微型计算机接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 古辉 刘均 雷艳静 第5章_中断技术

1、浙江工业大学计算机学院,微机接口技术,1,内容回顾,DMA传输基本概念 DMA的传送过程、传送方式和操作类型。 DMA控制器8237A 8237A的内部结构和外部引脚。 8237A的内部寄存器（10种）及其地址分配。 8237A的编程步骤和工作时序。 PC中的DMA应用 DMA系统的组成。 单片DMA系统和双片DMA系统。 DMA系统的应用实例。,2,3,第五章 中断技术,中断是CPU与外设间进行信息交换的一种形式。 该形式下，CPU无需完全服务于某个外设，效率高。 当出现某些异常情况或某个外设有请求时，CPU暂停正在执行的程序，转去执行某一特定的程序，执行完后再返回原来被终止的程序处继续执行。,5.1 中断技术概述,4,中断 指CPU正在执行一个程序的过程中，由于出现了某些异常情况或外设提出了某种请求，CPU暂停正在执行的程序，转去处理异常情况或执行外设请求的特定程序，执行完后再返回原来被终止的程序处继续执行。这个过程（三部曲）称为中断。 主程序 未发生中断时，CPU正在执行的程序称为主程序。,5,(1) 中断的常用术语,中断服务程序 处理中断事件的程序段称为中断服务程序（Inter

2、rupt Service Routine，ISR）或中断子程序。 不同的中断对应不同的ISR。 中断断点 中断发生时，主程序中被终止的当前指令的下一条指令的地址称为断点。 CPU转去执行ISR时，断点被压入栈中进行保护，等ISR执行完毕，CPU从栈顶获得中断断点（出栈），确保能返回到主程序处继续执行。,6,中断源 引起中断的事件或设备。 内部中断：在CPU的内部产生。例：CPU执行程序时遇到的特殊情况，如：除法错误等。 外部中断：在CPU的外部产生。例：外设提出的中断，如电源故障等。 中断类型号 微机系统中有多个中断源。为便于区分，为每个中断源分配一个编号，即中断类型号。,7,中断接口 当中断源向CPU发中断请求时，需由硬件电路来进行管理，如：屏蔽某中断请求、接受某中断请求、中断优先级排队、中断嵌套和中断结束等。 实现以上中断管理的逻辑电路称为中断接口。 本章使用8259A可编程中断控制器对系统的中断进行管理。,8,中断识别 指CPU确定哪一个中断源发出中断请求的过程。 目的：最终形成该中断源所对应的中断服务程序的入口地址，实现程序的转移。 中断识别的2种方法： 查询中断：采用软件或硬

3、件查询技术来确定发出中断请求的中断源。 向量中断：由中断向量指示中断服务程序的入口地址。,9,中断向量和中断向量表 中断向量：指中断服务程序的入口地址。 每个中断服务程序都有一个确定的入口地址。 包含段基址CS和偏移地址IP，共占4个字节。 中断向量表：将系统中所有的中断向量集中起来，按中断类型号从小到大的顺序存放在内存某区域。这个存储区域称为中断向量表。 PC机中共有256个中断（0255），每个中断向量占4个字节，共占1KB的存储区域。 用 000003FFH 的内存单元存储中断向量表。,10,从中断源请求中断到完成中断服务程序后返回主程序的过程，称为中断过程。包含4个阶段。 中断源请求中断 外设发出中断请求时，中断接口电路一般应设置中断请求触发器，保持外设的中断请求信号，直到CPU响应该中断后才清除它。 中断接口电路应设置中断屏蔽寄存器，CPU可通过对其进行设置，使得某些中断源的中断请求不能提交到CPU。,11,(2) 中断过程,中断判优 由于同一时刻可能会有多个中断源同时请求中断服务，因此接口电路需对这些中断源进行优先级判别和优先级排队。这个过程称为中断判优。 CPU按照优先级

4、的高低循序来响应中断。,12,中断响应 收到中断请求后，若CPU满足响应条件，则进入中断响应周期。CPU响应中断的条件如下： CPU当前指令执行结束。 没有更高级的中断请求在执行。 CPU处于开中断状态 (IF=1)。可用指令改变IF的状态：STI开中断；CLI关中断。 中断响应周期需完成的操作(CPU硬件自动完成) 清除中断允许标志位IF和单步陷阱标志位TF，以免在响应过程中被新的中断源中断，破坏了当前中断处理的现场。 将标志寄存器FLGAS和中断断点 (CS、IP) 压栈保存。 查找中断向量表，获得ISR的入口地址，执行ISR。,13,中断服务 CPU转入中断服务程序后，需做以下几件事情： 保护现场：ISR将要用到的寄存器压栈，以免其数据破坏。 开中断：以便在执行ISR时，能响应更高级的中断请求。 中断处理：处理中断请求所要求的操作。 关中断：保证在恢复现场时不被新的中断打断。 恢复现场：在ISR结束前，执行出栈操作，恢复各寄存器的内容，以便主程序正确执行。 开中断：保证返回主程序后仍能响应中断。 中断返回：ISR的最后一条指令为IRET，它将IP、CS和FLAGS的内容依次弹出，

5、以便恢复到主程序的断点处。,14,15,中断响应及处理过程示意图,中断管理包括中断源识别、优先级排队和中断嵌套。 中断源识别 PC机内有多个中断源，CPU收到中断请求后，需识别是哪一个中断源发出了中断请求信号，以便执行相应的中断服务程序。 中断源识别的两种方法： 软件查询：CPU逐个查询各中断源的状态，从而确定是哪个设备发出了中断请求。 硬件处理：中断接口电路将要响应的中断类型号送给CPU。,16,(3) 中断管理,2. 中断的优先级排队 当有多个中断源同时请求中断时，由于CPU在同一时刻只能响应并处理一个中断请求，因此，需根据中断的性质及轻重缓急对多个中断源进行优先级排队。 CPU先响应优先级高的中断请求。高优先级的中断请求可中断低优先级的中断服务。 优先级排队的方法： 软件查询法 硬件菊花链排队法 可编程中断控制器排队法,17,软件查询法,18,软件查询法的编程实现有2种方法：屏蔽法、移位法。 屏蔽法,19,IN AL，20H ; 读取中断请求触发器的内容 TEST AL，80H JNE A_ISP ; 外设A有请求，则转入A的服务程序 TEST AL，40H JNE B_ISP

6、; 外设B有请求，则转入B的服务程序 TEST AL，20H JNE C_ISP ; 外设C有请求，则转入C的服务程序 ,移位法,20,IN AL，20H SHL AL，1 JC A_ISP ; 外设A有请求，则转至A的服务程序 SHL AL，1 JC B_ISP ; 外设B有请求，则转至B的服务程序 SHL AL，1 JC C_ISP ; 外设C有请求，则转至C的服务程序 ,软件查询法的优缺点： 优点：实现简单，节省硬件。 缺点： 中断源较多时，查询程序较长，由查询转入相应的中断服务程序入口需要的时间较长。 查询的先后顺序决定了中断的优先级顺序：先被查询的中断，优先级最高。,21,硬件菊花链法 在每个外设的接口上接一个逻辑电路，这些电路构成一个链来实现中断应答信号的控制，称为菊花链。,22,菊花链工作原理 中断请求：设备A、B、C通过接口发出中断请求：1有请求，0无请求。只要有一个设备发出请求，则 INTR = 1。 中断响应：若CPU允许中断，则发INTA中断响应信号。该信号先送给外设A的菊花链电路。 若A没有请求，则它输出的INTA仍为0，继续往下传。 若A有中断请求，则经过或门

7、时，由于其中断请求为1，故输出的INTA为1，使得后继的中断得不到响应。,23,特点：越靠近CPU的外设，优先级越高。,可编程控制器排队法 早期的PC多采用软件查询或菊花链法。 目前的PC一般采用专用的可编程控制器芯片来完成中断优先级的排队管理，如8259A。,24,3. 中断嵌套 CPU正在处理某个中断的过程中，若出现了级别更高的中断请求，则CPU停止执行级别低的ISR，而转去处理级别更高的中断。等高级别的中断处理完后，再返回原来的低级中断继续执行，依次类推，直到返回主程序。这种方式称为多重中断或中断嵌套。,25,26,内容概要,中断的常用术语：9个基本概念 中断过程：申请、判优、响应、服务 中断管理：判优、优先级、嵌套,8086/8088用8位二进制数表示一个中断类型号，可区分256个中断源。 8086/8088中断系统的结构,27,(1) 中断的类型,外部中断 由CPU外的硬件产生，又称硬件中断。有以下2种： NMI（不可屏蔽中断） 上升沿触发，不受中断允许标志位IF的控制。无论IF如何，只要NMI信号有效，CPU在当前指令结束后，立刻响应该中断。（Sti 和 Cli 指令无效）

8、 中断类型号为2，CPU无需发中断响应即可立即进入2号中断服务程序执行。 在外部中断中，NMI的优先级最高，用于电源掉电、时钟错误等紧急情况，一般用户不能使用。,28, INTR（可屏蔽中断） 高电平触发，必须保持到当前指令结束。 受中断允许标志位IF控制。Sti 指令允许中断，Cli 指令禁止中断。 中断类型号为 080FH 和 070H077H。当中断允许时，CPU发出中断响应信号INTA，并从8259A获得中断源的中断类型码。 中断响应的条件： 有中断请求信号 系统处于开中断状态,29,内部中断 由CPU执行指令产生的中断，又称软件中断。 除法错 当除数为0，或对带符号数进行除法运算时所得结果超出规定的范围，则CPU自动产生该中断。 中断类型号为0。,30, 单步中断 CPU每执行一条指令，就进入一次单步中断。其ISR的功能是显示出CPU内部各寄存器的内容。 单步中断在调试程序时非常有用。 受标志寄存器TF标志位控制。TF=1时，CPU自动产生单步中断。 中断类型号为1。,31, 断点中断 INT 单字节中断指令，默认中断类型号为3。 调试时可在程序关键处设置断点。当程序执行到该

9、指令处，转去执行一个断点中断，其功能是显示CPU内部各寄存器的内容，并给出一些提示信息。,32, 溢出中断 INTO 单字节中断指令。CPU执行该指令时，产生类型号为4的内部中断。 该指令总是跟在带符号数加、减法运算指令之后。若标志寄存器的OF=1，执行溢出中断，其中断服务程序给出出错信息；若OF=0（无溢出），也进入该中断，但只对标志位进行测试，即返回原程序。 用户定义的软件中断 双字节中断指令INT n，由用户定义，类型号为n。 软件中断不可被屏蔽。CPU不发响应信号，中断控制器不提供中断类型号。,33,内、外中断的优先级次序 8086/8088系统中，除单步中断外，所有内部中断的优先级均高于外部中断。 除单步中断外，所有内部中断都不能被屏蔽。,34,8086/8088系统支持256个中断源，各个中断源用不同的中断类型号标识，即：0255。 每个中断源都有相应的中断服务程序，每个中断服务程序都有不同的入口地址（又称中断向量） 。 每个入口地址由4个字节标识： 低2个字节：存放中断入口的偏移地址（IP）。 高2个字节：存放中断入口的段基址（CS）。 系统各个中断入口地址的集合形成中断向量表。共占1KB空间，地址范围 00000H003FFH。,35,(2) 中断向量表,36,由于0255号中断的入口地址依次连续排列，故：已知某中断的类型号为n，可算出其对应的中断服务程序入口地址在中断向量表中存储的位置。 方法：类型号 n4 = 中断向量在中断向量表中的首地址，然后顺序取出4个字节内存单元的内容，低2个字节送入偏移地址IP，高2个字节送入段地址CS，即： (IP) (4n+1, 4n)。 (CS) (4n+3, 4n+2) 。 获得了中断的入口地址，即可转入相应的中断服务程序执行中断处理过程。,37,【例5-1】已知类型号为15H的中断，其中断服务子程序存放在内存的5678H: 0100H 5678H: 0123H单元。画出该中断的中断向量在中断向量表中的位置和内容。 解： 中断服务程序的入口地址（起始地址）为5678H: 0100H，其中偏移地址IP的内容为0100H，段

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