《微机原理与应用教学资料》第七章中断.ppt
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1、1 1第七章:中断操作和中断系统第七章:中断操作和中断系统7-1 7-1 概述概述概述概述7-27-2中断处理过程中断处理过程中断处理过程中断处理过程7-3 7-3 中断优先级和中断嵌套中断优先级和中断嵌套中断优先级和中断嵌套中断优先级和中断嵌套7-4 7-4 可编程中断控制器可编程中断控制器可编程中断控制器可编程中断控制器8259A8259A电气学院学习部资料库电气学院学习部资料库27-1 概述实时实时操作操作 外外设设 CPU,再再CPU 外外设设例例:外外设设键键盘盘,原原为为空空闲闲状状态态,现现开开始始工工作作,CPU如如何何知知道道键盘键盘何何时时工作呢?工作呢?两种方法两种方法:
2、a.每隔一段每隔一段时间时间采采样样b.中断中断请请求求 显显然,中断然,中断请请求的方法求的方法较较合理合理中中断断定定义义:当当有有外外部部数数据据输输入入或或内内部部异异常常时时,发发送送请请求求给给CPU,CPU暂暂时时停停止止正正在在运运行行的的程程序序,处处理理中中断断结结束束后后,返回返回继续继续运行先前的程序。运行先前的程序。两个最重要的特点两个最重要的特点:可返回性,可返回性,现场现场保保护护(断点保(断点保护护)发送请求发送请求控制信号控制信号电气学院学习部资料库3一一.中断概念中断概念1.中断源中断源 引起程序中断的事件引起程序中断的事件 内部中断内部中断 外部中断外部中
3、断2.中断响应中断响应 对外部中断而言对外部中断而言 INTA对对INTR的响应的响应3.中断向量,中断向量表中断向量,中断向量表 中断源中断源i中断服中断服务务子程序子程序i 中中断断向向量量:中中断断服服务务子子程程序序的的入入口口地地址址(逻逻辑辑地地址址)CS:IP 中中断断类类型型码码:中中断断向向量量的的编编号号。0-255,与与中中断断向向量量是是一一一一对应对应的的 中断向量表中断向量表:内存中开出的一定区域,用来存:内存中开出的一定区域,用来存储储中断向量中断向量4.中断优先级:中断优先级:当同时有多个中断请求,先响应优先级高的当同时有多个中断请求,先响应优先级高的 当一个中
4、断服务程序正在执行时,又一个中断源申请当一个中断服务程序正在执行时,又一个中断源申请中断:高不睬低,停低转高中断:高不睬低,停低转高 中断嵌套中断嵌套5.中断屏蔽中断屏蔽中断源中断源硬件屏蔽硬件屏蔽CPU的的IFCPU电气学院学习部资料库4二二.中断分中断分类类1 1、内部中断(、内部中断(软软件中断)件中断)中断指令中断指令 INT nINT n n-n-中断中断类类型型码码 n=0n=0255255由由CPUCPU的运算的运算错误错误引起的:引起的:a.a.除法除法错错中断:中断:INT 0INT 0(除数(除数为为零或商超零或商超过过范范围围,自,自动产动产生中断)生中断)b.b.溢出中
5、断:溢出中断:INT 4 INT 4 (当(当OF=1OF=1,且在程序中有,且在程序中有INTOINTO指令,指令,产产生中断)生中断)由由调试调试程序程序debugdebug设设置的中断置的中断 a.a.单单步中断:步中断:INT 1 INT 1(当(当TF=1TF=1,每,每执执行完一条指令,行完一条指令,产产生生中断)中断)b.b.断点中断:断点中断:INT 3 INT 3(利用(利用G G命令设置断点,当程序执行到断点,产生中断)命令设置断点,当程序执行到断点,产生中断)电气学院学习部资料库5特点:特点:由指令产生,中断类型码包括在指令中,不需要取中断类由指令产生,中断类型码包括在指
6、令中,不需要取中断类型码型码是可预见性的,是人为预先安排,中断处理子程序与主程是可预见性的,是人为预先安排,中断处理子程序与主程序间有数据的传送。而硬件中断,两者之间则是相互独立。序间有数据的传送。而硬件中断,两者之间则是相互独立。2 2、外部中断(硬件中断)、外部中断(硬件中断)不可屏蔽中断不可屏蔽中断NMINMI a.a.上升沿触上升沿触发发 图图 b.CPU b.CPU必必须须予以响予以响应应,不能用,不能用IFIF屏蔽屏蔽 c.c.INT INT 2 2,中中断断类类型型码码为为2,中中断断向向量量固固定定存存放放于于00000000:0008H0008H 00000000:000BH
7、000BH d.d.用于用于发发生重大故障生重大故障时时申申请请中断中断电气学院学习部资料库6可屏蔽中断可屏蔽中断 INTRINTR a.a.电电平触平触发发 图图 b.b.是否响是否响应应,与,与IFIF有关;有关;对对INTRINTR的响的响应应INTAINTA c.c.中断中断类类型号由硬件型号由硬件连线连线决定决定 d.d.一般事件申一般事件申请请中断中断电气学院学习部资料库77-2 中断处理过程一一.CPU响应中断的过程响应中断的过程P268 流程图流程图CPUCPU自自动动完成的工作完成的工作STEP STEP 1 1STEP STEP 2 2STEP STEP 3 3STEP S
8、TEP 4 4STEP STEP 5 5STEP STEP 6 6STEP STEP 7 7STEP STEP 8 8按优按优先级先级顺序顺序查有查有否申否申请中请中断断 取中取中断类断类型码型码PSWPSW入栈入栈清除清除IF IF(自自动关动关中断中断)、)、TFTFCSCS入栈入栈IPIP入栈入栈中断中断向量向量偏移偏移地址地址装入装入IPIP中断中断向量向量段地段地址装址装入入CSCS电气学院学习部资料库8由流程图可见,由流程图可见,CPU内部规定的优先级别:内部规定的优先级别:内部中断(除法错,溢出,内部中断(除法错,溢出,INT n)NMIINTRTF单步单步中断中断 高高低低内部
9、中断、内部中断、NMINMI中断、中断、单单步中断,均无步中断,均无须须取中断取中断类类型型码码。事事先由系先由系统约统约定好了定好了断点保断点保护护(可返回可返回)由由CPUCPU自自动动完成;完成;现场现场保保护护由由编编程完成程完成 转入中断子程序和调用子程序不同处:多了标志(转入中断子程序和调用子程序不同处:多了标志(PSW)入)入栈栈 CPU自动关中断。若想在中断响应过程中,允许中断嵌套,自动关中断。若想在中断响应过程中,允许中断嵌套,必须在子程序中开中断必须在子程序中开中断(STI)。运行中断子程序中,仍可响应运行中断子程序中,仍可响应NMI注:注:流程图中流程图中CSCS、IPI
10、P为为被中断程序的下一条指令的地址被中断程序的下一条指令的地址电气学院学习部资料库9二.中断向量表中断向量表1.寻寻找中断源方法:找中断源方法:查询查询中断中断 用程序依次用程序依次查询查询,费时费时 例:例:图图7-3 开开头头循循环查询环查询部分部分矢量中断矢量中断 各个各个设备设备的中断服的中断服务务子程序的入口地址集中子程序的入口地址集中在一个表(中断向量表)中,在一个表(中断向量表)中,CPU响响应应中断后,根据中中断后,根据中断源提供的中断断源提供的中断类类型号型号 i,*4在中断向量表在中断向量表查查找找对对应应的中断服的中断服务务子程序子程序 i 的入口地址,装入的入口地址,装
11、入CS、IP,转转而而执执行中断服行中断服务务子程序子程序 i中断向量表位置:内存中中断向量表位置:内存中0段段 00000H00000H003FFH 1K003FFH 1K字字节节 表表7-47-41 1个中断向量必个中断向量必须须用用4 4个存个存储单储单元来存元来存储储(1 1个地址个地址CS CS:IPIP)地址低地址低高高 IP IP:CS CS 如如图图电气学院学习部资料库10 例例1 1:中断中断类类型号型号 中断向量地址中断向量地址 4 10H4 10H13H13H 32H C8H 32H C8HCBHCBH例例2 2:中中断断类类型型号号64D=40H64D=40H,中中断断
12、操操作作过过程:程:中断向量地址中断向量地址64D*4=256D=0100H64D*4=256D=0100H。若若中中断断向向量量中中内内容容如如图图 则则CS CS:IP=1312 IP=1312:11101110转转向中断服向中断服务务程序程序中中断断返返回回到到INT INT 40H40H指指令令的的下下一一条条指令指令IP 低低8IP 高高8CS 低低8CS 高高8n n+1 n+2 n+310H11H12H13H0100H 0101H 0102H 0103H电气学院学习部资料库112.2.中断向量的中断向量的设设置置预预置:置:AL=AL=中断中断类类型号型号 DS DS:DX=DX
13、=中断服中断服务务程序入口地址程序入口地址 AH=25H AH=25H执执行:行:INT21H INT21H 3.3.中断中断类类型型码码的的获获取取除除法法错错、单单步步、NMINMI、断断点点中中断断、溢溢出出:由由CPUCPU自自动动提供,分提供,分别为别为0 04 4软软中中断断指指令令 INT INT n n :nn中中断断类类型型号号,由由指指令令提提供供外外部部中中断断INTR INTR:中中断断类类型型号号由由可可编编程程控控制制器器8259A8259A获获得得电气学院学习部资料库12三三.中断中断处处理子程序理子程序结结构如构如图图开开中中断断:响响应应中中断断时时,CPUC
14、PU已已自自动动关关中中断断,为为允允许许中中断断嵌套,需重开中断嵌套,需重开中断关关中中断断:恢恢复复现现场场时时不不允允许许被中断被中断执行执行IRET指令指令:从堆栈中依次弹出程序断从堆栈中依次弹出程序断点点,送到送到IP和和CS寄存器中寄存器中弹出弹出PSW的内容的内容(恢复(恢复标志、开中断);标志、开中断);按按CS:IP的值使的值使CPU返回返回断点,继续执行原来被中断点,继续执行原来被中断的程序。断的程序。保护中断现场保护中断现场PUSH 开中断开中断 中断处理具体内容中断处理具体内容关中断关中断恢复中断现场恢复中断现场POP中断返回指令中断返回指令IRET电气学院学习部资料库
15、13四四.中断时序(对可屏中断时序(对可屏蔽中断而言)蔽中断而言)INTRINTACPU AD0AD7INTINTA8259D0D7 INTAT1 T2 T3T4T1 T2T3第一个第一个INTA周期周期T4中断类型号中断类型号nD0D7电气学院学习部资料库147-3 中断优先级和中断嵌套一一.可屏蔽中断可屏蔽中断INTRINTR优先级的设定优先级的设定软件查询:在中断处理子程序中安排查询,查询程序软件查询:在中断处理子程序中安排查询,查询程序的次序,决定了优先级的高低的次序,决定了优先级的高低.见后页见后页简单硬件:菊花链法,越靠前的优先级越高。图简单硬件:菊花链法,越靠前的优先级越高。图8
16、-88-8专用硬件:专用硬件:8259A8259A,可编程的,可编程的二二.中断嵌套中断嵌套 图图7-101.同时申请中断时,响应高优先级的,正在执行中断时,同时申请中断时,响应高优先级的,正在执行中断时,高不睬低,停低转高。高不睬低,停低转高。2.中断程序在保护现场后,须开中断,才能实现嵌套。中断程序在保护现场后,须开中断,才能实现嵌套。3.中断服务结束后,须用中断服务结束后,须用EOI指令清除指令清除8259A中中ISR的的对应位,使低级中断申请得以响应,然后紧接着须有对应位,使低级中断申请得以响应,然后紧接着须有IRET,返回断点。,返回断点。电气学院学习部资料库15查询方式查询方式IN
17、TR0INTR1INTR nINTR0CS+INTR CPU D0 D1INTR174LS244INTR0中断程序中断程序输入状态输入状态D0=1?D1=1?INTR1中断程序中断程序电气学院学习部资料库16菊花链电路菊花链电路+INTAINTR中断回答中断回答中断请求中断请求电气学院学习部资料库177-4中断优先级控制器中断优先级控制器8259A8259A特点:特点:1.一片一片8259A可管理可管理8个中断源,通过级个中断源,通过级连,可用连,可用9片组成片组成64级主从式中断管理系级主从式中断管理系统。统。2.可编程,使用灵活可编程,使用灵活3.每一个中断可通过编程单独屏蔽或允许中每一个
18、中断可通过编程单独屏蔽或允许中断断4.可提供中断类型号给可提供中断类型号给CPU电气学院学习部资料库18一、一、8259A引腿信号引腿信号1.CS :片选。通过译码电路与:片选。通过译码电路与CPU高位地址总线相连,高位地址总线相连,即与译码电路的输出端相连即与译码电路的输出端相连2.A0:片内选址。连:片内选址。连CPU低位地址线,选择低位地址线,选择8259A的两个的两个端口端口3.、:连连CPU的的 、。(最小模式)。(最小模式)连连8288总线控制器(最大模式)总线控制器(最大模式)4.D7D0:数据总线:数据总线5.INT:连连CPU的的INTR端,向端,向CPU发出中断请求信号发出
19、中断请求信号6.:连连CPU的的 (最小模式),(最小模式),CPU给给8259A 的中断响应信号,两个负脉冲的中断响应信号,两个负脉冲 响应中断响应中断 读取中断类型号读取中断类型号 连连8288总线控制器(最大模式)总线控制器(最大模式)7.IR7-IR0:连:连外设外设的中断请求信号线,中断级联时,连从的中断请求信号线,中断级联时,连从片片INT端端电气学院学习部资料库198.CAS2CAS0 级联级联 单片单片8259A8259A时,接高电平时,接高电平 SP/EN 二、二、8259A编程结构及工作原理编程结构及工作原理数据总线缓冲器:写入控制字,读出数据总线缓冲器:写入控制字,读出8
20、259A8259A状态,送出中状态,送出中断类型号,接断类型号,接D0-D7 D0-D7 请求请求IRRIRR:锁存外部中断请求信号:锁存外部中断请求信号IR0IR0IR7IR7,有中断请求,有中断请求时,对应位置时,对应位置1 1,中断请求被响应时,对应位复位,中断请求被响应时,对应位复位屏蔽屏蔽IMRIMR:设置是否屏蔽:设置是否屏蔽IRRIRR中相应位的中断请求,置中相应位的中断请求,置1 1则屏蔽则屏蔽优先级判别优先级判别PRPR:管理、识别中断源的优先级别。完全嵌套:管理、识别中断源的优先级别。完全嵌套方式下,方式下,IR0IR0最高最高中断服务寄存器中断服务寄存器ISRISR:存放
21、:存放正在处理中的所有正在处理中的所有中断请求信中断请求信号,中断嵌套时,多位被置号,中断嵌套时,多位被置1 1。为以后的中断优先级裁决。为以后的中断优先级裁决提供依据。提供依据。电气学院学习部资料库20电气学院学习部资料库21控制电路控制全过程:控制电路控制全过程:根据根据IRR的置位情况和的置位情况和IMR的设置情况,通过的设置情况,通过PR判定优先判定优先级,选出需处理的中断请求信号,送入级,选出需处理的中断请求信号,送入ISR向向CPU发送发送INT中断申请中断申请 INTR。接收接收CPU发出的第一个响应发出的第一个响应INTA负脉冲,负脉冲,ISR相应位置相应位置1,IRR相应位清
22、相应位清0第二个负脉冲时,向第二个负脉冲时,向CPU送出中断类型码,使送出中断类型码,使CPU转入中断转入中断程序。程序。三、三、8259A8259A中断管理方式中断管理方式1.优先级设置方式优先级设置方式完全嵌套方式完全嵌套方式 默认默认特点:特点:中断优先级次序固定。中断优先级次序固定。IR0最高,最高,IR7最低最低中断嵌套时,允许优先处理更高级的中断,禁止同级或低级中断嵌套时,允许优先处理更高级的中断,禁止同级或低级中断中断ICW4中,中,SFNM=0;OCW2中,中,R.SL=0 0电气学院学习部资料库22特殊全嵌套工作方式特殊全嵌套工作方式特点:特点:中断优先级次序固定。中断优先级
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