微型计算机接口及控制技术 教学课件 ppt 作者 古辉 第5章 中断技术

1,第五章 中断技术,微机接口技术,浙江工业大学信息学院 古辉 ghzjut.edu.cn,2,第五章 中断技术,第五章 中断技术 5.1 中断的基本概念 5.2 IBM-PC微机中断系统 5.3 可编程中断控制器8259A 5.4 8259A在 微机系统中的应用,3,5.1 中断的基本概念,一、中断 中断是微处理器与外部设备进行信息交换的一种方式。 CPU在执行正常程序过程中，当出现某些异常情况或某种外部设备请求时，处理器暂时停止正在执行的程序，转而去执行某一个特定的程序，并在执行后返回原来被中止的程序处继续向下执行的过程。,4,中断处理过程示意图,中 断 源,中断 请求,当 前,程 序,中断 服务 程序,程序断点,中断返回,中断响应,5.1 中断的基本概念,5,5.1 中断的基本概念,二、中断源 发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。中断源主要有： 外设中断 指令中断 程序性中断 硬件故障中断,6,5.1 中断的基本概念,三、中断识别 CPU弄清是哪一个中断源发出中断请求的过程称为中断识别。 识别的目的是形成该中断源的中断服务程序的入口地址，实现程序的转移。有两种识别方法： 向量中断：由中断向量指示中断服务程序的入口地址。 查询中断：采用软件或硬件查询技术来确定发出中断请求的中断源。,7,5.1 中断的基本概念,四、中断向量与中断向量表 中断向量是中断服务程序的入口地址。它包括中断服务程序的段基址CS和偏移地址IP(共占4个字节地址)。 每个中断服务程序都有一个确定的入口地址，把系统中所有的中断向量集中起来放到存储器的某个区域，这个存放中断向量的存储区就叫中断向量表。 PC系列微机的存储器的000003FFH共1024个地址单元作为中断向量存储区，每个中断向量需占用4个字节的地址空间，可容纳256个中断向量，即可处理256个中断服务程序。,8,5.1 中断的基本概念,五、中断类型号与中断向量指针 中断类型号是系统分配给每个中断源的代号。 统一编号，共有256个中断类型号。其中有一部分中断号还空着，待分配。 不同中断源，获取其中断号的方法不同。 中断号与中断向量指针的关系为： 中断号(n)×4中断向量最低字节的指针 例如，软磁盘INT 13H的中断向量为0070H:0FC9H，中断向量的第一个字节的指针是 13H×4=004CH,9,5.1 中断的基本概念,中断类型号固定不变，中断号所对应的中断向量则有可能变化。也就是说，有些中断向量是可以修改的，但对系统的一些专用中断是不允许修改的。,10,表5.1 系统中断号表,5.1 中断的基本概念,11,表5.1 系统中断号表(续),5.1 中断的基本概念,12,表5.1 系统中断号表(续),5.1 中断的基本概念,13,表5.1 系统中断号表(续),5.1 中断的基本概念,14,在386以上CPU保护模式下，仍然是通过中断向量去完成中断服务程序调用的，但其索引过程是由一个称作中断描述符表IDT中的描述符完成的。中断描述符由8个字节组成，如图所示。 段选择符和偏移量确定了对应中断服务程序的入口地址，而中断属性表示该中断的优先级别、中断类型是否为异常中断或不同任务下的中断等。,5.1 中断的基本概念,中断描述符表IDT,15,5.1 中断的基本概念,在保护模式下，CPU通过INT指令或内外部中断获得中断向量以后，自动把中断向量乘以8，其乘积与中断描述符表寄存器IDTR中的基地址相加，所得之和为IDT中断门描述符的地址，从该地址开始连续八个字节中保存着一个IDT中断门描述符，CPU通过其中段选择符查到对应段描述符确定中断服务程序的基地址，然后与IDT描述符中的偏移一起指向对应的中断服务程序。 在保护模式下，由中断向量到中断子程序的索引过程如图所示。,16,5.1 中断的基本概念,17,5.1 中断的基本概念,六、中断向量的装入与修改 1. 中断向量的装入 中断向量是在开机加电时，由程序装入内存指定的中断向量表中。 系统配置和使用的中断所对应的中断向量由系统软件负责装入。 若系统中（如单板机）未配置系统软件，就要自己设计程序自行装入中断向量。 下面介绍几种填写中断向量表的方法。,18,例1：用MOV指令装入中断向量：设中断号60H， 中断服务程序的段基址SEG_INTR，偏移地址OFFSET_INTR(006DH)。, CLI ；关中断 CLD ；内存地址加1 MOV AX，0 MOV ES，AX ；给ES赋值为0 MOV DI，4*60H ；中断向量指针DI MOV AX，OFFSET_INTR ；中断服务程序偏移值AX STOSW ；AXDIDI+1 ，DI+2 MOV AX，SEG_INTR ；中断服务程序的段基址AX STOSW ；AXDI+2DI+3 STI ；开中断 ,5.1 中断的基本概念,19,例2：将中断服务程序的入口地址直接写入中断向量表, MOV AX，00H MOV ES，AX MOV BX，4*60H ；中断号×4BX MOV AX，006DH ；中断服务程序偏移值AX MOV ES:BX，AX ；装入偏移地址 PUSH CS POP AX ；获取中断服务程序段基址 MOV ES:BX+2，AX ；装入段基址 ,5.1 中断的基本概念,20,5.1 中断的基本概念,2. 中断向量的修改 在PC微机中不采用由用户直接装入中断向量，而是采用中断向量修改的办法来使用系统的中断资源。 利用DOS功能调用INT 21H中的35H号和25H号功能修改中断向量。修改步骤有步： 用35H号功能，获取原中断向量，并保存。 用25H号功能，设置新中断向量。 新中断服务程序完毕后，利用25H号功能恢复原中断向量。,21,例3：假设原中断程序的中断号为n，新中断程 序的入口地址的段基址为SEC_INTR，偏移地址为 OFFSET_INTR。中断向量修改的程序段为：,MOV AH，35H ；取原中断向量 MOV AL，nH INT 21H MOV OLD_OFF，BX ；保存原中断向量偏移值 MOV BX，ES MOV OLD_SEG，BX ；保存原中断向量段基址 ,后续,5.1 中断的基本概念,22,MOV AH，25H ；设置新中断向量 MOV AL，nH ；中断号 MOV DX，SEG_INTR MOV DS，DX ；DS指向新中断程序段址 MOV DX，OFFSET_INTR ；DX指向新中断程序偏移值 INT 21H MOV AH，25H ；恢复原中断向量 MOV AL，nH MOV DX，OLD_SEG MOV DS，DX MOV DX，OLD_OFF INT 21H,5.1 中断的基本概念,23,5.1 中断的基本概念,七、中断优先级排队方式 当系统有多个中断源时，可能会出现同时有几个中断源申请中断，而CPU在一个时刻只能响应并处理一个中断请求。 排队的方式主要有：按优先级排队(使用最多)和循环轮流排队(不分级别，所有中断源一律平等)。 当同时有多个中断请求信号，先响应优先级别高的中断请求。 高优先级中断请求信号可中断低优先级中断服务。,24,5.1 中断的基本概念,软件查询法 一个简单的接口电路如图所示。,图a 软件查询接口 图b 软件查询的流程图,25,5.1 中断的基本概念,设有3个外设A，B，C，它们的中断请求信号接到端口地址为20H的中断请求寄存器上，寄存器的输出端相或后接CPU的INTR端。 当A，B，C有中断请求时，相应的触发器置， 进而使INTR=1，向CPU发出中断请求。若CPU响应后，转入中断服务程序，其流程如图。,26,5.1 中断的基本概念,查询程序的编程有两种方法：屏蔽法，移位法。 屏蔽法 IN AL，20H ；输入中断请求触发器的状态 TEST AL，80H JNE AISP ；外设A有请求，则转至外设A服务程序 TEST AL，40H JNE BISP ；外设B有请求，则转至外设B服务程序 TEST AL，20H JNE CISP ；外设C有请求，则转至外设C服务程序 ,27,5.1 中断的基本概念,移位法 IN AL，20H SHL AL，1 JC AISP ；外设A有请求，则转至外设A服务程序 SHL AL，1 JC BISP ；外设B有请求，则转至外设B服务程序 SHL AL，1 JC CISP ；外设C有请求，则转至外设C服务程序 显然，先被查询的，优先权最高。即，外设A的优先权最高，B次之，C最低。这种方法节省硬件，不需要判断与确定优先权的硬件排队电路。但中断源较多时，查询程序段较长，由询问转入相应的服务程序入口的时间长。,28,5.1 中断的基本概念,菊花莲法 是一种简单获得中断优先级的方法。通过在每个外设对应的接口上接一个逻辑电路，这些逻辑电路构成一个链来实现中断应答信号的控制，称为菊花链，如图所示。,(a) 菊花链 (b) 菊花链逻辑电路,29,5.1 中断的基本概念,菊花莲电路的工作过程 中断请求：设备A,B,C通过接口发出中断请求，1表示请求，0表示无请求。只要有一个设备发出请求，INTR=1。 中断响应：若CPU开中断，发中断响应信号INTA。该信号先送给设备A的菊花链电路，若设备A没有请求，则它输出的INTA仍为0，往下传送；若设备A有请求，经过或门后作为接口的中断应答信号，而由于其中断请求为1，则输出的INTA =1，使后级的中断得不到响应。 显然，越靠近CPU的接口（外设），优先级越高。图中，设备A的优先权最高，设备B次之，设备C最低。,30,5.1 中断的基本概念,可编程中断控制器专用芯片管理方式 当前微机IBM PC采用专门的可编程中断优先级管理芯片来完成中断优先级的管理。 早期计算机采用软件查询或菊花链方法，而目前计算机均采用专用芯片管理法，例如8259芯片。,31,八、中断嵌套 当CPU正在执行某个中断服务程序时，会出现优先级更高的中断源申请中断。为了使优先级别高的中断源及时得到服务，需要暂时中断当前正在执行的级别较低的中断服务程序，去处理级别更高的中断源，待处理完以后，再返回到被中断了的中断服务程序继续执行。,5.1 中断的基本概念,32,5.1 中断的基本概念,A中断请求,响应,返回,A中断 服务程序,B中断请求,响应,返回,B中断 服务程序,C中断请求,响应,返回,C中断 服务程序,原主程序,中断嵌套示意图(中断优先级CBA),33,5.2 IBM-PC微机中断系统,PC微机的中断源大致可分为两大类： 硬中断外部中断 软中断内部中断 下面分别讨论它们产生的条件、特点及其应用。,34,5.2 IBM-PC微机中断系统,一、硬中断 硬中断是由外部设备提出中断申请而产生的。 硬中断的产生具有随机性，CPU预先并不知道。 硬中断有两种：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。 可屏蔽中断号由中断控制器提供，对可屏蔽中断CPU要发中断响应信号； 不可屏蔽中断号为02H，对不可屏蔽中断CPU不需要发中断响应信号。,35,高 优先级顺序 低,5.2 IBM-PC微机中断系统,硬中断的中断源及中断号表,36,两类硬中断源逻辑示意图,5.2 IBM-PC微机中断系统,37,5.2 IBM-PC微机中断系统,1.不可屏蔽中断NMI 当CPU的NMI引脚上有一个由低到高的上跳边信号时，触发产生NMI中断。 CPU不需发中断响应信号而立即进入预定的2号中断服务程序执行。 NMI中断不能被CPU用指令CLI禁止。 NMI中断优先级别在硬中断中最高。常由