中斷級(jí)聯(lián)方式,1緩沖方式：,8259,A,通過總線驅(qū)動(dòng)器和數(shù)據(jù)總線相連，這就是緩沖方式。,2非緩沖方式：,當(dāng)系統(tǒng)中只有單片8259,A,時(shí)，一般將它直接與數(shù)據(jù)總線相連。,圖5-17 8259,A,緩沖方式下級(jí)連結(jié)構(gòu),圖5-18 8259,A,非緩沖方式下級(jí)連結(jié)構(gòu),返回本,節(jié),5.4.7 8259,A,初始化命令字和操作方式命令字,1初始化命令字,ICW,（,1,）ICW1,（,2,）ICW2,（,3,）,ICW3,（,4,）,ICW4,（,5,）,初始化命令字的編程順序,圖5-19,ICW1,命令字,圖5-20,ICW2,命令字,圖5-21 主8259,A,的,ICW3,命令字,圖5-23,ICW4,命令字,圖5-24 8059,A,初始化命令字的順序,返回本,節(jié),5.5,中斷程序舉例,5.5.1,IBM-PC/XT,機(jī)對(duì),8259,A,的初始化,5.5.2,IBM-PC/AT,機(jī)對(duì),8259,A,的初始化,返回本章首頁,5.5.1,IBM-PC/XT,機(jī)對(duì),8259,A,的初始化,（,1,）初始化編程,1,）工作在8086/8088系統(tǒng)、單片8259,A、,邊沿觸發(fā)方式。,2,）中斷向量初始值為08,H（IRQ0，,電子鐘中斷向量）。,3,）中斷服務(wù)結(jié)束時(shí)，用常規(guī)的中斷結(jié)束命令，固定優(yōu)先權(quán)級(jí)別。,（,2,）中斷屏蔽,1,）屏蔽所有中斷,2,）屏蔽某中斷源使其不發(fā)中斷請(qǐng)求,3,）中斷查詢,4,）中斷結(jié)束命令字,返回本,節(jié),5.5.2,IBM-PC/AT,機(jī)對(duì)8259,A,的初始化,（1）初始化8259,A,主片,MOV AL，11H ；ICW1,邊沿觸發(fā)，級(jí)連，有,ICW4,OUT 20H，AL,JMP SHORL$+2；I/O,端口的延時(shí)要求,MOV AL，08H；ICW2,中斷類型號(hào)的初值為08,H,OUT 21H，AL,MOV AL，04H ；04=00000100B OCW3,從片,INT,接主片,IR2,OUT 21H，AL,JMP SHORL$+2 ；I/O,端口的延時(shí)要求,MOV AL，09H ；ICW4 8086,系統(tǒng)，非自動(dòng),EOI，,非緩沖，,；特殊完全嵌套,OUT21H，AL,（2）初始化8259,A,從片,MOV AL，11H ；ICW1,邊沿觸發(fā)，級(jí)連，有,ICW4,OUT 0A0H，AL,JMP SHORL$+2 ；I/O,端口的延時(shí)要求,MOV AL，70H ；ICW2,中斷類型號(hào)的初值為70,H,OUT 0A1H，AL,MOV AL，02H ； OCW3,從片,INT,接主片,IR2,OUT 0A1H，AL,JMPSHORL$+2；I/O,端口的延時(shí)要求,MOV AL，01H ；ICW4 8086,系統(tǒng)，非自動(dòng),EOI，,非緩沖，,；一般完全嵌套,OUT0A1H，AL,返回本,節(jié),THANK YOU VERY MUCH ！,本章到此結(jié)束，,謝謝您的光臨！,返回本章首頁,結(jié) 束,放映,