第7章微型计算机中断系统-课件1.ppt
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- 微型计算机 中断 系统 课件
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1、7.1.1 7.1.1 中断及中断源中断及中断源7.1.2 7.1.2 中断系统的功能中断系统的功能7.1.3 7.1.3 中断处理过程中断处理过程7.1.4 7.1.4 中断判别的方法中断判别的方法1.1.中断中断:在CPU正常运行程序时,由于内部事件内部事件、外部事件外部事件或由程由程序预先安排的事件序预先安排的事件所引起的CPU暂时停止正在运行的程序,而转去执行请求CPU服务的内部/外部事件或预先安排事件的服务程序,待服务程序处理完毕后又返回去继续执行被暂停的程序。2.2.中断源中断源 :发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。常见的中断源有:常见的中断源有:(1)故障中断
2、,如电源掉电、内存奇偶错等;(2)软件中断,如CPU执行某些指令或操作引起的中断等;(3)输入输出设备中断,如打印机、CRT、磁盘等;(4)实时时钟,如定时器提供的实时信号等。3.3.中断识别:中断识别:即找出是哪一个中断源发出的中断请求。中断识别的目的是要形成该中断源的中断服务程序的入口地址,以便CPU将此地址置入 CS:IP寄存器,从而实现程序的转移。7.1.1 中断及中断源此 结束 中断系统中断系统是指实现中断功能的软硬件的统称。是指实现中断功能的软硬件的统称。中断系统的功能:中断系统的功能:1.正确识别中断请求,实现中断响应、中断处理及中断返回。2.实现中断优先级排队。3.实现中断嵌套
3、。7.1.2 中断系统的功能 结束中断请求中断请求中断判优中断判优中断响应中断响应中断处理中断处理中断返回中断返回7.1.37.1.3中断处理过程中断处理过程图图 中断处理过程中断处理过程-1-1判优逻辑进行优先排队判优逻辑进行优先排队中断源提出中断请求中断源提出中断请求CPUCPU执行完当前指令执行完当前指令CPUCPU取下一条指令取下一条指令中断请求信号有效?中断请求信号有效?CPUCPU允许中断否允许中断否?CPUCPU关闭中断关闭中断保护程序断点保护程序断点找出中断源,形成中断服务程序找出中断源,形成中断服务程序入口地址,并转向中断服务程序入口地址,并转向中断服务程序中断请求中断请求中
4、断判优中断判优中断响应中断响应7.1.37.1.3中断处理过程中断处理过程保护现场保护现场 执行中断服务程序执行中断服务程序恢复现场恢复现场CPUCPU开放中断开放中断 返回原程序断点处返回原程序断点处中断处理中断处理中断返回中断返回图图 中断处理过程中断处理过程-2-27.1.3中断处理过程 结束开中断开中断关中断关中断软件查询判优软件查询判优链式电路判优链式电路判优专用硬件方式专用硬件方式中断的多级嵌套中断的多级嵌套图图 软件查询判优电路软件查询判优电路IRQ0IRQ1IRQ2IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ71 并行输入接口 INTRD0D7 CPU中断请求寄存器1软件查询判优软件
5、查询判优断点保护断点保护IRQIRQ0 0?IRQIRQ1 1?IRQIRQ7 7?中断返回中断返回中断源中断源0 0的中断服务程序的中断服务程序中断源中断源1 1的中断服务程序的中断服务程序中断源中断源7 7的中断服务程序的中断服务程序N NN NN NY YY YY Y图图 软件查询程序流程图软件查询程序流程图CPUINTAINTR1 A1B1I/O7I/O接口接口接口接口1 1 1 1 1 1 1 1 图图 链式优先权排队电路链式优先权排队电路0I/O接口接口 在微型机中普遍使用一种可编程的中断控制器(如在微型机中普遍使用一种可编程的中断控制器(如Intel 8259AIntel 825
6、9A)实现中断优先级的管理。)实现中断优先级的管理。请求请求中断响应中断响应中断响应中断响应请求请求中断返回中断返回中断返回中断返回低级低级中断中断服务服务程序程序高级高级中断中断服务服务程序程序图图 两级中断嵌套的示意图两级中断嵌套的示意图 一个中断请求尚未处理完,又转而处理新的中断请求,称为中断的多级嵌套或称为多级中断。7.1.4 中断判别的方法 7.1 中断的基本概念 结束7.2.1 80867.2.1 8086的中断类型的中断类型7.2.2 7.2.2 中断向量和中断向量表中断向量和中断向量表7.2.3 7.2.3 中断向量的装入中断向量的装入7.2.4 80867.2.4 8086的
7、中断响应过程的中断响应过程外部中断:外部中断:由外部硬件请求产生的中断,所以又称为硬件中断。内部中断:内部中断:由指令的执行或者软件对标志寄存器中某个标志的设置产生的中断,所以又称为软件中断。NMIINTR中断逻辑中断逻辑软件中断指令软件中断指令溢出中断溢出中断除法错除法错单步中断单步中断非屏蔽中断请求非屏蔽中断请求中断控中断控制器制器8259APIC8086/8088CPU8086/8088CPU内部逻辑内部逻辑断点中断断点中断n43012可屏蔽中断请求可屏蔽中断请求(1 1)非屏蔽中断)非屏蔽中断NMINMI。用户不能用软件屏蔽的中断。(2 2)可屏蔽中断)可屏蔽中断INTRINTR。80
8、86的INTR中断请求信号来自中断控制器8259A,是电平触发方式,高电平有效。(1 1)专用中断:)专用中断:在中断向量表中,类型号04中除了类型号2的NMI非屏蔽中断外,其余均为专用的软件中断,它们通常是由某个标志位引起的中断。0型中断除法出错中断。1型中断单步中断(TF=1)。3型中断断点中断(INT 3)。4型中断溢出中断(INTO指令,条件:OF=1)(2 2)指令中断:)指令中断:INT n指令,其类型号就是给定的n。7.2.1 8086的中断类型 结束中断向量:中断向量:中断服务程序的入口地址。组成:共4个字节,段地址及偏移地址(CS:IP)。中断向量表:中断向量表:把系统中所有
9、的中断向量集中起来放到存储器的某一区域内,这个存放中断向量的存储区就叫中断向量表或中断服务程序入口地址表。中断类型号:中断类型号:中断向量表的每一个向量的序号就是中断类型号,共共256256个中断类型个中断类型。中断向量地址:中断向量地址:中断向量在表中的位置称为中断向量地址。中断向量地址中断类型号中断向量地址中断类型号4 4类型类型0中断入口(除法出错)中断入口(除法出错)类型类型1中断入口(单步中断)中断入口(单步中断)类型类型2中断入口(中断入口(NMI)类型类型3中断入口(断点中断)中断入口(断点中断)类型类型4中断入口(溢出中断)中断入口(溢出中断)类型类型5中断入口中断入口类型类型
10、31中断入口中断入口类型类型32中断入口中断入口类型类型255中断入口中断入口IPCSIPCSIPCS00000400800C01001407C0803FC专专用用中中断断系系统统备备用用供供用用户户使使用用偏移地址段地址中断类型号中断类型号n n与其对应的中断向量存放起始地址之间的关系:与其对应的中断向量存放起始地址之间的关系:起始地址=4n;末地址=4n+3即中断向量在4n4n+3指示的内存单元中。例:例:假设在实地址方假设在实地址方式下,内存式下,内存0014000140H H到到0014700147H H中存放的数据中存放的数据如右图所示,求如右图所示,求5151H H号号中断的中断服
11、务程序中断的中断服务程序入口地址。入口地址。(1 1)求中断向量存放的首地址和末地址)求中断向量存放的首地址和末地址 由中断类型号51H可知中断向量存放的首地址51H4=144H(左移两位方法)末地址51H4+3=147H(2 2)从首末地址对应的从首末地址对应的4 4个单元找出中断向量个单元找出中断向量,即 00144H到00147H中内容就是51H号中断的中断向量 对照中断向量组成及格式中断向量组成及格式可知 段地址=4540H,偏移地址=3430H,所以中断服务程序入口地址为 段地址16+偏移地址=45400H+3430H=48830H7.2.2 中断向量和中断向量表 结束 中断向量在开
12、机上电时,由程序装入内存指定的中断向量表中。系统配置和使用的中断所对应的中断向量由系统软件负责装入。若系统中(如单板机)未配置系统软件,就要由用户自行装入中断向量。例:将中断服务程序的入口地址直接写入中断向量表(假例:将中断服务程序的入口地址直接写入中断向量表(假设中断向量号为设中断向量号为60H60H,中断服务程序的段基址是,中断服务程序的段基址是SEG_INTRSEG_INTR,偏移地址是偏移地址是OFFSET_INTROFFSET_INTR)。)。MOV AXMOV AX,00H00HMOV ESMOV ES,AXAXMOV BXMOV BX,60H60H*4 4;中断号;中断号4BX4
13、BXMOV AXMOV AX,OFFSET_INTROFFSET_INTR;中断服务程序偏移值;中断服务程序偏移值AXAXMOV ESMOV ES:BXBX,AXAX;装入偏移地址;装入偏移地址MOV AXMOV AX,SEG_INTRSEG_INTR;中断服务程序的段基址;中断服务程序的段基址AXAXMOV ESMOV ES:BX+2BX+2,AXAX;装入段基址;装入段基址 7.2.3 中断向量的装入 结束1 1内部中断响应过程内部中断响应过程2 2外部中断响应过外部中断响应过过程:过程:(1)将类型号乘4,计算出中断向量的地址;(2)CPU的标志寄存器入栈,以保护各个标志位,此操作类似于
14、PUSHF指令。(3)清除IF和TF标志,屏蔽新的INTR中断和单步中断。(4)保存断点,即把断点处的IP和CS值压入堆栈,先压入CS值,再压入IP值。(5)根据第一步计算出来的地址从中断向量表中取出中断服务程序的入口地址(段和偏移),分别送至CS和IP中。(6)转入中断服务程序执行。特点:特点:中断由CPU内部引起,中断类型号的获得与外部无关,CPU不需要执行中断响应周期中断响应周期去获得中断类型号。除单步中断外,内部中断无法用软件禁止,不受中断允许标志IF的影响。内部中断何时发生是可以预测的,这有点类似于子程序调用。(1 1)非屏蔽中断响应:)非屏蔽中断响应:NMI中断不受IF标志的影响,
15、也不用外部接口给出中断类型号,CPU响应NMI中断时也没有中断响应周期中断响应周期。(2 2)可屏蔽中断响应:)可屏蔽中断响应:当INTR信号有效时,如果中断允许标志IF1,则CPU就在当前指令执行完毕后,产生两个连续的中断响应总线周期中断响应总线周期。CLKALELOCKINTAD7D0 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 第一个总线第一个总线 周期周期INTA第二个总线第二个总线 周期周期INTA中断中断类型号类型号图图 8086对对INTR的中断响应时序的中断响应时序(1)处理器接到中断申请,处理完当前指令即进入响应周期进入响应周期。(2)第二阶段即中断响应周期中断响应周期,
16、在其间CPU向外部中断控制器发送两个响应脉冲信号INTA。第一个响应脉冲通知中断控制器,已经响应外部中断请求,让中断控制器提供中断类型号。第二个响应脉冲,CPU取走中断类型号。(3)将标志寄存器中的内容压入堆栈保护将标志寄存器中的内容压入堆栈保护,然后清IF和TF标志,以禁止INTR引脚以及陷井和单步中断。(4)将断点地址压入堆栈将断点地址压入堆栈(CS:EIP或CS:IP)。断点地址:指中断时CPU待执行的下一条指令对应的逻辑地址。顺序:先压入断点地址CS,后压入偏移地址EIP(或IP)。(5)CPU得到中断类型号码n后,通过中断类型号与中断服务程序入口地址的关系找出该类型对应的段基地址和偏
17、移地址,从而转入中断服务转入中断服务程序入口地址程序入口地址。完成中断响应任务。1保护现场 保护现场实质:将重要信息压入堆栈。2开中断 目的:开放所有可屏蔽中断,以允许高级中断嵌套。3执行中断服务程序 中断服务程序主体-中断的目的。4关中断 目的:关中断以确保可靠有效地恢复现场。5恢复现场 恢复现场实质:将原来压入堆栈中的内容弹出来。中断服务程序的最后一条指令都无一例外地使用中断返中断返回指令回指令IRETIRET。中断返回的目的:中断返回的目的:使原来在中断响应过程中压入堆栈中的断点地址和标志寄存器中的内容,依次从堆栈中弹出,以便继续执行原来的程序。7.2.4 8086的中断响应过程 7.2
18、 8086的中断结构 结束82598259简介:简介:(1 1)8 8位可编程中断控制器,又称优先级控制器位可编程中断控制器,又称优先级控制器(2 2)处理)处理8 8级向量优先级中断级向量优先级中断(3 3)具有单一)具有单一+5V+5V供电供电(4 4)8259A8259A芯片级联组成强大的中断管理系统(多至芯片级联组成强大的中断管理系统(多至6464级外部中断)。级外部中断)。(5 5)优先级方式可编程)优先级方式可编程内部结构及工作原理内部结构及工作原理内部结构及工作原理内部结构及工作原理数据总线缓冲器数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是一个三数据总线缓冲器是一个三态、双向的态、双向的8
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