中断系统和中断控制器8259A课件.ppt
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- 中断 系统 控制器 8259 课件
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1、第八章第八章 中断系统和中断系统和DMADMAl8.1 中断系统概述中断系统概述l8.2 中断控制器中断控制器8259A8.1 中断系统概述中断系统概述l中断、中断源中断、中断源l中断处理过程中断处理过程l中断优先级中断优先级8.1.1 中断及中断源中断及中断源l中断的概念中断的概念中断中断:CPU收到外部请求时停止当前任务,收到外部请求时停止当前任务,转而执行外设任务,完成后继续执行被打转而执行外设任务,完成后继续执行被打断的任务断的任务中断及中断源中断及中断源中断源中断源:引起中断的事件引起中断的事件断点断点:主程序被打断的位置主程序被打断的位置中断服务程序中断服务程序:中断源的响应和处理
2、函数中断源的响应和处理函数断点断点中断源中断源中断服务程序中断服务程序中断源中断源中断的用途中断的用途l响应外部事件响应外部事件:掉电,除零,报警等:掉电,除零,报警等l实时多任务调度实时多任务调度:加快响应速度:加快响应速度lCPU与外设并行处理与外设并行处理:提高:提高CPU利用率利用率l分时系统基础分时系统基础:时钟中断驱动的操作系统:时钟中断驱动的操作系统8.1.2 中断处理过程中断处理过程l中断请求中断请求l优先级判别优先级判别l中断响应中断响应l保存现场保存现场 l中断服务中断服务l恢复现场恢复现场l中断返回中断返回1.中断请求中断请求概念概念:外部设备需要:外部设备需要CPU资源
3、时,产生一个中资源时,产生一个中断信号发送到断信号发送到CPU的中断输入引脚。的中断输入引脚。原理原理:每个中断源对应一个中断请求标志位,:每个中断源对应一个中断请求标志位,由中断请求寄存器锁存。中断请求信号需要保由中断请求寄存器锁存。中断请求信号需要保持到持到CPU对其进行中断响应后才能撤销。对其进行中断响应后才能撤销。2.优先级判别优先级判别多个中断源同时发起中断请求时,多个中断源同时发起中断请求时,CPU需要需要对多个中断源的优先级进行判断,响应对多个中断源的优先级进行判断,响应最紧最紧急急的中断请求。的中断请求。中断源的优先级需要根据中断源的紧迫性、中断源的优先级需要根据中断源的紧迫性
4、、重要性以及外设处理速度等进行综合考虑重要性以及外设处理速度等进行综合考虑不可屏蔽中断发生,优先响应不可屏蔽中断。不可屏蔽中断发生,优先响应不可屏蔽中断。3.中断响应中断响应l对于内部中断,对于内部中断,CPU通过判断中断源自动跳通过判断中断源自动跳转到相应的转到相应的中断服务程序入口地址中断服务程序入口地址,执行中,执行中断服务子程序。断服务子程序。l对于外部中断,对于外部中断,CPU判断标志位判断标志位IF,若,若CPU允许响应外部中断(允许响应外部中断(IF=1),向发出中断请),向发出中断请求的外设返回一个求的外设返回一个中断应答信号中断应答信号,否则,否则CPU不响应该中断请求。不响
5、应该中断请求。4.保存现场保存现场lCPU响应中断,首先需要响应中断,首先需要禁止禁止CPU响应中响应中断信号断信号,并保存中断返回地址以及其它可,并保存中断返回地址以及其它可能被破坏的寄存器能被破坏的寄存器l8086/8088 CPU的基本中断现场保护需要的基本中断现场保护需要将将CS寄存器和寄存器和IP寄存器寄存器压入堆栈压入堆栈5.执行中断执行中断lCPU通过通过中断号中断号确定进入哪个中断处理确定进入哪个中断处理l进入中断处理程序,进入中断处理程序,可以允许可以允许CPU响应其响应其它中断它中断l8086/8088处理器通过装入处理器通过装入CS和和IP寄存器寄存器实现中断服务程序跳转
6、实现中断服务程序跳转6.恢复现场恢复现场lCPU关闭中断响应关闭中断响应 l将保存在堆栈中的所有寄存器内容弹出,将保存在堆栈中的所有寄存器内容弹出,恢复到中断前的寄存器原值恢复到中断前的寄存器原值7.返回返回l8086/8088处理器通过处理器通过IRET指令指令从中断状态从中断状态返回。返回。lIRET指令将自动恢复先前保存的指令将自动恢复先前保存的IP和和CS值值以及标志寄存器以及标志寄存器FR或或EFR的值,从而跳转到的值,从而跳转到主程序断点地址。主程序断点地址。l返回之后,返回之后,CPU自动打开中断自动打开中断允许响应其它允许响应其它中断请求。中断请求。8.1.3 中断的优先级中断
7、的优先级l原因原因:中断处理的重要程度和时延要求不同:中断处理的重要程度和时延要求不同l含义含义:按照中断源的重要程度为每个中断源分:按照中断源的重要程度为每个中断源分配不同的优先级,并以优先级大小进行排序,配不同的优先级,并以优先级大小进行排序,确定多个中断源请求时对不同中断源的服务次确定多个中断源请求时对不同中断源的服务次序,称之为序,称之为中断优先级中断优先级。l工作原理:工作原理:多个中断源同时向多个中断源同时向CPU请求中断时,请求中断时,选择当前选择当前优先级最高优先级最高的中断进行处理。的中断进行处理。l规则规则:优先级可以是固定的,也可以动态调整:优先级可以是固定的,也可以动态
8、调整8.2 中断控制器中断控制器8259A l 8259A的主要功能的主要功能l 8259A的结构及引脚功能的结构及引脚功能l 8259A的工作方式的工作方式l 8259A的初始化命令字的初始化命令字l 8259A的初始化编程的初始化编程1.8259A的主要功能的主要功能l中断控制器的功能:中断控制器的功能:在多个中端源的系统中,在多个中端源的系统中,接收外部中断请求并判断,选择优先级最高接收外部中断请求并判断,选择优先级最高的外部中断请求,向的外部中断请求,向CPU发起中断请求信号。发起中断请求信号。l使用中断控制器的原因使用中断控制器的原因:CPU的中断管脚太少(的中断管脚太少(8086/
9、8088两根中断管脚:两根中断管脚:INTR和和NMI););中断控制方式比较单一(屏蔽、优先级管理、嵌中断控制方式比较单一(屏蔽、优先级管理、嵌套等)套等)1.8259A的主要功能的主要功能l每片每片8259A可管理可管理8级级优先权中断源,通过级联,优先权中断源,通过级联,最多可管理最多可管理64级级优先权的中断源。优先权的中断源。l对任何一级中断源都可单独进行屏蔽。对任何一级中断源都可单独进行屏蔽。l向向CPU提供可编程的标识码(中断号),为不能提供可编程的标识码(中断号),为不能提供中断号的外设提供中断管理。提供中断号的外设提供中断管理。l具有五种中断优先权管理方式:完全嵌套方式、自具
10、有五种中断优先权管理方式:完全嵌套方式、自动循环方式、特殊循环方式、特殊屏蔽方式和查询动循环方式、特殊循环方式、特殊屏蔽方式和查询方式方式l可编程,提高中断优先管理的灵活性。可编程,提高中断优先管理的灵活性。2.8259A外部结构外部结构 V C C A 0 I N T A I R 7 I R 6 I R 5 I R 4 I R 3 I R 2 I R 1 I R 0 I N T S P/E N C A S 2 C S WR R D D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 C A S 0 C A S 1 G N D 1 8 2 5 9 A 2 8 2 2 7 3 2 6
11、 4 2 5 5 2 4 6 2 3 7 2 2 8 2 1 9 2 0 1 0 1 9 1 1 1 8 1 2 1 7 1 3 1 6 1 4 1 5 8259A8259A的内部结构的内部结构 8259A8259A的内部结构框图的内部结构框图控 制 逻 辑数据总线缓冲器读/写控制电路级联缓冲/比较器中 断服 务寄存器(ISR)优先权判 决电 路中断请求寄存器(IRR)中断屏蔽寄存器(IMR)IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7D7D0RDWRCS0ACAS0CAS1CAS2EN/SPINTAINT 其内部各组成模块有如下功能:其内部各组成模块有如下功能:(1 1)中断请求寄存器中
12、断请求寄存器IRRIRR 8259A 8259A有有8 8条外部中断请求输入信号线条外部中断请求输入信号线IRIR0 0-IRIR7 7,每一条请求线上有一个相应的触发器来保,每一条请求线上有一个相应的触发器来保存请求信号,当存请求信号,当第第i i个个IRIR端有中断请求端有中断请求时,时,IRRIRR中的中的相应位置相应位置“1”1”;当中断请求响应时,;当中断请求响应时,IRRIRR中的相应位置中的相应位置“0”0”。(2)中断屏蔽寄存器)中断屏蔽寄存器IMR IMR(Interrupt Mask Register)用来存用来存放屏蔽位信息,放屏蔽位信息,IMR的的每一位可以禁止每一位可
13、以禁止IRR中对应位的中断请求输入信号进入中对应位的中断请求输入信号进入。如果。如果屏蔽优先权级别较高的中断请求输入时,屏蔽优先权级别较高的中断请求输入时,不会影响到优先级较低的中断请求输入。不会影响到优先级较低的中断请求输入。(3)优先权判决电路)优先权判决电路 它在中断响应期间,根据控制逻辑规定的它在中断响应期间,根据控制逻辑规定的优先权级别和中断屏蔽寄存器优先权级别和中断屏蔽寄存器IMR的内容,的内容,把中断请求寄存器把中断请求寄存器IRR中允许中断的优先权中允许中断的优先权最最高的中断请求位送入中断服务寄存器高的中断请求位送入中断服务寄存器ISR。(4)中断服务寄存器中断服务寄存器IS
14、RISR ISR ISR存放存放当前当前正在进行服务的所有中正在进行服务的所有中断。断。ISRISR中相应位的置位是由中相应位的置位是由优先权判决优先权判决电路电路根据根据IRRIRR中各请求位的优先权级别和中各请求位的优先权级别和IMRIMR中屏蔽位的状态,将中断的最高优先中屏蔽位的状态,将中断的最高优先级请求位选通到级请求位选通到ISRISR中。中。(5)控制逻辑控制逻辑 当有未被屏蔽的高级别的中断请求时,当有未被屏蔽的高级别的中断请求时,通过控制逻辑输出高电平的通过控制逻辑输出高电平的INT信号,向信号,向CPU申请中断。申请中断。当当CPU允许中断时,发出中断响应信号允许中断时,发出中
15、断响应信号INTA。在中断响应期间,它允许。在中断响应期间,它允许ISR的相应的相应位置位,并发送相应的位置位,并发送相应的中断向量中断向量,通过数据,通过数据总线缓冲器输出到总线上。总线缓冲器输出到总线上。(6)数据总线缓冲器数据总线缓冲器 这是这是8 8位双向三态缓冲器,用作位双向三态缓冲器,用作8259A8259A与数据总线与数据总线的接口,传输命令控制字、状态字和中断向量。的接口,传输命令控制字、状态字和中断向量。(7 7)读)读/写控制电路写控制电路 该部件接收来自该部件接收来自CPUCPU的读的读/写命令,实现对写命令,实现对8259A8259A的的读读/写操作。写操作。(8 8)
16、级联缓冲器)级联缓冲器/比较器比较器 它们实现它们实现8259A8259A芯片之间的级联,使得中断源可以芯片之间的级联,使得中断源可以由由8 8级扩展至级扩展至6464级。级。3.8259A3.8259A的主要工作方式的主要工作方式(1)(1)中断触发方式中断触发方式 按照引入中断请求的方式,按照引入中断请求的方式,8259A8259A有下列几种工作方式:有下列几种工作方式:11边沿触发方式边沿触发方式l 8259A8259A将中断请求输入端出现的上升沿,作为中断请求将中断请求输入端出现的上升沿,作为中断请求信号,上升沿后信号,上升沿后 相应引脚,可以一直保持高电平。相应引脚,可以一直保持高电
17、平。22电平触发方式电平触发方式l 8259A8259A将中断请求输入端出现的高电平作为中断请求将中断请求输入端出现的高电平作为中断请求信号,在这种方式下,必须注意:中断响应之后,高信号,在这种方式下,必须注意:中断响应之后,高电平必须及时撤除,否则,在电平必须及时撤除,否则,在CPUCPU响应中断,开中断响应中断,开中断之后,会引起第二次不应该有的中断。之后,会引起第二次不应该有的中断。(2)(2)系统总线的连接方式系统总线的连接方式l当当8259A8259A以级联方式用在一个大的系统下时,就以级联方式用在一个大的系统下时,就要求对数据总线进行驱动缓冲。要求对数据总线进行驱动缓冲。系统总线的
18、连接系统总线的连接方式方式就是用来设定系统总线与就是用来设定系统总线与8259A8259A数据总线之数据总线之间是否需要进行缓冲。间是否需要进行缓冲。11非缓冲方式非缓冲方式 22缓冲方式缓冲方式(3)(3)中断源的屏蔽方式中断源的屏蔽方式11普通屏蔽方式普通屏蔽方式l8259A8259A的每个中断请求输入,都要受到屏蔽寄的每个中断请求输入,都要受到屏蔽寄存器中相应位的控制。若相应位为存器中相应位的控制。若相应位为“1”1”,则,则中断请求不能送中断请求不能送CPUCPU。屏蔽是通过对屏蔽寄存。屏蔽是通过对屏蔽寄存器器IMRIMR的编程,来加以设置和改变的。的编程,来加以设置和改变的。22特殊
19、屏蔽方式特殊屏蔽方式l有些场合下,临时改变中断优先级顺序,有些场合下,临时改变中断优先级顺序,允许级别低的事件中断级别高的事件,允许级别低的事件中断级别高的事件,引入了对中断的特殊屏蔽方式。引入了对中断的特殊屏蔽方式。l需要编程设置特殊屏蔽方式需要编程设置特殊屏蔽方式(4)(4)优先权的管理方式优先权的管理方式1 1 普通全嵌套方式普通全嵌套方式l这是这是8259A8259A默认的优先权设置方式,在全默认的优先权设置方式,在全嵌套方式下,嵌套方式下,8259A8259A所管理的所管理的8 8级中断优级中断优先权是固定不变的,其中先权是固定不变的,其中IRIR0 0的中断优先的中断优先级最高,级
20、最高,IRIR7 7的中断优先级最低。的中断优先级最低。22特殊全嵌套方式特殊全嵌套方式l特殊全嵌套方式与特殊全嵌套方式与全嵌套方式基本相同全嵌套方式基本相同,所不,所不同的是,当同的是,当CPUCPU处理某一级中断时,如果有处理某一级中断时,如果有同级同级中断请求中断请求,那么,那么CPUCPU也会作出响应,从而形成了也会作出响应,从而形成了对对同一级中断的特殊嵌套。同一级中断的特殊嵌套。l特殊全嵌套方式通常应用在有特殊全嵌套方式通常应用在有8259A8259A级连级连的系统的系统中。中。33优先级自动循环方式优先级自动循环方式l即一个中断源的中断请求被响应之后,其即一个中断源的中断请求被响
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