微机原理与接口技术徐惠民第8章.ppt
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1、微机原理与接口技术,第八章 中断系统,8.1 中断的基本概念,8.1.1 什么是中断 中断是CPU和外部设备交换数据的一种方式。 当CPU正常运行程序时,用户通过某种方式向CPU请求为自己服务,CPU接收请求暂时中断正在运行的程序,转去执行直接为用户服务的服务程序,执行完毕后再返回被中断的程序。这一过程被称为中断。 中断可以提高CPU与外设交换数据的效率。,8.1 中断的基本概念,8.1.2 中断源 能够导致CPU产生中断的来源就是中断源。 对于CPU来说,中断源有两类:硬中断源和软中断源。 硬中断也称为外中断,是由外部的电路在CPU的引脚上产生的中断请求。 软中断是在CPU执行程序过程中产生
2、的中断请求。可以是一条软中断指令,也可以是因为程序运行出现某种问题而导致的软中断。,8.1 中断的基本概念,CPU中断源的示意图:既有硬中断,也有软中断。,另外,要注意CPU的硬中断源与实际的外中断源之间的区别。对于CPU来说,硬中断源就是相应引脚上的中断请求信号;而实际的外中断源是产生这些信号的器件或设备。即实际的外在中断源产生相应的中断信号而形成了硬中断源。,8.1 中断的基本概念,8.1.3 开中断和关中断 不同的中断源又可以分为条件中断和无条件中断(一般的软件中断) 。 对于条件中断,要求CPU必须处于某种条件下,才可以响应中断。如果CPU处于可以响应条件中断的状态,称为开中断状态(I
3、F=1)。如果CPU处于不可以响应条件中断的状态,称为关中断状态(IF=0)。,8.1 中断的基本概念,8.1.4 中断优先级 由于CPU存在多个中断源,多个中断源可能同时向CPU申请中断。为了能够有序的处理多个中断申请,所以要有中断优先级的规定。 如果CPU在执行中断服务程序时,又接受了新的中断申请,就会打断正在执行的中断服务程序,为新的中断源服务。这种在中断服务过程中,又接受新的中断申请并为之服务的情况,称为中断嵌套。有了中断优先级可以使得中断嵌套有序的进行。,8.1 中断的基本概念,1. 软件查询实现中断优先级排队,所有的中断申请接到一个或门电路,无论有一个或者几个中断申请都会在或门的输
4、出向CPU申请中断。同时,各中断输入接到一个锁存器。CPU在响应中断后,从数据总线读入锁存器的内容,并按照中断源的优先级从高到低进行查询,这样即可以实现高优先级的申请首先得到响应。,8.1 中断的基本概念,软件查询中断排队的服务程序流程图 注意:这是CPU响应中断后调用的中断服务程序的流程图。 响应程序如下: PORT-R是锁存器地址 IN AL , PORT-R CLC RCL AL , 1 JC INTSO1 A1: RCL AL , 1 JC INTSO2 A2: INTSO1: JMP A1 INTSO2: JMP A2 ,上述程序实际上是一个程序段,而不是一个子程序。子程序可以通过R
5、ET指令返回;而从程序段返回到跳转点,要有转移指令。,8.1 中断的基本概念,2. 硬件电路实现中断源排队:硬件优先权排队电路可以有多种形式,下图所示是一种接口的方式。,运行步骤:1、外中断源向CPU申请中断; (通过一个或门来完成) 2、CPU给出中断应答信号; (高电平有效) 3、排队电路将选择最高级别的中断,产生相应的三态锁存器的选通信号,将存放在锁存器中的中断源标志传送到CPU的数据总线;4、CPU读入中断源的标志,调用相应的中断服务程序。,8.1 中断的基本概念,软硬件查询中断排队的特点,8.1 中断的基本概念,8.1.5 中断向量表 中断向量表是系统RAM或者系统ROM的一个区域。
6、向量表的大小取决于CPU支持的中断类型和数量。 中断向量表存放中断服务程序的入口地址(向量中断的中断向量表),或者是跳转到中断服务程序入口的指令(指令型的中断向量表)。 中断向量表用来解决中断和中断服务程序的关联,在中断系统中具有非常重要的作用。,8.1 中断的基本概念,指令型的中断向量表:这种向量表一般位于系统的ROM区域,ROM单元中存放的是转移指令;向量表为每个中断保留了4个字节的空间,足够存放一条转移指令;每一种类型的中断,对应固定的ROM地址;CPU在响应某种中断时,自动地将指令指针调整到中断向量表的相应地址,执行该地址单元中的转移指令,跳到相应的中断服务程序;这种中断向量表和其他程
7、序代码一起固化到ROM存储器的,固化后再修改中断服务程序的入口地址就比较困难。,8.1 中断的基本概念,向量中断的中断向量表:这种向量表一般位于系统的RAM区域,向量表中存放的是中断向量,即中断服务程序的入口地址;表中的中断类型号相当于在硬件优先权电路中的中断源标识;中断类型号也需要在CPU响应中断时传送到CPU的数据总线;由于这种向量表存放在系统RAM区,可随时修改,所以这种向量表使用比较灵活;即使是同一个中断类型号,也可以有若干个不同的中断服务程序,并根据需要来选用。,8.1.6 中断过程 中断是一个过程,中断过程中有一些必须完成的工作要做,这些事情有的是用户做的,有的是CPU做的;对于不
8、同的CPU来说,这样的分工并不都是相同的;在此主要说明8086/8088CPU中断过程中必须要做的事情: 1、中断申请:除了软中断外,中断申请是外部设备向CPU发送的中断请求信号。信号可以是电平也可是脉冲,若请求信号和CPU的要求不一致,用户可以通过接口电路来解决。 2、中断判优:对中断源判优。若当前没有中断服务进行,则任何级别的中断申请均可交给CPU处理,否则只有更高级别的中断申请被CPU受理,进入中断响应。 3、中断响应:CPU收到中断请求后,进入中断响应阶段。中断可分为无条件中断和条件中断。对于无条件中断,CPU是一定响应的。外部中断一般都是有条件的,要针对具体的CPU确定需要什么条件。
9、若中断条件和优先权都没有问题,就正式进入中断响应。 CPU在中断响应时,必须要做的事情包括: 保存断点地址:自动完成,可堆栈保存也可保存在其他寄存器(由CPU类型决定)。 将指令指针指向中断服务程序的入口,开始执行中断服务程序(利用中断向量表)。 4、中断服务:即执行中断服务程序。 5、中断返回,8.2 8086中断系统,8.2.1 8086的中断源 8086系统可以处理256个不同的中断,对于每个中断,都会分配一个中断类型号。中断类型号的取值是从0255,或者是从00HFFH。 8086处理的中断分为两类:软中断和硬中断。硬中断又分为两类:非屏蔽中断和可屏蔽中断。非屏蔽中断就是无条件中断,可
10、屏蔽中断就是条件中断。非屏蔽中断请求从NMI引脚输入,可屏蔽中断的请求从INTR引脚输入。 8086的软中断是通过指令“INT n”来引发的。其实软中断并不是真正意义上的中断,它实际上就是一个子程序,它不可屏蔽。 INT n指令是双字节指令,其中一个字节是存放中断类型号n。n的取值是0255 (00HFFH)。 系统规定了中断类型号04的专门用途,这些中断类型号的使用有各自的特点,其余的中断类型号既可以分配给软中断使用,也可以分配给可屏蔽中断使用。,8.2 8086中断系统,8086规定的特殊中断类型号04的中断及其用途,8.2 8086中断系统,8086的中断源 :所有中断源中只有可屏蔽中断
11、是条件中断,必须在CPU开中断状态下才可以响应。通过“STI”或“CLI”指令分别使IF置1或置0来完成开关中断。,8.2 8086中断系统,8086中断源的优先级 由于8086存在多个中断源,这些中断源之间必须有优先级的差别,以便在几个中断源同时申请中断时,先响应高优先级的中断源。 8086中断源的优先级是固定的: 除法溢出中断INT n INTO NMIINTR 单步中断(最低) 8086本身不处理外中断源的优先级问题,外中断源的优先级问题由中断接口电路来处理。,8.2 8086中断系统,8.2.2 可屏蔽中断的中断周期 8086在响应可屏蔽中断时要进入中断响应周期。中断响应周期需要两个总
12、线周期 ,共8个T状态。 可屏蔽中断的接口电路,要在收到第一个 应答信号后,立即向CPU传送相应外设的中断类型号。,对于8086其他类型的中断,不进入中断响应周期,也不需要外设传送中断类型号。,8.2 8086中断系统,8.2.3 8086的中断向量表 8086的中断向量表位于存储器的03FFH地址,共1024字节。 8086的中断向量表采用的是向量中断,中断向量表中存放的是中断向量,也就是中断服务程序的入口地址。1024个字节用来存放256个中断服务程序的入口地址。每个中断号分配4个字节。低地址2个字节是中断入口的IP(偏移地址),高地址的两个字节是中断入口的CS(段地址) 。 如果已知中断
13、类型号n,在地址从n4开始的2个字节读出n号中断服务程序入口的偏移地址,在地址从n4+2开始的2个字节读出n号中断服务程序入口的段地址。 从中断向量表读出中断矢量是CPU的工作,将中断服务程序的入口地址写入中断向量表则是用户的事。写入中断向量表常用的两种方法: 1、直接写入法。 2、利用DOS功能调用写、读中断向量表。,8.2 8086中断系统,利用DOS功能调用写、读中断向量表。 DOS功能调用25H用来写中断向量表。入口参数是: AL:中断类型号; DS:中断服务程序入口的段地址; DX:中断服务程序入口的偏移地址。 DOS功能调用35H用来读中断向量表,入口、出口参数如下: AL:中断类
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