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第 7 章

第 7 章. 第 7 章：教学重点. 教学重点 8088 CPU 的中断系统 内部中断服务程序的编写 中断控制器 8259A 的作用. 7.1 概述. 中断是微处理器与外部设备交换信息的一种方式。 程序中断 ( 定义 ) 中断处理程序 中断是提高计算机工作效率的一种手段，能较好的发挥处理器的能力 中断技术对实时微机控制系统来说特别有效 中断技术也广泛用来进行应急事件的处理. 7.1 概述. 微处理器中常用的 3 种中断技术： 单线中断 多级中断 矢量中断. 7.1 概述. 单线中断技术

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  1. 第 7 章

  2. 第7章：教学重点 教学重点 • 8088 CPU的中断系统 • 内部中断服务程序的编写 • 中断控制器8259A的作用

  3. 7.1 概述 • 中断是微处理器与外部设备交换信息的一种方式。 • 程序中断(定义) • 中断处理程序 • 中断是提高计算机工作效率的一种手段，能较好的发挥处理器的能力 • 中断技术对实时微机控制系统来说特别有效 • 中断技术也广泛用来进行应急事件的处理

  4. 7.1 概述 • 微处理器中常用的3种中断技术： • 单线中断 • 多级中断 • 矢量中断

  5. 7.1 概述 • 单线中断技术 • 多个外设的中断请求必须用“或”逻辑连接在一起，共同接到微处理器的一条中断请求线上。 • 需解决的问题 • 中断源的识别 • 中断请求的优先权排队问题 • 中断的多级嵌套 • 多级中断技术 • 微处理器有几条优先级别不同的中断请求线，若每一个中断源都对应一条请求线，则发生中断时，微处理器就能识别中断源及其优先级别 • 特点：响应速度快，结构简单，但受引脚数的限制

  6. 7.1 概述 • 矢量中断技术 • 由每个中断源向CPU提供中断源的设备标志码，将程序转向相应中断源设备的中断处理程序，或中断源提供中断处理程序的入口地址 • 由于矢量中断不需要查询中断源，故中断处理速度较快

  7. 7.1 概述 • 异常 • 是在指令执行期间检测到的不正常的非法的状态，使指令不能成功执行。它与所执行的指令有直接的联系 • 异常的发生源于微处理器的内部，且总是与微处理器操作同步（中断是外部） • 例如：指令执行期间检测到段异常或页异常 • 处理器对中断和异常的处理通常在两条指令之间进行

  8. 7.1 概述 • 8088/386/486的中断系统采用向量中断机制，每个中断或异常都有它自己的中断矢量 • 中断矢量用8位二进制表示，能够处理256个中断 • 用中断向量号0 ~ 255区别 • 可屏蔽中断还需要借助专用中断控制器Intel 8259A实现优先权管理

  9. 7.2 中断 • 中断由异步的外部事件引起。外部设备根据其自身需要，使用微处理器芯片上特定的引脚，把实时中断请求信号传送给微处理器。 • 中断分类 • 可屏蔽中断 • 非屏蔽中断

  10. 第7章： ⑴可屏蔽中断 • 外部通过可屏蔽中断请求信号向微处理器提出的中断，微处理器在允许可屏蔽中断的条件下，在当前指令执行结束予以响应，同时输出可屏蔽中断响应信号，这个中断就是可屏蔽中断 • 8088的可屏蔽中断请求和响应信号分别是INTR和INTA*；由IF标志控制可屏蔽中断是否允许响应；向量号来自外部中断控制器 • 8088通常需要配合中断控制器8259A共同处理可屏蔽中断 • 可屏蔽中断主要用于主机与外设交换数据

  11. 第7章： ⑵ 非屏蔽中断 • 通过非屏蔽中断请求信号向微处理器提出的中断请求，微处理器无法禁止，将在当前指令执行结束予以响应，这个中断被称为非屏蔽中断 • 8088的非屏蔽中断的向量号为2，非屏蔽中断请求信号为NMI • 非屏蔽中断主要用于处理系统的意外或故障。例如： • 电源调电前的数据保护 • 存储器读写错误的处理

  12. 7.3 异常 • 异常分类 • 故障（Fault） • 引起该故障的程序可被恢复执行的异常，它也是在引起故障的指令执行之前就报告给系统的一种异常 • 陷阱（Trap） • 是在指令执行期间被检测到的，并在引起异常的指令执行之后向系统报告的一种异常 • 中断（Abort） • 是微处理器面临严重错误时产生的异常。

  13. 7.3 异常 • 异常错误码 • 产生异常时，为了帮助系统分析问题，微处理器在异常处理程序的栈中压入一个错误码，对于一些无错误信息的异常，压入错误码0 • 错误码格式—略 • 处理器定义的异常 • 是80X86处理器中保留自用的异常，共16个 • 异常0、1、3、4 较重要，其他了解即可

  14. 非屏蔽中断源 可屏蔽中断源 NMI 8259A 中断 控制器 IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7 CPU INTR 中断逻辑 外 设 中 断 源 INTA INT N 指令 INTO 指令 除法 错误 单步 中断 第7章 补充 • 内部中断 • 除法错中断 • 指令中断 • 溢出中断 • 单步中断 • 外部中断 • 非屏蔽中断 • 可屏蔽中断

  15. 第7章：1. 内部中断 • 内部中断是由于8088内部执行程序出现异常引起的程序中断 • 利用内部中断，微处理器为用户提供了发现、调试并解决程序执行时异常情况的有效途径 • 例如，ROM-BIOS和DOS系统利用内部中断为程序员提供了各种功能调用

  16. 第7章：⑴ 除法错中断 • 在执行除法指令时，若除数为0或商超过了寄存器所能表达的范围，则产生一个向量号为0的内部中断，称为除法错中断 例如： mov bl,0 idiv bl ；除数BL＝0，产生除法错中断 mov ax,200h mov bl,1 div bl ；商＝200H，不能用AL表达 ；产生除法错中断

  17. 第7章：⑵ 指令中断 • 在执行中断调用指令INT n时产生的一个向量号为n（0 ~ 255）的内部中断，称为指令中断 • 其中向量号为3的指令中断比较特别（生成一个字节的指令代码：11001100），常用于程序调试，被称为断点中断 例如：DEBUG.EXE调试程序的运行命令G设置的断点，就是利用INT 3指令实现的

  18. 第7章：⑶ 溢出中断 • 在执行溢出中断指令INTO时，若溢出标志OF为1，则产生一个向量号为4的内部中断，被称为溢出中断 例如： mov ax,2000h add ax, 7000h ；2000H＋7000H＝9000H，溢出：OF＝1 into ；因为OF＝1，所以产生溢出中断

  19. 第7章：⑷ 单步中断 • 若单步中断TF为1，则在每条指令执行结束后产生一个向量号为1的内部中断，称为单步中断 例如：DEBUG.EXE调试程序的单步命令T就利用单步中断实现对程序的单步调试

  20. 第7章：2. 外部中断 • 外部中断是由于8088外部提出中断请求引起的程序中断 • 利用外部中断，微机系统可以实时响应外部设备的数据传送请求，能够及时处理外部意外或紧急事件 • 外部中断的原因是处理器外部随机产生的，所以是真正的中断（Interrupt） • 内部中断的原因是处理器执行程序出现异常，所以经常被称为异常（Exception）

  21. 7.4 中断及异常的暂时屏蔽 • IF＝0：可屏蔽中断不会被响应 • 关中断、禁止中断、中断屏蔽 • 系统复位，使IF＝0 • 任何一个中断被响应，使IF＝0 • 执行指令CLI，使IF＝0 • IF＝1：可屏蔽中断会被响应 • 开中断、允许中断、中断开放 • 执行指令STI，使IF＝1 • 执行指令IRET恢复原IF状态 • RF=1，屏蔽排错故障 • 其他 明 确 IF 标 志 的 状 态 是 关 键

  22. 7.5 中断及异常的优先级

  23. 7.6 实方式下的中断 • 中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址） • 逻辑地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位） • 每个中断向量的低字是偏移地址、高字是段地址，需占用4个字节 • 8088微处理器从物理地址000H开始，依次安排各个中断向量，向量号也从0开始 • 256个中断占用1KB区域，就形成中断向量表 向量号为N的中断向量的物理地址＝N×4

  24. 可屏蔽中断的相应和处理过程

  25. 中断处理流程图

  26. 补充：内部中断服务程序 • 编写内部中断服务程序与编写子程序类似 • 利用过程定义伪指令PROC/ENDP • 第1条指令通常为开中断指令STI • 最后用中断返回指令IRET • 通常采用寄存器传递参数 • 主程序需要调用中断服务程序 • 调用前，需要设置中断向量 • 设置必要的入口参数 • 利用INT n指令调用中断服务程序 • 处理出口参数

  27. 例7.1 内部中断服务程序 • 编写80H号中断服务程序，并调用 • 功能：具有显示以“0”结尾字符串的功能，利用显示器功能调用INT 10H实现字符显示 • 字符串缓冲区首地址为入口参数： DS:DX（段地址：偏移地址）传递参数

  28. 第7章：例7.1的数据段 ；数据段 intoff dw ? ；用于保存偏移地址 intseg dw ? ；用于保存段基地址 intmsg db ‘A Instruction Interrupt !’, 0dh,0ah,0 回车、换行 以“0”结尾

  29. 第7章：例7.1的获取原中断向量 ；代码段 mov ax,3580h ；利用DOS功能35H号 int 21h ；获取原80H中断向量 mov intoff,bx ；保存偏移地址 mov intseg,es ；保存段基地址 获取中断向量（DOS功能调用INT 21H） 功能号：AH＝35H 入口参数：AL＝中断向量号 出口参数：ES:BX＝中断向量（段地址：偏移地址）

  30. 第7章：例7.1的设置新中断向量 push ds mov dx,offset new80h ；取中断程序偏移地址 mov ax,seg new80h ；取中断程序段地址 mov ds,ax mov ax,2580h int 21h pop ds 设置中断向量（DOS功能调用INT 21H） 功能号：AH＝25H 入口参数：AL＝中断向量号 DS:DX＝中断向量（段地址：偏移地址）

  31. 程序功能 第7章：例7.1的中断调用 ；设置入口参数： DS＝段地址（已设置） DX＝偏移地址 mov dx,offset intmsg int 80h；调用80H中断服务程序 A Instruction Interrupt !

  32. 第7章：例7.1的主程序返回 mov dx,intoff；恢复原中断向量 mov ax,intseg mov ds,ax；改变DS mov ax,2580h int 21h；因紧接着返回DOS mov ax,4c00h；故无需恢复DS int 21h 设置中断向量（DOS功能调用INT 21H） 功能号：AH＝25H 入口参数：AL＝中断向量号 DS:DX＝中断向量（段地址：偏移地址）

  33. 第7章：例7.1的中断服务程序（1） ；80H号内部中断服务程序： ；显示字符串（以“0”结尾） ；入口参数：DS:DX＝缓冲器首地址 new80h proc ；过程定义 sti；开中断 push ax ；保护寄存器 push bx push si

  34. 第7章：例7.1的中断服务程序（2） mov si,dx new1: mov al,[si] ；读取欲一个显示字符 cmp al,0；为结尾“0”，则结束 jz new2 mov bx,0；采用ROM-BIOS功能调用 mov ah,0eh ；bl内容为前景色 int 10h inc si；准备显示下一个字符 jmp new1

  35. 程序功能 第7章：例7.1的中断服务程序（3） new2: pop si ；恢复寄存器 pop bx pop ax iret；中断返回 new80h endp ；过程（中断服务程序）结束 A Instruction Interrupt !

  36. 7.8 中断优先级管理器8259A PIC • Intel 8259A是可编程中断控制器PIC • 用于管理Intel 8080/8085、8086/8088、80286/80386的可屏蔽中断 • 8259A的基本功能 • 一片8259A可以管理8级中断，可扩展至64级 • 每一级中断都可单独被屏蔽或允许 • 在中断响应周期，可提供相应的中断向量号 • 8259A设计有多种工作方式，可通过编程选择

  37. INTA 控制逻辑 INT D7~D0 数据 总线 缓冲器 RD 中断服务寄存器 优先权判别电路 中断请求寄存器 IR0 WR 读/写 控制 逻辑 A0 CS IR7 CAS0 级联 缓冲器 比较器 CSA1 CAS2 中断屏蔽寄存器 SP/EN 第7章： 7.3.1 8259A的内部结构

  38. 8259A引脚图

  39. 第7章：8259A的内部寄存器 • 中断请求寄存器IRR • 保存8条外界中断请求信号IR0～IR7的请求状态 • Di位为1表示IRi引脚有中断请求；为0表示无请求 • 中断服务寄存器ISR • 保存正在被8259A服务着的中断状态 • Di位为1表示IRi中断正在服务中；为0表示没有被服务 • 中断屏蔽寄存器IMR • 保存对中断请求信号IR的屏蔽状态 • Di位为1表示IRi中断被屏蔽（禁止）；为0表示允许

  40. 8259A的内部寄存器 • 优先权判别器PR • 根据CPU发来的命令字定义和修改IRR中各中断源的优先级别 • 多个中断源同时请求中断时，可根据各中断源的优先级别判断并选择出最高的优先级别，进而判断该优先权是否高于正在处理的中断 • 若当前申请中断的最高优先权高于正在处理的中断级，则向CPU发出中断请求信号

  41. 7.8.2 8259A的编程 • 8259A的中断操作能很强，包括中断的请求、屏蔽、排队、结束、级联以及提供中断类型号和查询等操作，并且其操作的方式也有不同。它既能实现向量中断，又能进行查询中断，它可用于16位机，也可用于8位机。 • 对8259A编程分两步： • 在系统加电和复位后，用初始化命令对8259A芯片进行初始化编程 • 在操作阶段，用操作命令字对8259A进行操作过程编程，即实现对8259A的状态、中断方式和中断响应次序等的管理

  42. 7.8.2 8259A的编程—初始化命令字及其编程 • ICW1命令字--中断请求触发方式 • 8259A为了判断有无外部设备提出中断请求，设有两种检测方法供选择：电平触发和边沿触发。 • 电平触发方式 • 在IR输入线上检测出一个高电平，并且在第一个INTA* 脉冲到来之后可维持高电平，就认为有外设提出中断请求，并使IRR相应位持续置1。电平触发方式提供了重复产生的中断，用于需要连续执行子程序直到中断请求IR变低为止的情况。应注意及时撤除高电平。 • 边沿触发方式 • 当在IR输入端检测到由低到高的上跳变时，且高电平保持到第一个INTA* 到来之后，8259A就认为有中断请求。

  43. 初始化命令字及其编程 • ICW1的格式如下： 其中：D4位为ICW1的特征位，必须为“1”。D3位决定电平触发方式（LTIM）：D3＝1，为电平触发；D3＝0，为边沿触发。 D1位决定单片使用（SNGL）：D1=1，为单片使用；D1=0，为多片级联方式。 D0位决定是否需要初始命令字ICW4配合，（对8088／8086一般都需使用ICW4），D0=1， 需要ICW4；D0＝0，不需要ICW4。 　　 其他位只对8位微机（8085）有效，故写0。

  44. 初始化命令字及其编程 例如，若8259A采用电平触发，单片使用，需要ICW4，则程序段为： MOV AL，1BH 　；ICW1的内容00011011B OUT 20H，AL　　；写入ICW1端口（A0＝0） 8259A的命令字/状态字读写条件

  45. 初始化命令字及其编程 • ICW2命令字—中断类型号设定 • 8259A提供给CPU的中断类型号是一个8位代码，是通过初始化命令ICW2提供的。但由于ICW2的低3位被8位机占用，因此只有高5位是在初始化编程时，通过命令字ICW2写入的，它的低3位是由中断请求线IRi的二进制编码（如IR4的编码为100）决定，并且是在第一个INTA到来时，将这个编码写入低3位的。ICW2的格式如下：　　

  46. 初始化命令字及其编程 • 例如，在PC系列中断系统中，硬盘中断类型号的高5位是08H，它的中断请求线连到 8259A的IR5上，在向ICW2写入中断类型号时，只写中断类型号的高5位（08H），低3位可以取0： MOV AL，08H　　；ICW2的内容（中断类型号高5位） OUT 21H，AL　　；写入ICW2的端口（A。=1） 　　当CPU响应硬盘中断请求时，8259A把IR5的编码101作为低3位构成一个完整的8位中断类型号0DH(00001101B)，经数据总线发送给CPU。 　　可见，外部硬中断中断源的中断号（8位代码）是由两部分构成的，即高5位（ICW2）＋低3位（IRi的编码）。

  47. 初始化命令字及其编程 • ICW3命令字--中断级联方式的设定

  48. 初始化命令字及其编程 • ICW3对主控芯片和从控芯片要分开写，其格式分别为： 若主控输入端IRi上联接从控，则Si＝1；否则，Si =0。例如，上页图中主控的IR3和IR6的两个输入端分别联接了从控A与B。故：　　主控ICW3的值＝01001000B＝48H MOVAL，48H　　；ICW3（主）内容 OUT21H，AL 　　；写入ICW3端口（A0＝1）

  49. 初始化命令字及其编程 3位从控标志码可有8种编码，表示从控的中断请求线INT被联到主控的哪一个输入端IRi。 　　例如，图中从控A和B的请求线INT分别联到主控的IR3和IR6，故： 　　从控A的ICW3的内容=00000011B=03H 　　从控B的ICW3的内容=00000110B=06H MOV AL，03H　　；ICW3（从片A）内容 OUT 0A1H，AL ；写入ICW3（从片A）端口（A0=1）

  50. 0 0 0 SFNM BUF M/S AEOI uPM 初始化命令字及其编程 • ICW4命令字--特殊完全嵌套方式的设定 • 只有ICW1中的IC4=1，才需设置ICW4，其格式如下： SFNM:置“1”表示特殊全嵌套方式. 否则是正常全嵌套方式. BUF:置“1”表示采用缓冲方式.SP/EN作为输出. 否则是非缓冲方式.SP/EN为输入.接高电平. M/S:当工作在缓冲方式下,该位置“1”是主片. AEOI:置“1”表示中断自动结束.第二个INTA脉冲. 否则中断正常结束.在处理程序中用命令字. uPM:置“1”表示8259A工作于8086/8088模式. 否则工作于8086/8085模式.

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