微机原理与接口技术-第七章-中断控制器课件.ppt

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1、第七章 中断控制器1本章要点n中断控制器8259A 8086/8088 CPU的中断系统的中断系统8259A的工作过程和工作方式的工作过程和工作方式中断服务程序的编写中断服务程序的编写2中断的基本概念n什么是中断？在在CPU执行程序的过程中，由于某种突发事件的发生，强迫执行程序的过程中，由于某种突发事件的发生，强迫CPU暂时停止正在执行的程暂时停止正在执行的程序，转向对该突发事件进行处理，对这个事件处理结束后又能回到原中止的程序序，转向对该突发事件进行处理，对这个事件处理结束后又能回到原中止的程序,接着接着中止前的状态继续执行原来的程序，这一个过程就称为中止前的状态继续执行原来的程序，这一个过

2、程就称为中断中断。把引起中断的原因或触发中断请求的来源称为把引起中断的原因或触发中断请求的来源称为中断源中断源。n中断请求信号的产生中断方式提高了中断方式提高了CPU的工作效率，同时也提高了系统的硬件开销。因为系统需增加含有的工作效率，同时也提高了系统的硬件开销。因为系统需增加含有中断功能接口电路，用来产生中断请求信号。以输入方式为例，接口电路如图所示。中断功能接口电路，用来产生中断请求信号。以输入方式为例，接口电路如图所示。38086/8088的中断系统非屏蔽中断源非屏蔽中断源中断逻辑中断逻辑INTO指令指令单步单步中断中断除法除法错误错误INT N指令指令CPUINTRNMI可屏蔽中断源可

3、屏蔽中断源8259A中断中断控制器控制器IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7外外设设中中断断源源 INTA47.1 7.1 中断控制8259A8259A8259A的工作特点n具有8级中断优先控制，通过级连可以扩展至64级优先权控制n每一级中断都可以通过初始设置为允许或屏蔽状态n8259A的工作方式可以通过编程设置，使用灵活n8259A采用NMOS制造工艺，只需单一的+5V电源68259A的外部引脚信号78259A的外部引脚信号n D7-D0：双向数据输入双向数据输入/输出引脚输出引脚用以与用以与CPU进行信息交换进行信息交换nIR7-IR0：8级中断请求信号输入引脚级中断请求信号输

4、入引脚规定的优先级为规定的优先级为IR0IR1IR7当有多片当有多片8259A形成级连时，从片的形成级连时，从片的INT与主片的与主片的IRi相连。相连。nINT：中断请求信号输出引脚，高电平有效中断请求信号输出引脚，高电平有效用以向用以向CPU发中断请求，应接在发中断请求，应接在CPU的的INTR输入端。输入端。88259A的外部引脚信号nWR写控制信号输入引脚，低电平有写控制信号输入引脚，低电平有效效实现对实现对8259A内部有关寄存器的内部有关寄存器的写操作。写操作。nCS：片选信号输入引脚，低电平有效片选信号输入引脚，低电平有效一般由系统地址总线的高位，经一般由系统地址总线的高位，经译

5、码后形成译码后形成决定了决定了8259A的端口地址范围。的端口地址范围。108259A的外部引脚信号nA0：8259A两组内部寄存器的选择信两组内部寄存器的选择信号输入引脚号输入引脚决定决定8259A的端口地址。的端口地址。A00ICW1、OCW2、OCW3；A01 ICW2ICW4、OCW1118259A的编程结构和工作原理ISRPRIRR中断处理部件中断处理部件比较比较IRR失效失效相应位置相应位置1相应位清相应位清0*1相应位清相应位清0013中断控制n中断请求寄存器中断请求寄存器IRRIRR保存保存8 8条外界中断请求信号条外界中断请求信号IRIR0 0IRIR7 7的请求状态的请求状

6、态D Di i位为位为1 1表示表示IRIRi i引脚有中断请求；为引脚有中断请求；为0 0表示无请求表示无请求n中断服务寄存器中断服务寄存器ISRISR保存正在被保存正在被8259A8259A服务着的中断状态服务着的中断状态D Di i位为位为1 1表示表示IRIRi i中断正在服务中；为中断正在服务中；为0 0表示没有被服务表示没有被服务n中断屏蔽寄存器中断屏蔽寄存器IMRIMR保存对中断请求信号保存对中断请求信号IRIR的屏蔽状态的屏蔽状态D Di i位为位为1 1表示表示IRIRi i中断被屏蔽（禁止）；为中断被屏蔽（禁止）；为0 0表示允许表示允许15读写控制逻辑 A0 RD WR

7、CS功能 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1写入ICW1、OCW2和OCW3写入ICW2ICW4和OCW1读出IRR、ISR和查询字读出IMR数据总线高阻状态数据总线高阻状态168259A的工作方式n8259A有多种工作方式，可以通过编程设置中断嵌套方式中断嵌套方式中断优先级方式中断优先级方式中断结束方式中断结束方式连接系统总线的方式连接系统总线的方式引入中断请求的方式引入中断请求的方式18设置优先级方式n全嵌套方式8259A的中断优先权顺序固定不变，从高到低依次为的中断优先权顺序固定不变，从高到低依次为:IR0、IR1、IR2、IR7中断请求后，中

8、断请求后，8259A对当前请求中断中优先权最高的中断对当前请求中断中优先权最高的中断 IRi 予以响应，予以响应，将其向量号送上数据总线，对应将其向量号送上数据总线，对应ISR的的 Di位置位，至到中断结束（位置位，至到中断结束（ISR的的 Di 位复位）位复位）在在ISR的的 Di位置位期间，禁止再发生同级和低级优先权的中断，但允许位置位期间，禁止再发生同级和低级优先权的中断，但允许高级优先权中断的嵌套高级优先权中断的嵌套n特殊全嵌套方式与全嵌套方式基本相同与全嵌套方式基本相同所不同的是允许同级中断嵌套（用于级连主片）所不同的是允许同级中断嵌套（用于级连主片）n优先权自动循环方式最高优先权自

9、动转移到相邻的低优先级中断源n优先权特殊循环方式与自动循环方式有一点不同就是初始化的优先级是由程序控制的而不是默认的 IR0IR7 19屏蔽中断源方式n普通屏蔽方式通过通过OCW1设置设置将将 IMR的的 Di位置位置1，对应的中断，对应的中断 IRi将被屏蔽，该中断请将被屏蔽，该中断请求将不能从求将不能从8259A送到送到CPU如果将如果将 IMR 的的 Di位置位置0，则允许对应的中断产生，则允许对应的中断产生n特殊屏蔽方式允许发生低级的中断嵌套。通过通过OCW1设置设置将将IMR的的 Di位置位置1，中断，中断IRi被屏蔽（屏蔽同级中断）；被屏蔽（屏蔽同级中断）；同时，同时，ISR的的D

10、i位将置位将置0，允许发生低级的中断。，允许发生低级的中断。在中断处理程序中使用在中断处理程序中使用20结束中断处理的方式n自动中断结束方式仅适用于只有单片仅适用于只有单片8259A的场合的场合系统一旦响应中断，系统一旦响应中断，CPU在发第二个在发第二个INTA脉冲时，就会使中断响应寄存器脉冲时，就会使中断响应寄存器ISR中相应位复位中相应位复位虽然系统在进行中断处理，但对于虽然系统在进行中断处理，但对于8259A来讲，来讲，ISR没有相应的指示，就象中断处理结束，返回主没有相应的指示，就象中断处理结束，返回主程序之后一样；程序之后一样；CPU可以再次响应任何级别的中断请求。可以再次响应任何

11、级别的中断请求。通过通过ICW4的的AEOI位设置位设置n普通中断结束方式中断结束时用户用指令送结束字中断结束时用户用指令送结束字配合全嵌套优先权方式使用配合全嵌套优先权方式使用当当CPU用输出指令往用输出指令往8259A发出普通中断结束发出普通中断结束EOI命令时，命令时，8259A就会清除就会清除ISR中当前优先级最高的中当前优先级最高的中断服务标志中断服务标志通过通过OCW2设置设置n特殊中断结束方式用于非全嵌套优先级方式用于非全嵌套优先级方式中断结束时用户用指令送特定的结束字，指明要清除中断结束时用户用指令送特定的结束字，指明要清除ISR中的哪一位中的哪一位通过通过OCW2设置设置21

12、引入中断请求的方式n边沿触发方式中断请求输入端出现上升沿为有效中断请求信号n电平触发方式中断请求端出现高电平为有效的中断请求信号中断响应后必须及时撤出高电平n中断查询方式中断源仍往8259A发中断请求，但8259A却不使用INT信号向CPU发中断请求信号。CPU内部的中断允许标志复位，所以CPU对INT引脚上出现的中断请求呈禁止状态。CPU 用软件查询的方法来确定中断源，从而实现对设备的中断服务中断查询方式既有中断的特点，又有查询的特点24引入中断请求的方式n查询是通过CPU向8259A（偶地址）发查询命令来实现的，查询命令字由OCW3构成的，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D

13、1 D0X0001100n执行下一条输入指令得到状态字的格式如下执行下一条输入指令得到状态字的格式如下：I X X X X W2 W1 W0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0nI=1有中断请求有中断请求nI=0无中断请求无中断请求258259A的初始化命令字和操作命令字n8259A的初始化命令字 ICW8259A在开始工作前必须写入初始化命令字，在开始工作前必须写入初始化命令字，ICW1写写入偶地址端口，其余写入奇地址端口。入偶地址端口，其余写入奇地址端口。初始化命令字初始化命令字ICW最多可以有最多可以有4个：个：ICW1ICW4必须按照以上顺序依次写入必须按照以上顺序依次写入

14、其中其中 ICW1 和和 ICW2是必须的是必须的ICW3和和ICW4是否需要，由具体的工作方式决定是否需要，由具体的工作方式决定8259A初始化流程初始化流程26ICW2中断类型码初始化命令字T7T6T5T4T3D7D6D5D4D3D2D1D0设置中断向量号设置中断向量号nT7T3为中断向量号的高为中断向量号的高5位位n低低3位由位由8259A自动确定：自动确定：nIR0为为000、IR1为为001、IR7为为111n例：当中断控制器8259A的A0接向地址总线的A1时，若其中一个地址为62H，则另一个口的地址为多少？n若某外设的中断类型码为86H，该中断应加到8259A的中断请求寄存器IR

15、R的哪个输入端？28ICW3主/从片标志初始化命令字IR7IR6IR5IR4IR3IR2ID2IR1ID1IR0ID0D7D6D5D4D3D2D1D0级连命令字级连命令字n主主片片：IRi1，说说明明其其对对应应引引脚脚IRi 上上连连接接有有从片；否则引脚从片；否则引脚IRi上上没有连接从片没有连接从片n从从片片：ID0ID2 编编码码说说明明该该从从片片的的INT引引脚脚接到了主片上的哪个接到了主片上的哪个IRi引脚引脚针对从片针对从片针对主片针对主片29ICW3主/从片标志初始化命令字n例主片：ICW311100010，则说明IR7、IR6、IR5、IR1上连有从片。n例从片：ICW30

16、0000001，则说明从片的INT接在主片的IR1引脚上。n在多片级连的情况下，主片的CSCS2 2-CS-CS0 0和从片的CSCS2 2CSCS0 0分别相连n在第一个INTAINTA时，主片在完成例行的三个动作外，还通过CSCS2 2-CS-CS0 0向各从片发送编码IDID2 2-ID-ID0 0n每个从8259A8259A拿到这个标识符之后，与自己ICWICW3 3标识符进行比较，当两者相符合时第二个INTAINTA时，相应的从片发送中断类型码示意图示意图31ICW4方式控制初始化命令字000SFNMBUFM/SAEOIPMD7D6D5D4D3D2D1D0嵌套方式：嵌套方式：特殊全嵌

17、套方式（特殊全嵌套方式（SFNM1）普通全嵌套方式（普通全嵌套方式（SFNM0）数据线的缓冲方式：数据线的缓冲方式：缓冲方式（缓冲方式（BUF1）非缓冲方式（非缓冲方式（BUF0）缓冲方式下主片缓冲方式下主片/从片选择：从片选择：主片（主片（M/S=1）从片（从片（M/S=0）中断结束方式：中断结束方式：自动中断结束（自动中断结束（AEOI1）非自动中断结束（非自动中断结束（AEOI0）微处理器类型：微处理器类型：16位位80 x86（PM1）8位位8080/8085（PM0）322.操作命令字OCWn8259A工作期间，可以随时接受操作命令字OCWnOCW共有3个：OCW1OCW3n写入时没

18、有顺序要求，需要哪个OCW就写入那个OCWnOCW1必须写入奇地址端口，OCW2、OCW3必须写入偶地址端口33OCW1中断屏蔽操作命令字M7M6M5M4M3M2M1M0D7D6D5D4D3D2D1D0屏蔽命令字屏蔽命令字n其内容将写入中断屏蔽寄存器其内容将写入中断屏蔽寄存器IMRnMi=1，则禁止对应则禁止对应IRi中断；中断；nMi=0，则允许对应则允许对应IRi中断。中断。n各位互相独立。各位互相独立。34OCW2优先级循环方式/中断结束方式操作命令字RSLEOI00L2L1L0D7D6D5D4D3D2D1D0R、SL和和EOI配合使用配合使用产产生生中中断断结结束束EOI命命令令和和改

19、改变优先权顺序变优先权顺序L2L0的的3位编码位编码指定指定IR引脚引脚 D4、D3位恒定为位恒定为0，是，是OCW2的特征位的特征位 35OCW2nR、SL、EOI三位的不同组合，可以组成7种不同的操作命令nR用于表示优先级是否采用循环方式；1-循环循环0-非循环非循环nSL是否需要使用L2、L1、L0来明确中断源；1：L2L0有意义有意义0：L2L0不起作用不起作用nEOI用于指示OCW2是否作为中断结束命令。当当EOI为为1时，当前中断服务寄存器中的对应位时，当前中断服务寄存器中的对应位ISn复位复位36R、SL、EOI 8种组合形成的7种控制命令 nEOI=0 时,如果 R=1,SL=

20、0,则会使 8259A 工作在中断优先级自动循环方式nEOI=0 时,如果 R=0,SL=0,则会结束优先级自动循环方式。nEOI=0 时,如果 R=1,SL=1,8259A 按照 L0、L1、L2 的值确定一个级别最高的优先级。比如比如,当当 L2L1L0=011 时时,R3为最高优先级为最高优先级,系统优先级次序为系统优先级次序为 IR3、IR4、IR5、IR6、IR7、IR0、IR1、IR2,系统工作在优先级特殊循环方式。系统工作在优先级特殊循环方式。nEOI=0 时,如果 R=0,SL=1,则 OCW2 没有意义。nEOI=1 时,如果 R=1,SL=0,则 OCW2 使当前中断处理子

21、程序对应的 ISn 位被清除,并使系统仍按优先级循环方式工作,但当前的优先级次序左移一位。nEOI=1 时,如果 R=1,SL=1,则 OCW2 使对应的ISn 位清除,L2、L1、L0 所指定的值为当前结束的IRn。且L2、L1、L0所指定的中断源优先级变为最低 378259A优先级循环方式/中断结束方式(OCW2)RSLEOIFunctionL2L1L0IRn001Nonspecific EOI command000IR0011Specific EOI command001IR1101Rotate on nonspecific EOI command010IR2100Rotate in a

22、utomatic EOI mode(set)011IR3000Rotate in automatic EOI mode(clear)100IR4111Rotate on specific EOI command101IR5110Set priority command110IR6010No operation111IR738OCWOCW3 3设置撤销特殊屏蔽方式/设置中断查询方式设置对8259A8259A内部寄存器的读出命令0ESMMSMM01PRRRISD7D6D5D4D3D2D1D0ESMM、SMM设设置置中中断断屏屏蔽蔽方方式式P、RR和和RIS规定随后读取的规定随后读取的状态字状态字含

23、义含义D3D4：恒定为：恒定为10，是，是OCW3的特征位的特征位 39 读取状态字nCPU可随时读出IRR、ISR、IMR和查询字nA0为低（偶地址）时由由OCW3中中RR和和RIS位编码决定读取的是位编码决定读取的是IRR或或ISR RR=1,RIS=0 读读 IRR RR=1,RIS=1 读读 ISR由由OCW3中中P位决定读取的是查询字，查询字可反映位决定读取的是查询字，查询字可反映8259A是否有是否有中断请求，及哪个引脚上有中断请求中断请求，及哪个引脚上有中断请求nA0为高（奇地址）时，读取的是IMR40查询字IW2W1W0D7D6D5D4D3D2D1D0中断位中断位I位为位为1，

24、有外设请求中断有外设请求中断W2W0的编码的编码当当前前中中断断请请求求的的最最高优先级高优先级41 命令字和状态字的区别方法利用读写信号区别写入的控制寄存器和读出的状态寄存器利用地址信号区别不同I/O地址的寄存器由控制字中的标志位说明是哪个寄存器由芯片内顺序控制逻辑按一定顺序识别不同的寄存器由前面的控制字（引导字）决定后续操作的寄存器读寄存器或状态字之前必须发送相应的命令字427.1.4 8259A 使用举例 1.关于中断全嵌套方式的例子43系统全嵌套方式工作的条件条件n主程序必须执行开中断指令,使IF为1,才有可能响应中断。n每当进入一个中断处理程序时,系统会自动关中断,所以,只有中断处理

25、程序中再次开中断,才有可能被较高级的中断所嵌套。n每个中断处理程序结束时,必须执行中断结束命令,清除对应的ISn位,才能返回断点 44关于如何使用中断结束命令的例子 0100000001 0011 0045两个重要的结论n进入中断处理程序后,只有执行 STI 指令,才能允许中断嵌套。n否则,则此中断处理程序执行过程中就不会有中断嵌套，直到中断处理程序执行IRET 之后,系统才会开放中断。因为 IRET 指令的一个功能就是恢复进入中断前的标志寄存器的内容,而当时标志寄存器中 IF 的值肯定为1。n进入中断处理程序后,如果一开始就用 STI 指令使 IF 为 1,从而开放了中断,但未用 OCW2

26、清除对应的 ISn 位,这种情况下,会允许比本中断优先级高的中断进入,形成符合优先级规则的嵌套。n如果在 STI 指令之后,接着用 OCW2 命令清除了 ISn 位,但中断处理过程并没有结束,这种情况下,中断嵌套就未必按优先级规则进行了。467.1.5 多片 8259A 组成的主从式中断系统 477.1.5 多片 8259A 组成的主从式中断系统n主从式中断系统中，主片和从片都需要进行初始化；n主片初始化与前面所讲的单片情况下的初始化过程差不多,只是有下列几点差别:ICWl ICWl 中的中的 SNGL SNGL 位必须设置为位必须设置为 0,0,而在单片情况下而在单片情况下,则为则为1 1必

27、须设置初始化命令字必须设置初始化命令字 ICW3,ICW3,对主片设置对主片设置 ICW3 ICW3 时时,如果某个如果某个 IR IR 引引脚上连有从片脚上连有从片,则则 ICW3 ICW3 的对应位就设置为的对应位就设置为 1,1,如未连从片如未连从片,则设置则设置为为 0 0。ICW4 ICW4 中的中的 SFNM SFNM 位如果设为位如果设为 1,1,则将主片设为特殊全嵌套工作方式则将主片设为特殊全嵌套工作方式n对从片 8259A 进行初始化要注意以下两点:从片的从片的 ICW1 中中,SNGL 位也要设置为位也要设置为 0从片也必须设置从片也必须设置 ICW3,不过不过,从片的从片

28、的ICW3 的意义有别于主片的意义有别于主片48例1nIBMPC机中，只有一片8259A，可接受外部8级中断。在I/O地址中，分配8259A的端口地址为20H和21H，初始化为：边沿触发、缓冲连接、中断结束采用EOI命令、中断优先级采用完全嵌套方式，8级中断源的中断类型分别为08H0FH。试对其进行初始化。MOV DX，20HMOV AL，00010011BOUT DX，AL ；写入ICW1MOV DX，21HMOV AL，08HOUT DX，AL ；写入ICW2MOV AL，00001101BOUT DX，AL ；写入ICW4XOR AL，ALOUT DX，AL ；写入OCW1.STI 49

29、习题与思考1.何谓中断优先级，它对于实时控制有什么意义？8086CPU系统中，NMI与INTR哪个优先级高？2.试结合8086的INTR中断响应过程，说明向量中断的基本概念和处理方法。3.在中断响应总线周期中，第一个脉冲向外部电路说明什么？第二个脉冲呢？4.中断向量表的功能是什么？已知中断类型码分别是84H和FAH，它们的中断向量应放在中断向量表的什么位置？5.试说明8259A芯片的可编程序性？8259A芯片的编程有哪两种类型？6.8259A芯片是如何实现对8级中断进行管理的？又是如何级联实现对64级中断管理的？7.在8259A级联工作的情况下，主片的CAS0CAS2与从片的CAS0CAS2的

30、作用有何不同？8.试结合8086/8088的INTR中断响应过程，说明向量中断的基本概念和处理方法。9.在采用8259A作为中断控制器的系统中，由IRi输入的外部中断请求，能够获得CPU响应的基本条件是什么？50习题与思考10.中断向量表的功能是什么？已知中断类型码分别是84H和FAH，它们的中断向量应放在中断向量表的什么位置？11.如果8259A按如下配置则ICW1的值为多少？不需要ICW4，单片以及边缘触发。如要求产生的中断类型码在70H77H之间，则ICW2的值是多少？12.如果8259A用在80386DX系统中，用一般的EOI，缓冲模式主片，特殊全嵌套方式，则ICW4的值是什么？13.

31、如果OCW2等于67H，则允许何种优先级策略？为什么？14.某系统有五个中断源，它们分别从中断控制器8259A的IR0IR4以脉冲方式引如系统，中断类型码分别为48H4CH，中断入口的偏移地址分别为2500H，4080H，4C05H，5540H和6FFFH，段地址均是2000H，允许它们以全嵌套方式工作，请编写相应的初始化程序，使CPU响应任一级中断时，都能进入各自的中断服务子程序。15.某系统中设置三片8259A级联使用，两片从片分别接至主片的IR2和IR6，同时，三片芯片的IR3上还分别连接了一个中断源，已知它们的中断入口均在同一段，段基址为4000H，偏移地址分别为1100H，40B0H，A000H，要求电平触发，普通EOI结束。画出它们的硬件连接图，编写全部的初始化程序。51