输入输出和中断技术

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1、Ch.7 输 入 输 出 和 中 断 技 术n 本 章 内 容n 基 本 概 念n I/O端 口 的 编 址n 输 入 输 出 的 基 本 方 法 ： 无 条 件 、 查 询 、 中 断 、 DMAn 中 断 n 中 断 基 本 概 念n 8086/8088中 断 系 统n 8259中 断 控 制 器 *n DMA*n DMA的 基 本 概 念n DMA工 作 过 程 n DMA的 三 种 传 输 方 式 7.1 输 入 /输 出 接 口 （ I/O接 口 ）n 7.1.1 概 述n什么是I/O接口？把 外 设 连 接 到 总 线 上 的 一 组 逻 辑 电 路 的 总 称 。 实 现 外 设

2、 与 主 机 之间 的 信 息 交 换 。 n I/O接 口 的 功 能 n 数 据 的 寄 存 和 缓 冲 功 能n 缓 解 接 口 与 CPU工 作 速 度 的 差 异n 对 外 设 的 控 制 和 检 测 功 能n 对 外 设 进 行 选 择n 信 号 电 平 与 类 型 的 转 换 （ 信 号 兼 容 ）n 形 式 、 格 式 、 电 平 、 功 率 、 码 制 等 n 7.1.2 端 口 的 编 址 方 式n I/O端 口 ： I/O信 息 的 三 种 类 型 ： 数 据 、 控 制 、 状 态 。 传 送 这 三 类信 息 的 通 道 分 别 称 为 ： 数 据 端 口 (I、 O

3、)、 控 制 端 口 (O)、状 态 端 口 (I)。 n 不 同 外 设 具 有 的 端 口 数 各 不 相 同 ， 计 算 机 中 为 每 一 个 端口 都 赋 予 一 个 惟 一 编 号 称 为 端 口 地 址 (或 端 口 号 )。n 端 口 有 两 种 编 址 方 式 ： 统 一 编 址 和 独 立 编 址 。 n 1. 统 一 编 址n 把 外 设 接 口 与 内 存 统 一 进 行编 址 。 各 占 据 统 一 地 址 空 间的 不 同 部 分 。n 优 点 n 指 令 统 一 ， 灵 活 ；n 访 问 控 制 信 号 统 一 ， 使 用 同 一组 的 地 址 /控 制 信 号

4、。 n 缺 点n 内 存 可 用 地 址 空 间 减 小 0 地 址 空 间 (共 1MB)内 存 地 址(960KB)I/O地 址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H n 2. 独 立 编 址n 外 设 地 址 空 间 和 内 存 地 址 空 间 相 互 独 立 。n 优 点 ： 内 存 地 址 空 间 不 受 I/O编 址 的 影 响n 缺 点 ： I/O指 令 功 能 较 弱 ， 使 用 不 同 的 读 写 控 制 信 号00000H内 存 地 址 空 间 内 存 空 间 (1MB) I/O空 间(64KB)FFFFHFFFFFH I/O地 址 空 间0000H n 7.1.

5、3 I/O端 口 地 址 的 译 码 （ 地 址 +控 制 信 号 ）n 片 间 寻 址 ： n 高 位 地 址 +控 制 信 号 =CS*n 片 内 寻 址 ：n 地 位 地 址 连 接 到 芯 片 n 7.1.4 I/O数 据 的 传 送 方 式n 并 行n 一 个 数 据 单 位 (通 常 为 字 节 )的 各 位 同 时 传 送n 速 度 快 、 距 离 短 、 成 本 高 n 例 ： PC机 的 并 行 接 口 (通 常 用 于 连 接 打 印 机 )n 串 行n 数 据 按 位 进 行 传 送n 速 度 慢 、 距 离 远 、 成 本 低n 例 ： PC机 的 串 行 接 口 (通

6、 常 用 于 串 行 通 信 ) n 7.2.1 接 口 电 路 的 基 本 结 构7.2 简 单 接 口 电 路 数 据 线控 制 线状 态 线DBCBAB 数 据 输 入 寄 存 器（ or 三 态 门 ）数 据 输 出 寄 存 器（ 锁 存 器 ）状 态 寄 存 器（ or 三 态 门 ）命 令 寄 存 器译 码电 路控 制逻 辑 接外设接主机 n 数 据 输 入 /输 出 寄 存 器 暂 存 输 入 /输 出 的 数 据n 命 令 寄 存 器 存 放 控 制 命 令 ， 用 来 设 定 接 口 功 能 、工 作 参 数 和 工 作 方 式 。 n 状 态 寄 存 器 保 存 外 设 当

7、 前 状 态 ， 以 供 CPU读 取 。 简 单 接 口 电 路n 数 据 输 入 接 口n 必 须 具 有 三 态 输 出 能 力 ， 以 便 与 总 线 挂 接n 外 设 有 数 据 保 持 能 力 时 可 用 三 态 门 实 现n 外 设 无 数 据 保 持 能 力 时 用 三 态 输 出 的 锁 存 器 实现n 数 据 输 出 接 口 n 常 用 锁 存 器 实 现 7.3 I/O设 备 数 据 传 送 控 制 方 式 n 程 序 控 制 传 送 方 式n 无 条 件 传 送n 查 询 式 传 送n 中 断 方 式 传 送n 直 接 存 储 器 存 取 (DMA, Direct Me

8、mory Access，无 需 CPU参 与 ) n IOP方 式 （ 输 入 输 出 处 理 机 ） 7.3.1 无 条 件 传 送 方 式n 适 用 于 总 是 处 于 准 备 好 状 态 的 外 设n 以 下 外 设 可 采 用 无 条 件 传 送 方 式 ：n 开 关n 发 光 器 件 (如 发 光 二 极 管 、 7段 数 码 管 、 灯 泡 等 )n 继 电 器 n 步 进 电 机n 优 点 ： 软 件 及 接 口 硬 件 简 单n 缺 点 ： 只 适 用 于 简 单 外 设 ， 适 应 范 围 较 窄 7.3.2 查 询 传 送 方 式n 适 用 于 外 设 并 不 总 是 准

9、备 好 ， 而 且 对 传 送 速率 、 传 送 效 率 要 求 不 高 的 场 合 。n CPU在 与 外 设 交 换 数 据 前 必 须 询 问 外 设 状态 “你 准 备 好 没 有 ？ ”n 对 外 设 的 要 求 ： 应 提 供 设 备 状 态 信 息n 对 接 口 的 要 求 ： 需 要 提 供 状 态 端 口n 优 点 ： 软 件 比 较 简 单 n 缺 点 ： CPU效 率 低 ， 数 据 传 送 的 实 时 性 差 ， 速 度 较 慢 7.3.3 中 断 传 送 方 式n CPU无 需 循 环 查 询 外 设 状 态 ， 而 是 外 部 设 备在 需 要 进 行 数 据 传

10、送 时 才 中 断 CPU正 在 进 行的 工 作 ， 让 CPU来 为 其 服 务 。 即 CPU在 没 有外 设 请 求 时 可 以 去 做 更 重 要 的 事 情 ， 有 请 求时 才 去 传 输 数 据 ， 从 而 大 大 提 高 了 CPU的 利用 率 。n 优 点 ： CPU效 率 高 ， 实 时 性 好 ， 速 度 快 。 n 缺 点 ： 程 序 编 制 较 为 复 杂 。 7.3.4 DMA传 输 n 前 面 三 种 I/O方 式 都 需 要 CPU作 为 中 介 ： 外 设 CPU 内 存 两 个 含 义 ：1） 软 件 ： 外 设 与 内 存 之 间 的 数 据 传 送 是

11、 通 过 CPU执 行 程 序 来 完 成 的（ PIO方 式 ） ；2） 硬 件 ： I/O接 口 和 存 储 器 的 读 写 控 制 信 号 、 地 址 信 号 都 是 由 CPU发出 的 （ 总 线 由 CPU控 制 ） 。 n 缺 点 ： 程 序 的 执 行 速 度 限 定 了 传 送 的 最 大 速度 （ 约 为 几 十 KB/秒 ） 解 决 ： DMA传 输 n DMA传 输 : 外 设 内 存n 外 设 直 接 与 存 储 器 进 行 数 据 交 换 ， CPU不 再 担 当 数 据 传 输 的 中 介 者 ； n 总 线 由 DMA控 制 器 （ DMAC） 进 行 控 制 （

12、 CPU要 放 弃 总 线 控 制 权 ） ，内 存 /外 设 的 地 址 和 读 写 控 制 信 号 均 由 DMAC提 供 。n 优 点 ： 数 据 传 输 由 DMA硬 件 来 控 制 ， 数 据 直接 在 内 存 和 外 设 之 间 交 换 ， 可 以 达 到 很 高 的传 输 速 率 （ 可 达 几 MB/秒 ） DMA传 送 原 理 示 意 图 系 统 总 线CPU DMAC 存 储 器外 设 接 口AEN IOW MEMW MEMRIORMEMW MEMR IOW IORAENHOLDHLDA DRQDACK AEN IOW IORMEMW MEMR 外 设 发 出 DMA请 求

13、 DMAC向 CPU申 请 总 线 CPU完 成 当 前 总 线 周 期 后 响 应 ， 并 释 放 总 线 控 制 权 DMAC得 到 总 线 控 制 权 ， 并 发 出 DMA响 应 信 号 由 DMAC发 出 各 种 控 制 信 号 ， 控 制 外 设 与 存 储 器 之 间 的 数 据 传 送 数 据 传 送 完 后 ， DMAC撤 销 HOLD信 号 CPU释 放 HLDA信 号 ， 并 重 新 控 制 总 线 nDMA控 制 器 的 工 作 过 程1） 当 外 设 准 备 好 ， 可 以 进 行 DMA传 送 时 ， 外 设 向DMA控 制 器 发 出 “ DMA传 送 请 求 ”

14、 信 号 （ DRQ）； 2） DMA控 制 器 收 到 请 求 后 ， 向 CPU发 出 “ 总 线请 求 ” 信 号 HOLD， 表 示 希 望 占 用 总 线 ；3） CPU在 完 成 当 前 总 线 周 期 后 会 立 即 对 HOLD信号 进 行 响 应 。 响 应 包 括 两 个 动 作 ： 一 是 CPU将 数 据总 线 、 地 址 总 线 和 相 应 的 控 制 信 号 线 均 置 为 高 阻 态， 由 此 放 弃 对 总 线 的 控 制 权 。 另 一 方 面 ， CPU向DMA控 制 器 发 出 “ 总 线 响 应 ” 信 号 （ HLDA） 。4） DMA控 制 器 收

15、到 HLDA信 号 后 ， 就 开 始 控 制 总线 ， 并 向 外 设 发 出 DMA响 应 信 号 DACK； nDMA控 制 器 的 工 作 过 程 （ 续 ）5） DMA控 制 器 送 出 地 址 信 号 和 相 应 的 控 制 信 号 ，实 现 外 设 与 内 存 或 内 存 与 内 存 之 间 的 直 接 数 据 传 送 ；例 如 ， 向 I/O接 口 发 出 读 信 号 ， 同 时 往 地 址 总 线 上 发出 存 储 器 的 地 址 和 存 储 器 写 信 号 和 AEN信 号 ， 即 可 从外 设 向 内 存 传 送 一 个 字 节 。6） DMA控 制 器 自 动 修 改

16、地 址 和 字 节 计 数 器 ， 并 判断 是 否 需 要 重 复 传 送 操 作 。 当 规 定 的 数 据 传 送 完 后 ，DMA控 制 器 就 撤 销 发 往 CPU的 HOLD信 号 。 CPU检测 到 HOLD失 效 后 ， 紧 接 着 撤 销 HLDA信 号 ， 并 在 下一 时 钟 周 期 重 新 开 始 控 制 总 线 。 n DMA的 三 种 传 输 方 式 :n 连 续 传 送 （ 块 传 送 ）n DMAC申 请 到 总 线 后 ， 将 一 块 数 据 传 送 完 后 才 释 放 总线 ， 而 不 管 中 间 DREQ是 否 有 效 。n 单 次 传 送 （ 每 次

17、传 送 一 个 字 节 ） n 每 个 DMA周 期 只 传 送 一 个 字 节 就 立 即 释 放 总 线 。n 按 需 传 送 （ 猝 发 传 送 ）n 只 要 I/O接 口 的 数 据 缓 冲 可 用 ， 就 进 行 传 送 。 (注 ： I/O接 口 需 要 有 一 定 大 小 的 FIFO缓 冲 ) YN允 许 DMADMA请 求 ？DMAC请 求 总 线CPU响 应 , DMAC获 总 线 控 制 权DMA传 送 一 个 字 节块 结 束 ？地 址 增 量 ， 计 数 器 减 量 DMAC释 放 总 线Yn 数 据 块 传 送 N N YN允 许 DMADMAC请 求 总 线CPU

18、响 应 , DMAC获 总 线 控 制 权DMA传 送 一 个 数 据块 结 束 ？ 释 放 总 线 至 少 一 个 总 线 周 期地 址 增 量 ， 计 数 器 减 量 DMAC释 放 总 线Y n 每 次 传 送 一 个 字 节测 试 I/O的 DREQ DMA请 求 ？ NYCPU响 应 , DMAC获 总 线 控 制 权DMA传 送 一 个 字 节块 结 束 ？ 测 试 I/O的 DREQ 有 效 ？地 址 增 量 ， 计 数 器 减 量 释 放 总 线 ， 请 求 中 断无 效 ， 释 放 总 线 允 许 DMADMA请 求 ？DMAC请 求 总 线n 按 需 传 送 YNY N 一

19、 个 总 线 周 期 TDMAC控 制 总 线 ， 共 传 送 n个 数 据DMA1 DMA2 DMAn CPU重 新 控 制 总 线CPU对 总 线 控 制连 续 传 送 TDMA共 传 送 n个 数 据DMA1 DMA2 DMAn单 次 传 送 DMA3 T 按 需 传 送 DMA传 送 k个 数 据 DMA传 送 n-k个 数 据FIFO可 用 FIFO满 FIFO可 用 FIFO满图 例 ： DMA传 输 方 式 示 意 图 : 7.4 中 断 技 术n 7.4.1 中 断 的 基 本 概 念n 什 么 是 中 断 ?n 与 生 活 场 景 的 比 较正 在 看 书电 话 铃 响接 电

20、 话 继 续 看 书 执 行 程 序事 件 发 生事 件 处 理继 续 执 行 程 序 中 断 处 理中 断 请 求 及 响 应实 际 场 景 计 算 机 中 断 返 回 中 断 的 定 义 n CPU执 行 程 序 时 ， 由 于 发 生 了 某 种 随 机的 事 件 (外 部 或 内 部 )， 引 起 CPU暂 时 中断 正 在 运 行 的 程 序 ， 转 去 执 行 一 段 特 殊的 服 务 程 序 (称 为 中 断 服 务 程 序 或 中 断 处理 程 序 )， 以 处 理 该 事 件 ， 该 事 件 处 理 完后 又 返 回 被 中 断 的 程 序 继 续 执 行 ， 这 一过 程

21、称 为 中 断 。 中 断 源n 中 断 源 引 起 CPU中 断 的 事 件 或 设 备 。 如 ：n 外 设 请 求 输 入 输 出 数 据 ， 报 告 故 障 等n 事 件 掉 电 、 硬 件 故 障 、 软 件 错 误 、 非 法 操 作 、 定 时时 间 到 等n 中 断 源 分 为 ： 外 部 中 断 、 内 部 中 断 n 内 部 中 断 ： CPU内 部 执 行 程 序 时 自 身 产 生 的 中 断n 外 部 中 断 ： CPU以 外 的 设 备 、 部 件 产 生 的 中 断n 8086/8088的 外 部 中 断 信 号 ： INTR、 NMIn INTR可 屏 蔽 中

22、断 请 求 ， 高 电 平 有 效 ， 受 IF标 志 的 控制 。 IF=1时 ， 执 行 完 当 前 指 令 后 CPU对 它 作 出 响 应 。 n NMI非 屏 蔽 中 断 请 求 ， 上 升 沿 有 效 ， 任 何 时 候 CPU都 要 响 应 此 中 断 请 求 信 号 。 为 何 计 算 机 中 要 引 入 中 断 ？n 提 高 数 据 传 输 率 ；n 避 免 了 CPU不 断 检 测 外 设 状 态 的 过 程 ， 提高 了 CPU的 利 用 率 。n 实 现 对 特 殊 事 件 的 实 时 响 应 。 如 多 任 务 系统 操 作 系 统 中 ： n 缺 页 中 断n 设

23、备 中 断n 各 类 异 常n 时 钟 等 中 断 过 程n 五 个 步 骤 ：n 中 断 请 求n 中 断 判 优 (有 时 还 要 进 行 中 断 源 识 别 )n 中 断 响 应n 中 断 服 务 n 中 断 返 回以 下 以 外 部 中 断 为 主 介 绍 这 五 个 步 骤 。 1） 中 断 请 求n 外 设 接 口 （ 中 断 源 ） 发 出 中 断 请 求 信 号 ， 送 到CPU的 INTR或 NMI引 脚 ；n 中 断 请 求 信 号 ： 边 沿 请 求 ， 电 平 请 求例 如 ， NMI为 边 沿 请 求 ， INTR为 电 平 请 求n 中 断 请 求 信 号 应 保

24、持 到 中 断 被 处 理 为 止 ；n CPU响 应 中 断 后 ， 中 断 请 求 信 号 应 及 时 撤 销 。 n 在 8086/8088系 统 中 ， 外 设 的 中 断 要 经 过 8259A可 编 程 中 断 控 制 器 (PIC)的 排 队 判 优 后 向 CPU发 出 2.1） 中 断 源 识 别n 计 算 机 中 的 中 断 源 有 很 多 ， CPU必 须 识 别 是哪 一 个 设 备 产 生 中 断 。 识 别 中 断 源 有 两 个 方法 ：n 软 件 查 询 。 将 中 断 信 号 从 数 据 总 线 读 入 ， 用 程 序进 行 判 别 。 n 中 断 矢 量 法

25、 。 由 中 断 源 提 供 中 断 类 型 号 ， CPU根据 类 型 确 定 中 断 源 。 （ 8086/8088即 采 用 此 种方 法 ） 2.2） 中 断 优 先 级 判 断n 多 个 中 断 源 产 生 中 断 ， CPU首 先 为 谁 服 务 ？中 断 优 先 级 排 队 问 题 。n 中 断 优 先 级 控 制 要 处 理 两 种 情 况 ：n对同时产生的中断： 应 首 先 处 理 优 先 级 别 较 高 的 中 断 ； 若 优 先 级 别相 同 ， 则 按 先 来 先 服 务 的 原 则 处 理 ； n对非同时产生的中断： 低 优 先 级 别 的 中 断 处 理 程 序 允

26、 许 被 高 优 先 级别 的 中 断 源 所 中 断 即 允 许 中 断 嵌 套 。n 中 断 优 先 级 的 控 制 方 法n 硬 件 判 优 链 式 判 优 、 并 行 判 优 （ 中 断 向 量 法 ）n 软 件 判 优 顺 序 查 询 中 断 请 求 ， 先 查 询 的 先 服 务 （ 即 先 查 询 的 优先 级 别 高 ）n 通 常 将 中 断 判 优 与 中 断 源 识 别 合 并 在 一 起 进 行 处 理 。n x86系 统 中 ， 这 项 任 务 由 PIC和 CPU共 同 完 成 。 INTAinCPUINTAINTR 外 设 1 外 设 2外 设 接 口 1菊 花 链

27、逻 辑 电 路 外 设 接 口 2 外 设 3外 设 接 口 3 1 菊 花 链逻 辑 电 路 菊 花 链逻 辑 电 路 IREQ IREQ IREQ中 断 确 认链 式 判 优 电 路 原 理 图 INTAin INTAin中 断 确 认 中 断 确 认 3） 中 断 响 应n 在 每 条 指 令 的 最 后 一 个 时 钟 周 期 ， CPU检 测INTR或 NMI信 号 。 若 以 下 条 件 成 立 ， 则 CPU响 应 中 断 ：n 当 前 指 令 执 行 完 。 对 INTR， 还 应 满 足 以 下 条 件 n 当 前 指 令 是 STI和 IRET， 则 下 条 指 令 也 要

28、 执 行 完 。n 当 前 指 令 带 有 LOCK、 REP等 指 令 前 缀 时 ， 则 把 它 们看 成 一 个 整 体 ， 要 求 完 整 地 执 行 完 ；n 对 INTR， CPU应 处 于 开 中 断 状 态 ， 即 IF=1；n 当 前 没 有 复 位 (RESET)和 保 持 (HOLD)信 号 。n 若 NMI和 INTR 同 时 发 生 ， 则 首 先 响 应 NMI。 3） 中 断 响 应 （ 续 ）n CPU中 断 响 应 时 ， 要 做 下 述 三 项 工 作 ：n 向 中 断 源 发 出 INTA中 断 响 应 信 号 ；n 断 点 保 护 ， 包 括 CS、 I

29、P和 PSW（ FLAGS） 。 这主 要 是 保 证 中 断 结 束 后 能 返 回 被 中 断 的 程 序 。n 获 得 中 断 服 务 程 序 首 地 址 （ 入 口 ） 。如 何 得 到 中 断 处 理 程 序 的 首 地 址 ？ n 固 定 入 口 法n 中 断 向 量 法 常 用 4） 中 断 处 理 （ 中 断 服 务 ）n 中 断 服 务 子 程 序 特 点n 为 ”远 ” 过 程 （ 类 型 为 FAR）n 要 用 IRET指 令 返 回n 中 断 服 务 子 程 序 要 做 的 工 作n 保 护 现 场 (PUSH regs) n 开 中 断 (STI) n 进 行 中 断

30、 处 理 n 恢 复 现 场 (POP regs) n 中 断 返 回 (IRET) 5） 中 断 返 回n 执 行 中 断 返 回 指 令 IRETn IRET指 令 将 使 CPU把 堆 栈 内 保 存 的 断 点 信 息 弹出 到 IP、 CS和 FLAG中 ， 保 证 被 中 断 的 程 序 从 断点 处 能 够 继 续 往 下 执 行 。IP LIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSP IPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSP IPCSFLAG进 入 中 断 服务 程 序 时 中 断 返 回 后 7.4.2 8088的 中 断 系 统 n 与 中 断 有 关 的 控 制 线

31、 为 ： NMI、 INTR、 INTA*n 8088系 统 的 中 断 源n 内 部 中 断n 除 法 溢 出 ： 类 型 号 0， 商 大 于 目 的 操 作 数 所 能 表 达 的 范 围 时 产 生 。 n 单 步 中 断 ： 类 型 号 1， TF=1时 产 生 （ 当 前 指 令 需 执 行 完 ）n 断 点 中 断 ： 类 型 号 3， 这 是 一 个 软 件 中 断 ， 即 INT 3指 令 。n 溢 出 中 断 ： 类 型 号 4， 这 是 一 个 软 件 中 断 ， 即 INTO指 令 。n 软 件 中 断 ： 即 INT n指 令 ， 类 型 号 n(0-255)。n 外

32、 部 中 断n 非 屏 蔽 中 断 NMI： 类 型 号 2， 不 可 用 软 件 屏 蔽 ， CPU必 须 响 应 它 。n 可 屏 蔽 中 断 INTR： 类 型 号 由 PIC提 供 。 IF=1时 CPU才 能 响 应 。 NMIINTR中 断 逻 辑软 件 中 断 指 令溢 出 中 断除 法 错单 步 中 断 非 屏 蔽 中 断 请 求中 断 控制 器8259APIC8086/8088CPU内 部 逻 辑断 点 中 断8086/8088中 断 源 类 型 可屏蔽中断请求n4301 2 IRQ0IRQ1 IRQ7IRQ2IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6 中 断 源 的 识 别n 808

33、8系 统 采 用 中 断 类 型 码 来 识 别 不 同 的 中断 源 ， 每 个 中 断 源 都 有 一 个 与 它 相 对 应 的 中断 类 型 码 。n 溢 出 、 断 点 、 除 法 溢 出 、 单 步 、 非 屏 蔽 中 断 的类 型 码 为 固 定 值 n 软 件 中 断 的 类 型 码 由 指 令 给 出n 可 屏 蔽 中 断 的 类 型 码 由 PIC给 出 中 断 向 量 表 （ IVT） n 存 放 各 类 中 断 的 中 断 服 务 程 序 的 入 口 地 址（ 段 和 偏 移 ） 中 断 向 量 n 表 的 地 址 位 于 内 存 的 00000H 003FFH， 大小

34、 为 1KB， 共 256个 中 断 向 量n 每 个 中 断 向 量 占 用 4 Bytes， 低 字 为 段 内 偏移 ， 高 字 为 段 基 址n 根 据 中 断 类 型 号 获 得 中 断 服 务 程 序 入 口 的 方法 : (n为 中 断 类 型 号 ) n 中 断 向 量 在 IVT中 的 存 放 地 址 4 n 中 断 向 量 表 的 初 始 化n 初 始 化 将 中 断 服 务 程 序 的 入 口 地 址 放 入向 量 表 例 ： 中 断 类 型 码 为 48H的 中 断 处 理 子 程 序 的名 字 为 int48h， 编 写 程 序 段 将 该 中 断 处 理 子程 序

35、的 入 口 地 址 放 入 向 量 表 。 中 断 向 量 表 的 初 始 化 CLI MOV AX， 0 MOV DS， AX MOV SI， 48H*4 MOV AX， OFFSET int48h MOV SI， AX MOV AX， SEG int48h MOV SI+2， AX STI 8086/8088 CPU的 中 断 响 应 过 程 n 内 部 中 断 响 应 过 程 n 无 INTA*周 期n 中 断 类 型 码 固 定 或 由 指 令 给 出n 响 应 过 程 主 要 步 骤 ： PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取 中 断 向 量 送 入 IP和

36、 CS 中 断 响 应 过 程 （ 续 ）n 外 部 中 断 响 应 过 程n 非 屏 蔽 中 断 ， 与 内 部 中 断 响 应 过 程 类 似 n 可 屏 蔽 中 断 INTA#（ 1） ， 优 先 级 排 队 判 优 处 理 (CPU) INTA#（ 2） ， 把 中 断 类 型 码 放 到 DB上 (PIC)， CPU读 入 PUSH FLAG IF=0 PUSH CS PUSH IP 取 中 断 向 量 送 入 IP和 CS 与 内 部 中 断 一 样 中 断 响 应 过 程 与 时 序 8088系 统 中 各 中 断 的 优 先 级n 优 先 级 从 高 到 低 顺 序 如 下 ：

37、n 内 部 中 断n NMIn INTRn 单 步 中 断 N YNYN NNN NY Y 执 行 指 令执 行 完否 ?取 指 令 IF=1?内 部 中断 ?NMI?INTR?TF=1? 类 型 码 =0 255类 型 码 =2类 型 码 =1中 断 响 应 ，读 回 类 型 码 FLAG入 栈TEMPTFTF=TF=0CS、 IP入 栈计 算 向 量 表 地 址高 字 CS低 字 IP 执 行 中 断服 务 程 序NMI?TEMP=1?转 入 中 断 服 务 程 序恢 复 CS和 IP恢 复 FLAGS返 回 被 中 断的 程 序YYY YN IRET指 令 的操 作 8086/8088的

38、中 断 处 理 流 程 7.5 可 编 程 中 断 控 制 器 8259An PIC， Programmable Interrupt Controllern 可 对 8个 中 断 源 实 现 优 先 级 控 制 n 可 扩 展 至 对 64个 中 断 源 实 现 优 先 级 控 制 n 可 编 程 设 置 不 同 工 作 方 式n 根 据 中 断 源 向 x86提 供 不 同 中 断 类 型 码 8259A引 脚 图n CS*： 片 选 信 号 。n WR*:写 控 制 信 号 。n RD*： 读 控 制 信 号 。n D0-D7： 双 向 三 态 数 据 线 。n CAS0CAS2:级 联

39、信 号 线 。n SP*/EN*： 主 从 片 选 择 /缓 冲 允 许 线 。 n INT： 中 断 请 求 信 号 。n IR0-IR7:外 设 中 断 请 求 信 号 。n ITNA*： 中 断 响 应 信 号 。n A0： 地 址 信 号 。 7.5.1 8259A的 内 部 结 构n 8259A的 内 部 结 构n 中 断 请 求 寄 存 器 IRRn 保 存 从 IR0 IR7来 的 中 断 请 求 信 号 ， 某 位 =1表 示 对 应 的 IRi有 中断 请 求 n 中 断 服 务 寄 存 器 ISR n 保 存 所 有 正 在 服 务 的 中 断 源 ， 某 位 =1表 示

40、对 应 的 IRi中 断 正 在 被服 务 n 中 断 屏 蔽 寄 存 器 IMRn 存 放 中 断 屏 蔽 字 ， 某 位 =1表 示 对 应 的 IRi输 入 被 屏 蔽 n 中 断 优 先 权 判 别 电 路 n 确 定 是 否 向 CPU发 出 中 断 请 求 ， 中 断 响 应 时 确 定 ISR的 哪 位 应 置位 及 把 相 应 中 断 的 类 型 码 放 到 数 据 总 线 上 7.5.2 8259A的 工 作 过 程n 8259A对 中 断 请 求 的 处 理 过 程 如 下 ：n 当 某 IRi有 效 时 ， IRR相 应 位 置 1n 若 有 效 的 IRi未 被 屏 蔽

41、 ， 则 向 CPU发 出 中 断 请 求n 检 测 到 第 1个 INTA#信 号 后 ， 置 ISRi=1， IRRi=0 n 检 测 到 第 2个 INTA#信 号 后 ， 把 ISRi=1中 最 高 优先 级 的 中 断 类 型 码 放 到 DB上 n 若 工 作 在 自 动 中 断 结 束 方 式 （ AEOI） 方 式 ， 在第 2个 INTA#结 束 时 ， 使 ISRi复 位 ； 否 则 由 CPU发 出 EOI命 令 使 ISRi复 位 7.5.3 8259A的 工 作 方 式n 8259A的 工 作 方 式 有 如 下 几 类 ：1. 中 断 嵌 套 方 式2. 中 断 优

42、 先 方 式3. 中 断 屏 蔽 方 式4. 中 断 结 束 处 理 方 式 5. 中 断 触 发 方 式6. 中 断 级 联 工 作 方 式7. 中 断 查 询 方 式8. 8259A读 取 方 式 7.5.3 8259A的 工 作 方 式n 1.嵌 套 方 式n 在 中 断 处 理 过 程 中 允 许 被 更 高 优 先 级 的 事 件 所 中断 称 为 中 断 嵌 套 。 8259A有 两 种 中 断 嵌 套 方 式 ：n 普 通 全 嵌 套 方 式 （ 默 认 方 式 ） 一 中 断 正 被 处 理 时 ， 只 有 更 高 优 先 级 的 事 件 可 以 打断 当 前 的 中 断 处

43、理 过 程 而 被 服 务 。 n 特 殊 全 嵌 套 方 式 一 中 断 正 被 处 理 时 ， 允 许 同 级 或 更 高 优 先 级 的 事 件可 以 打 断 当 前 的 中 断 处 理 过 程 而 被 服 务 。注 : 特 殊 全 嵌 套 仅 用 于 多 个 8259A级 连 时 的 主 8259A，而 不 能 用 于 从 属 8259A或 单 8259A系 统 。 D.主 8259AIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7 一 般 嵌 套 方 式 ：从 片 的 INT被 主 片 封锁 ， 故 更 高 级 别 的IR0-IR2中 断 也 无 法得 到 响 应特 殊 嵌 套 方

44、式 ：因 主 片 不 封 锁 从 片 的INT， 故 级 别 高 的 IR0-IR2中 断 可 以 得 到 响 应 。(但 IR3-IR7仍 被 本 从片 封 锁 )C. 假 定 IR3发 生 中断 ,并 获 得 服 务一 般 嵌 套 方 式 ：IR4的 中 断 被 服 务时 ， 这 些 中 断 将被 封 锁 。B. 特 殊 嵌 套 方 式 ：IR4的 中 断 被 服务 时 ， 只 封 锁IR5-IR7。 A.INT E.从 8259AINT IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7n 一 般 全 嵌 套 方 式 与 特 殊 全 嵌 套 方 式 的 区 别 去 CPU 7.5.3 82

45、59A的 工 作 方 式n 2.中 断 优 先 方 式 优 先 级 控 制 方 式 ： 固 定 优 先 级 和 优 先 级 自 动 循 环n 优 先 级 固 定 方 式n 所 有 中 断 请 求 IRi的 中 断 优 先 级 固 定 不 变 n 优 先 级 排 列 顺 序 可 编 程 改 变n 加 电 后 8259A的 默 认 方 式 ， 默 认 优 先 级 顺 序 从 高 到 低为 IR0 IR7IR7 IR6 IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR07 6 5 4 3 2 1 0 3 2 1 0 7 6 5 4最 低 级 最 高 级 最 高 级 最 低 级优 先 级 IR7 IR6

46、IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR0默 认 优 先 级 优 先 级 可 编 程 改 变 中 断 优 先 方 式 与 中 断 嵌 套 （ 续 ）n 循 环 优 先 级 方 式 n 中 断 源 轮 流 处 于 最 高 优 先 级 ， 即 自 动 中 断 优 先 级 循 环n 初 始 优 先 级 顺 序 可 用 编 程 改 变n 某 中 断 请 求 IRi被 处 理 后 ， 其 优 先 级 别 自 动 降 为 最 低 ，原 来 比 它 低 一 级 的 中 断 上 升 为 最 高 级 IR 7 IR6 IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR07 6 5 4 3 2 1 0 2 1 0

47、7 6 5 4 3最 低 级 最 高 级 最 高 级 最 低 级ISR内 容 IR7 IR6 IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR0IR4的 服 务 结 束 以 前0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0IR4的 服 务 结 束 以 后ISRi 7.5.3 8259A的 工 作 方 式n 3.中 断 屏 蔽 方 式n IMR屏 蔽 字 决 定 了 允 许 或 禁 止 某 位 IRi所 对 应 的 中断 ： IMi=1 禁 止 ， IMi=0 允 许 。n 特 殊 屏 蔽 方 式 ： n 提 供 了 允 许 较 低 优 先 级 的 中 断 能 够 得 到 响 应 的

48、 特 殊 手段 。n 原 理 ： 假 定 当 前 正 在 处 理 IR6， 先 进 入 特 殊 屏 蔽 方 式 ，然 后 设 置 IM6=1。 这 时 ， 除 IR6外 的 所 有 中 断 请 求 均 能得 到 响 应 。n 特 殊 屏 蔽 方 式 中 只 能 用 SEOI命 令 结 束 中 断 。 7.5.3 8259A的 工 作 方 式n 4.中 断 结 束 方 式n 当 某 一 IRi被 中 断 服 务 时 ， ISR中 的 相 应 位ISRi=1。 当 服 务 结 束 后 ， 则 必 须 清 零 该 ISRi位 。使 ISRi=0是 通 过 向 8259A发 出 中 断 结 束 命 令

49、（ EOI命 令 ） 实 现 的 。n 三 种 EOI命 令 n 自 动 EOI（ AEOI） （ 自 动 EOI方 式 ）n 非 指 定 EOI（ NSEOI） （ 正 常 EOI方 式 ）n 指 定 EOI（ SEOI） （ 特 殊 EOI方 式 ） n AEOI： 在 第 2个 INTA#结 束 时 ， 由 8259A使 ISRi自 动 复 位 ；n 因 不 保 留 当 前 正 在 服 务 的 中 断 状 态 ， 故 AEOI不 能 用 于 中 断 嵌 套方 式n SEOI： 由 CPU发 出 一 条 SEOI命 令 ， 该 EOI命 令中 指 出 了 所 要 复 位 的 ISR的 位

50、号 。 n 用 于 特 殊 屏 蔽 方 式n NSEOI： 由 CPU发 出 正 常 EOI命 令 ， 该 EOI命 令 使ISRi=1的 位 中 优 先 级 最 高 的 那 一 位 复 位 。n 用 于 普 通 全 嵌 套 方 式 中 断 服 务 程 序向 从 PIC发 EOI命 令读 从 PIC的 ISR全 0？向 主 PIC发 EOI命 令Y IRET恢 复 现 场 N n 特 殊 全 嵌 套 方 式下 的 EOI处 理n只 有 当 从 PIC的中 断 全 部 处 理 完后 ， 才 能 向 主 PIC发 EOI命 令 7.5.3 8259A的 工 作 方 式n 5.中 断 触 发 方 式

51、n 边 沿 触 发n IRi出 现 上 升 沿 表 示 有 中 断 请 求 n 电 平 触 发 n IRi出 现 高 电 平 表 示 有 中 断 请 求n 在 第 1个 INTA#结 束 前 ， IRi必 须 保 持 高 电 平 7.5.3 8259A的 工 作 方 式n 6.级 联 工 作 方 式n 单 片 8259A可 支 持 8个 中 断 源 ；n 采 用 多 片 8259A级 连 ， 可 最 多 支 持 64个 中 断 源 。n 级 连 时 只 能 有 一 片 8259A为 主 片 ， 其 余 的 均 为 从属 片 ；n 涉 及 到 的 8259A引 脚 包 括 ： n CAS0-CA

52、S2n SP*/EN*n IRin INT 级 连 电 路 连 接 方 法 7.5.3 8259A的 工 作 方 式n 7.查 询 方 式n 8259A的 INT引 脚 不 能 连 接 CPU的 INTR引 脚 ，或 者 CPU处 于 关 中 断 状 态 。 查 询 时 由 CPU将8259A设 置 成 查 询 工 作 方 式 ， 再 由 CPU读 入“查 询 字 ” 分 析 。n 8.对 8259状 态 n 读 取 8259内 部 的 3个 寄 存 器 。 7.5.4 8259A的 编 程n 8259A的 控 制 命 令 分 为n 初 始 化 命 令 字 ICWn ICW1 ICW4n 向

53、8259A写 入 ICW的 过 程 称 为 初 始 化 编 程n 操 作 命 令 字 OCW n OCW1 OCW3n 向 8259A写 入 OCW的 过 程 称 为 操 作 方 式 编 程 8259A内 部 寄 存 器 的 寻 址 方 法CS* RD* WR* A0 D4 D3 读 写 操 作0 1 0 0 0 0 写 OCW2写 OCW3写 ICW1 写 ICW2,ICW3,ICW4,OCW1(顺 序 写 入)0 0 10 1 x1 x x0 0 1 01 x x 读 出 IRR、 ISR读 出 IMRn 需 要 CS*、 A0、 RD*、 WR*和 D4、 D3的 配 合n 内 部 寄

54、存 器 的 访 问 方 法 如 下 表 ： 8259A的 初 始 化 顺 序 n 8259的 初 始 化 流程 如 图n 注 意 次 序 不 可 颠 倒 写 ICW1写 ICW2级 连 ？写 ICW3 需 ICW4?写 ICW4NN YY 8259A的 控 制 命 令 字n 初 始 化 8259A必 须 从 ICW1开 始n 写 ICW1意 味 着 重 新 初 始 化 8259An 写 入 ICW1后 ， 8259A的 状 态 如 下 ：n 清 除 ISR和 IMR(全 0)； n 将 中 断 优 先 级 设 成 初 始 状 态 ： IR0最 高 ， IR7最 低 ；n 设 定 为 一 般 屏

55、 蔽 方 式 ；n 采 用 非 自 动 中 断 结 束 方 式 ；n 状 态 读 出 逻 辑 预 置 为 读 IRR。 ICW1初 始 化 字n LTIM: 触 发 方 式n =1 高 电 平 触 发n =0 上 升 沿 触 发n SNGL: 级 连 控 制 n =1 单 片n =0 级 连n IC4: ICW4控 制n =1 要 写 ICW4n =0 不 写 ICW4（ 默 认 ICW4为 全 0）A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 x x x 1 LTIM x SNGL IC4 ICW2中 断 向 量 码n T7 T3: 中 断 向 量 码 的 高 5位n T2 T0

56、: 最 低 3位 为 中 断 源 的 序 号 IRnn 000 111分 别 对 应 IR0 IR7 n 由 8259A根 据 中 断 源 的 序 号 自 动 填 入 例 如 ：若 ICW2命 令 字 为 48H， 则 IR0的 中 断 向 量 码 为48H， IR7的 中 断 向 量 码 为 4FH。 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 T7 T6 T5 T4 T3 x x x ICW3级 连 控 制 字 n 主 片 的 级 联 控 制 字 n Si=1 对 应 IRi线 上 连 接 了 从 片 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 S7 S6 S5

57、 S4 S3 S2 S1 S0 n 从 片 的 级 联 控 制 字 n ID2 ID0 标 识 码 ， 说 明 本 从 片 连 接 到 主 片 的 哪个 IR引 脚 上 。 000 111分 别 对 应 IR0 IR7。 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 0 0 ID2 ID1 ID0 ICW3级 连 控 制 字 （ 续 ）n ICW3必 须 与 主 从 片 的 连 接 关 系 一 致 ：例 如 ， 主 片 的 IR4与 从 片 的 INT线 连 接 ， 则 主片 的 ICW3=10H， 从 片 的 ICW3=04H。n 中 断 响 应 时 ， 主 片 通

58、过 级 连 线 CAS2-CAS0送出 被 允 许 中 断 的 从 片 标 识 码 ， 各 从 片 用 自 己的 ICW3与 CAS2-CAS0比 较 ， 二 者 一 致 的 从片 才 可 发 送 中 断 向 量 码 。 ICW4中 断 结 束 方 式 字 n SFNM: 特 殊 全 嵌 套1 特 殊 全 嵌 套 方 式0 一 般 全 嵌 套 方 式 n AEOI: 自 动 EOI1 自 动 EOI方 式0 非 自 动 EOI方 式A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 SFNM BUF M/S AEOI 1n BUF: 缓 冲 方 式 M/S: 主 /从 缓 冲

59、 选 择BUF M/S 1 1 缓 冲 方 式 /主 PIC 1 0 缓 冲 方 式 /从 PIC 0 x 非 缓 冲 方 式 /正 常 8259A的 操 作 命 令 字 OCW n OCW用 于 设 置 8259的 工 作 状 态n 在 初 始 化 后 写 入n OCW的 写 入 顺 序 可 任 意n 写 入 地 址 要 求 ：n OCW1必 须 写 入 奇 地 址 端 口 (A0=1) n OCW2， OCW3必 须 写 入 偶 地 址 端 口 (A0=0) OCW1中 断 屏 蔽 字 n Mi=1 中 断 请 求 线 IRi被 屏 蔽 (不 允 许 中 断 ) =0 允 许 该 IRi中

60、 断 n OCW1将 写 入 IMR寄 存 器 。 n A0=1时 读 OCW1可 读 出 设 置 的 IMR内 容 。 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 OCW2中 断 结 束 和 优 先 级 循 环 n R: 优 先 级 自 动 循 环n SL: 指 定 优 先 级n EOI: 结 束 中 断 命 令n L2 L0: 优 先 级 编 码 R SL EOI 0 0 1 非 指 定 EOI 命 令 (NSEOI)， 全 嵌 套 方 式 0 1 1 指 定 EOI 命 令 (SEOI)， 全 嵌 套 方 式 1 0 1 NS

61、EOI 命 令 ， 优 先 级 自 动 循 环 1 0 0 自 动 EOI， 设 置 优 先 级 自 动 循 环 0 0 0 自 动 EOI， 取 消 优 先 级 自 动 循 环 (固 定 优 先 级 ) 1 1 1 SEOI 命 令 ， 按 L2-L0编 码 循 环 优 先 级 (L2-L0设 为 最 低 优 先 级 ) 1 1 0 按 L2-L0编 码 循 环 优 先 级 (L2-L0设 为 最 低 优 先 级 ) A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 R SL EOI 0 0 L2 L1 L0 OCW3屏 蔽 方 式 和 读 出 控 制 字 n ESMM: 允 许 使

62、 能 特 殊 屏 蔽 方 式n SMM: 特 殊 屏 蔽 方 式ESMM SMM1 1 特 殊 屏 蔽 方 式 置 位1 0 特 殊 屏 蔽 方 式 复 位0 x 非 特 殊 屏 蔽 方 式P(Polling): =1 查 询 方 式 =0 非 查 询 方 式A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 x ESMM SMM 0 1 P RR RISn RR: 读 寄 存 器n RIS: ISR/IRR选 择RR RIS1 1 读 ISR1 0 读 IRR0 x 无 效 OCW3（ 续 ）n 查 询 方 式 允 许 8259A不 工 作 于 中 断 方 式 ， 而是 以 查 询 方

63、 式 工 作 。n CPU先 写 一 个 D2=1的 OCW3， 再 对 同 一 地 址 读入 ， 即 可 得 到 如 下 状 态 字 节 ： I x x x x R2 R1 R0 I=1表 示 有 中 断 请 求 ， 中 断 请 求 号 为 R2-R0 此 查 询 步 骤 可 反 复 执 行 ， 以 响 应 多 个 同 时 发 生 的 中 断 。 n 读 IRR/ISR： 写 入 此 命 令 后 ， 随 后 再 对 同 一地 址 读 ， 即 可 得 到 IRR或 ISR的 内 容 。 8259A编 程 举 例n 按 以 下 要 求 初 始 化 8259A：n 接 口 地 址 为 20H和 2

64、1H；n 中 断 为 上 升 沿 触 发 ； 单 片 8259A； 不 写 ICW4；n 与 IR0-IR3对 应 的 中 断 向 量 码 为 08H-0BH；n IR4-IR7不 使 用 。n 根 据 要 求 ， 各 初 始 化 参 数 及 工 作 参 数 如 下 ： n ICW1 = 00010010 = 12Hn ICW2 = 08H 中 断 向 量 码 n OCW1 = 11110000 = 0F0H 中 断 屏 蔽 字 8259A编 程 举 例 （ 续 ）初 始 化 程 序 如 下 ：INIT8259A：MOV DX， 20H ； A0=0， 写 ICW1MOV AL， 12H ； 上 升 沿 触 发 ， 单 片 ， 不 写 ICW4OUT DX， ALMOV DX， 21H ； A0=1， 写 ICW2， OCW1MOV AL， 08H ； ICW2OUT DX， ALMOV AL， 0F0H ； OCW1： 屏 蔽 IR4-IR7 OUT DX， AL