第7章中断及中断控制器长江大学计算机科学学院.docx

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第7章中断及中断控制器长江大学计算机科学学院

教学内容

第7章中断及中断控制器

学时分配

教学目的

1、通过本章的学习，使学生掌握有关中断和中断源、中断处理过程；

2、掌握中断优先级和中断嵌套等基本知识；

3、掌握可编程中断控制器82C59A的外部特性及其与CPU的连接方式；掌握82C59A的初始化编程；

4、掌握80086/8088可屏蔽中断的全过程。

了解82C59A的结构及级联方式的运用等。

教学要求

1、先讲清楚中断的基本概念，后讲8086的中断系统。

2、中断控制器8259A的重点在于其工作原理，与CPU的接口等。

3、注意讲8259A初始化控制字的作用与规律。

重点难点

1、中断及中断处理过程

2、82C59A的初始化编程

3、8086/8088可屏蔽中断的全过程

4、8086/8088的中断系统

5、中断优先权的控制机理

教学过程

1、使用自己做的电子讲稿讲解。

2、必须配合黑板板书解释。

要布置适当的作业。

3、注意讲课时采用启发式，适当提问，了解上课学生听课的效果。

课堂提问与讨论

回答问题情况记载

7.1概述

除了用电子稿讲之外，还要补充数字逻辑的知识，一定要为讲8259打好基础

7.1.1中断、中断源及中断系统

1．中断、中断源

（1）“中断”：

是指在CPU正常运行程序时，由于内、外部事件引起CPU暂时中止正在运行的程序，转而去执行请求CPU暂时中止的内、外部事件的服务程序，服务程序处理完毕后又返回到被中止的程序。

（2）能够向CPU发出中断请求的中断来源称为“中断源”。

2．中断系统的功能

（1）中断处理：

包括发现中断请求、响应中断请求、中断处理与中断返回。

（2）中断控制：

主要是实现中断优先级的排队和中断嵌套。

3．中断的主要用途

（1）实现输入／输出操作；

（2）电源掉电或其他情况的报警等。

4．可屏蔽中断与不可屏蔽中断

凡是微处理器内部能够“屏蔽”的中断，称为可屏蔽中断；

凡是微处理器内部不能“屏蔽”的中断，称为不可屏蔽中断。

7.1.2中断处理过程

1．CPU响应中断的条件

设置中断请求触发器

设置中断屏蔽触发器

CPU内部设置中断允许触发器的状态

CPU在现行指令结束后响应中断

具有中断屏蔽的接口电路：

2．CPU对中断的响应过程

进入中断周期后，中断响应的过程如下：

（1）关中断:

CPU在响应中断后，发出中断响应信号

，同时内部自动地关中断，以禁止接受其他的中断请求。

（2）保护断点:

把断点处的标志寄存器F的内容、段寄存器CS值和指令指针IP值依次压入堆栈保存，以便中断处理完后能正确地返回到主程序的断点地址，接着执行被中断的程序。

（3）识别中断源:

CPU要对中断请求进行处理，必须要找到相应中断服务程序（处理中断的程序）的入口地址，这就是中断源的识别。

（4）保护现场:

为了不使中断服务程序的运行影响主程序的状态，必须把断点处有关寄存器（指在中断服务程序中要使用的寄存器）内容压入堆栈保护。

（5）执行中断服务程序

（6）恢复现场:

即把中断服务程序压入堆栈的现场信息从堆栈中弹出来，并存入到原寄存器中，这是在中断服务程序中用POP指令来实现的。

（7）开中断与返回：

开放中断在返回之前，目的是返回主程序后能继续响应新的中断请求。

从中断返回到断点处，有一条专门的中断返回指令，该指令的隐操作是将堆栈栈顶处连续的3个字依次弹出给指令指针IP、段寄存器CS以及标志寄存器F。

7.1.38086/8088的中断系统

8086/8088的中断源：

1．外部中断

8086／8088有两条中断信号线——INTR和NMI

要结合PC机中断系统原理讲

（1）可屏蔽中断INTR

*可屏蔽中断请求线INTR通常由中断控制器82C59A驱动，该控制器又与需要中断服务的外部设备相连；

*CPU通过向82C59A写命令字来控制82C59A的工作；

*82C59A负责管理多个外设以中断方式与CPU交换数据；

*82C59A接收与其相连接的外部设备送来的中断请求，并判断提出中断请求的哪一个外部设备的优先级最高；

*82C59A向CPU提出中断申请。

*CPU对INTR中断请求的响应过程是执行两个

（中断响应）总线周期，

*在第一个中断响应周期内

信号通知82C59A，中断请求已被接受；

在第二个中断响应周期内

信号有效时，

*82C59A必须把请求服务的那个设备的中断类型码（0～255）送到数据总线，

*该中断类型码是在82C59A的初始化过程中由8086／8088写入的。

中断响应周期：

（2）不可屏蔽中断NMI

不可屏蔽中断请求信号NMI用来通知CPU发生了“灾难性”的事件，如电源掉电、存储器读写出错、总线奇偶位出错等。

NMI线上中断请求是不可屏蔽的，而且立即被CPU锁存，因此NMI是边沿触发的，不需要电平触发。

NMI的优先级比INTR高。

由于不可屏蔽中断的类型号预定为2，在CPU响应NMI时，不必由中断源提供中断类型码，因此，NMI响应也不需要执行中断响应总线周期。

2．内部中断

内部中断是通过软件调用的不可屏蔽中断，包括溢出中断、除法出错中断、

单步中断、INTn指令中断以及单字节INT3指令中断（断点中断）。

（1）溢出中断

如果上一条指令使溢出标志OF置“1”，那么在执行溢出中断指令（INTO）

时，立即产生一个4型中断（中断类型码为4）。

（2）除法出错中断

8086／8088的指令系统中有一条INT指令，当执行完这条指令就立即产生中

断。

CPU根据该指令中的中断类型码n，确定调用哪个服务程序来处理这个中断。

（3）INTn指令中断

8086／8088的指令系统中有一条INT指令，当执行完这条指令就立即产生中

断。

CPU根据该指令中的中断类型码n，确定调用哪个服务程序来处理这个

中断。

（4）断点中断（BreakpointInterrupt）

断点中断即单字节INT3指令中断，中断类型码为3，该中断是专供调试程序

设置断点所使用的，断点一般可以处于程序中的任何位置。

在断点处，停止当

前程序的执行，CPU按中断类型码为3来响应中断。

（5）单步（陷阱）中断

当陷阱标志TF置“1”时，8086／8088处于单步工作方式。

在单步工作时，每执行完一条指令，CPU就自动产生一个类型号为1的中断。

∆把标志寄存器和断点值（CS：

IP）压入堆栈

∆清除TF和IF

∆能逐条指令地观察系统操作的一个“窗口”

∆从堆栈中弹出原来的断点值（CS：

IP）及标志寄存器F的内容

∆使CPU返回单步方式

内部中断的特点

（1）中断类型码或者包含在指令中，或者是预先规定的；

（2）不执行响应外部中断的中断响应周期；

（3）除单步中断外，任何内部中断都无法禁止；

可以照讲义上讲

可以临时画一个简单的示意图

参考电子讲稿的图解释

黑板板书解释

（4）除单步中断外，任何内部中断的优先级都比外部中断的优先级高。

表7-1中断优先级

中断

优先级

除法出错、INTn、INTO

最高

NMI

…

INTR

…

单步

最低

3．中断向量表

∆中断向量表又称中断指针表，是存放中断服务程序入口地址（即“中断向

量”）的表格。

∆在存储器的最低端（0000H：

0000H～0000H：

03FFH）

∆可以存放256个中断服务程序的入口地址

∆共1024个字节，IP存放低地址，CS存放高地址

∆中断向量表示意图：

4．中断过程

∆当进入中断过程时，CPU把标志寄存器、CS和IP压入堆栈

∆清除TF和IF

∆执行中断服务内容

∆在执行中断服务内容之前，可以用STI指令重新开放外部中断，使INTR线上的中断请求能中断这个中断过程

∆所有的中断程序都应该以IRET指令结尾

∆IRET指令将栈顶的3个字分别弹出到IP、CS和标志寄存器中

7.2可编程中断控制器82C59A

*Inter82C59A是一种可编程中断控制器，

*一个82C59A可以管理8级中断

*每一级中断都可以屏蔽或允许

*82C59A在中断响应周期可提供相应的中断类型号，

*与所有Intel系列微处理机兼容；

*8级中断，通过级连可扩展至64级；

*单5V供电电压；

7.2.182C59A内部结构

1．数据总线缓冲器

8位的双向三态缓冲器，与CPU数据总线D7～D0直接连接，完成命令、状态信息的传送

2．读写控制逻辑

要结合多片级联使用的情况解释

该部件接收来自CPU的读写命令，完成规定的读写操作

3．中断请求寄存器IRR

IRR（InterruptRequestRegister）是与外部接口的中断请求线相连的寄存器

4．中断屏蔽寄存器IMR

IMR（InterruptMaskRegister）是—个8位寄存器，用来设置中断请求的屏蔽信息

IMR中第i位被屏蔽时（即IMRi＝1），禁止IRi引脚发出的中断请求信号

5．中断服务寄存器ISR

ISR（InterruptServiceRegister）用于存放当前正在进行处理的中断源。

6．优先权电路

优先权电路（PriorityPR）负责检查中断源的中断请求的优先级，并与“正在服务中的中断”进行比较，确定是否将这个中断请求送给处理器

7．控制逻辑

控制逻辑按初始化设置的工作方式控制82C59A的全部工作

7.2.2中断处理过程

（1）当一条或多条中断请求线IR0～IR7变高时，设置相应的IRR位。

（2）PR对中断优先权和中断屏蔽寄存器的状态进行判断之后，如果某中断优先权最高且为允许中断状态，就向CPU发高电平中断申请信号INT。

（3）CPU响应中断时，送出中断响应信号

。

（4）82C59A接到来自CPU的第一个

信号时，当前中断服务寄存器（ISR）中相应位置位，并把IRR中相应位复位。

同时，82C59A准备向数据总线发送中断类型码。

（5）在82C59A发送中断类型码的最后—个

负脉冲期间，如果是在AEOI（自动结束中断）方式下，在这个

负脉冲结束时复位ISR的相应位。

在非自动中断结束方式下，ISR相应位要由中断服务程序结束时发出的EOI命令来复位。

7.2.382C59A引脚信号

1．与CPU的接口信号

（1）D0～D7、三态和8位双向数据线。

（2）

，写控制输入信号。

（3）

，读控制输入信号。

（4）A0，地址选择信号。

（5）

，片选输入信号，低电平有效。

（6）INT，由82C59A向CPU输出的中断请求信号。

（7）

，输入信号，接收CPU送来的中断响应信号。

引脚图：

2．与外部设备的接口信号

IR0～IR7共有8个中断请求输入信号，高电平或上升沿有效

用于接收外设接口的中断请求

3．级联时的接口信号

级联时的接口信号包括CAS0～CAS2

82C59A级联时使用，用来构成82C59A的主从式级联控制结构

7.2.4工作方式

4个初始化命令字（ICW1～ICW4）

三个操作命令字（OCW0～OCW4）

1．引入中断请求的方式

边沿触发方式：

以上升沿向82C59A请求中断，上升沿后可一直维持高电平，不会再产生中断。

电平触发方式：

以高电平申请中断，但在响应中断后必须及时清除高电平，以免引起第2次误中断。

中断查询方式：

外部设备通过82C59A申请中断，但82C59A却不使用INT信号向CPU申请中断，CPU用软件查询确定中断源，并为其服务。

2．连接系统总线的方式

在大系统中，要求数据总线有总线缓冲器

3．屏蔽中断源的方式

（1）普通屏蔽方式

利用操作命令字OCWl，使屏蔽寄存器IMR中的一位或数位置1来屏蔽一个或

数个中断源的中断请求。

若要开放某一个中断源的中断请求，则将IMR中相应

的位清0。

（2）特殊屏蔽方式

在某些场合，执行一个中断服务程序时，要求允许另一个优先级比它低的中断

请求被响应，此时可采用特殊屏蔽方式。

它可通过OCW3的D6D5＝11来设定。

4．优先级排队的方式

（1）全嵌套方式

．在此种方式下，中断优先级按IR0～IR7顺序进行排队，只允许中断级别高的中断源去中断级别低的中断服务程序，但不能相反。

．这是82C59A最常用的方式。

若在对82C59A进行初始化以后，没有设置其他优先级方式，则自动按此方式工作。

（2）特殊全嵌套方式

．与全嵌套方式基本相同

．当执行某一级中断服务程序时，可响应同级的中断请求

．特殊全嵌套方式用于多片级联

（3）优先级自动循环方式

．优先级顺序不是固定不变的，一个设备得到中断服务后其优先级自动降为最低。

．其初始的优先级顺序规定为IR0，IR1，IR2，...IR7。

．该方式用于系统中多个中断源优先级相等的场合。

（4）优先级特殊循环方式

这种方式与优先级自动循环方式惟一的区别是，其初始的优先级顺序不是固定IR0为最高，然后开始循环，而是由程序指定IR0～IR7中任意一个为最高优先级，然后再按顺序自动循环，决定优先级。

5．结束中断的处理方式

（1）自动中断结束方式

．在中断服务程序中，中断返回之前，不需要发出中断结束命令就会自动清除该中断源所对应的ISR位

．在CPU发出第2个

信号时，82C59A即自动清除ISR中的对应位

．用于多个中断源不会产生嵌套的系统中

．不需要发EOC结束命令

（2）非自动中断结束方式

在中断服务程序返回之前，必须发出中断结束命令才能使ISR中的当前服务位清除：

．不指定中断源结束命令，即设置操作命令字OCW2＝00100000B。

．指定中断结束命令，即设置OCW2＝00100L2L1L0，其中的最低3位L2L1L0的编码，表示被指定要结束的中断。

7.2.5命令字和初始化编程

82C59A的输入输出端口地址：

1．初始化命令字

4个初始化命令字ICW1～ICW4:

（1）中断请求触发方式的设置及芯片数量选择的命令字（ICW1）

．A0＝0

．D4＝1

．D3（LTIM），设定中断请求信号的触发方式。

D3＝1为电平触发，D3＝0为边沿触发

．D2，在8086/8088系统中无意义，总是为0

．D1，单片使用或级联使用。

D1＝1表示单片82C59A，D1＝0表示多片级联

．D0，指出初始化程序中是否需要ICW4。

D0＝1表示需要ICW4

例【7-1】

板书例子

（2）设置中断类型码高5位的初始化命令字（ICW2）

．中断响应总线周期向CPU提供的8位中断类型码。

．高5位T7～T3是由用户通过编程确定

．低3位，由82C59A内部电路自动产生，分别对应于8个中断源的中断请求信号IR0～IR7的编号，即IR0为000，IR1为001，……，IR7为111

．ICW2的格式--------------A0=1

（3）标识主片／从片初始化命令字（ICW3）

只有当系统中有多片82C59A级联时才需要设置ICW3

A0=1

主片ICW3格式：

举例解释

从片ICW3的格式：

举例解释

（4）方式控制初始化命令字（ICW4）

．当ICW1中的D0＝1时，初始化82C59A时才需要写入ICW4

．ICW4也是写入奇地址

．ICW4的格式：

．D7～D5，ICW4的标志位，这3位为0。

．D4（SFNM），SFNM＝1，当前82C59A工作于特殊全嵌套方式；SFNM=0，表示当前82C59A工作于普通全嵌套方式。

．D3（BUF），设置82C59A与系统的连接方式。

D3=1，表示采用缓冲方式。

．D2（M／

），级联方式设置：

当M／

=1时，表示该片为主片，M／

＝0时，表示该片为从片。

．D1（AEOI），中断结束方式设置位。

当AEOI＝l，82C59A设置为中断自动结束方式。

．D0（PM），PM＝1，表示当前82C59A用于8位机以上的系统；PM＝0，表示当前所在系统为8位机系统。

2．82C59A初始化编程逻辑

82C59A进入正常工作之前，系统必须对每个82C59A进行初始化设置。

初始化是通过编程将初始化命令字按顺序写入82C59A的端口实现的，82C59A的初始化流程：

例【7-2】某8086微机系统中有一片82C59A，中断请求信号为电平触发，中断类型码为40H～47H，中断优先级管理采用普通全嵌套方式，中断结束方式采用自动结束方式，系统中未使用数据缓冲器，系统分配给82C59A的端口地址为20H和21H，试对该82C59A进行初始化编程。

解：

单片82C59A

不需要ICW3

非缓冲方式

/

接+5V

对82C59A的初始化程序如下：

MOVAL，00011011B；设置ICW1初始化命令字

OUT20H，AL；将ICW1输出到偶地址端口

MOVAL，01000000B；ICW2中断类型号基值

OUT21H，AL；将ICW2送入奇地址端口

MOVAL，00000011B；ICW4

OUT21H，AL；将ICW4送入奇地址瑞口

3．操作命令字OCW

操作命令字是在82C59A工作过程中，根据某些操作要求，要改变82C59A的工作状态，对其进行控制的操作命令

（1）中断屏蔽操作命令字OCWl

OCWl用来实现对中断源的屏蔽功能，OCWl的内容被直接置入IMR屏蔽寄存器，其格式如下：

（2）优先级循环方式和中断结束方式操作命令字OCW2

OCW2有两个功能：

设置中断结束方式和优先级循环方式，要求写入偶地址端口，其格式如下图：

．D7（R），用于规定中断优先级是否设置为循环方式。

D7＝1，为优先权循环方式；D7＝0，为非循环方式。

．D6（SL），用于规定OCW2中的L2L1L0是否有效。

D6＝l，表示D2～D0（L2L1L0）有效；D6＝0，表示无效。

．D5（EOI），中断结束命令位。

D5＝1，使中断服务寄存器中的对应位复位。

如前所述，如果ICW4中D1（AEOI）位为l，表示中断采用自动结束方式。

在中断自动结束方式下，当CPU第2个

负脉冲结束时，中断服务寄存器ISR中相应位会自动清除。

但如果AEOI为0，则ISRi位就要用EOI命令来消除。

EOI命令是通过OCW2中的D5位设置的。

．D4、D3，D4D3＝00，OCW2的标志位。

．D2～D0（L2L1L0），有两个用途：

当OCW2给出特殊的中断结束命令时（即EOI=1，SL=1，R=0），L2、L1和L0指出具体应清除中断服务寄存器中的哪一位；当OCW2给出特殊的优先级循环方式命令时（即EOI＝0，SL＝1，R＝1），L2、L1和L0指出循环开始时哪个中断的优先级最低

．下表归纳了对D7～D5位在各种编码下OCW2完成的功能

教材中将2写成1，两处错

举例解释：

（3）特殊屏蔽方式和中断查询方式操作命令OCW3

了解内容

OCW3有3个功能：

设置和撤消特殊屏蔽方式

设置中断查询方式

设置读出ISR或IRR寄存器的内容

OCW3的格式：

（1）用OCW3设置和撤消特殊屏蔽方式

（2）OCW3的中断查询功能

7.3习题

主要习题：

1．什么是中断向量?

中断向量位于存储器中的什么位置?

2．什么是中断类型码?

什么是中断响应周期?

3．8086CPU有哪几种中断?

简要说明8086中断的特点?

4．简述8086可屏蔽中断的响应过程。

5．82C59A芯片初始化的流程如何?

6．某一8086CPU系统中，采用一片82C59A进行中断管理。

设定82C59A工作在普通全嵌套方式，发送EOI命令结束中断，采用边沿触发方式请求中断，IR0对应的中断向量码为90H。

另外，82C59A在系统中的I/O地址是300H（A0＝0）和301H（A0＝1）。

请编写82C59A的初始化程序段。