【正文】 第七章 中斷控制接口 第一節(jié) 中斷概述 一、概念 所謂中斷，就是當 CPU正常運行程序時，由于內(nèi)部或外部的隨機事件，引起 CPU暫時中止正在運行的程序，轉而去執(zhí)行請求中斷的外設（或內(nèi)部事件）的中斷服務程序，中斷服務結束后再返回被中止的程序。這一過程稱為中斷。 二、中斷的用處 主機可以與外設同步并行操作； 實時處理； 故障處理 中斷概念 1．中斷源 能夠引起程序中斷的事件都稱為中斷源。 有些中斷是已知的，例如指令中斷源，這類中斷源是以指令的形式給出的，例如 INT 20H，這條指令如同其它的匯編指令一樣，是 出現(xiàn)在程序中的，所以這個中斷源什么時候發(fā)生是預先知道的； 有些中斷源是隨機的，也就是說，提出中斷請求的時刻是未知的，例如硬件中斷，中斷源是通過中斷控制接口電路輸入至 CPU的， 中斷源具體的發(fā)生時刻與外部硬件電路有關。 2．中斷優(yōu)先級 當系統(tǒng)中有多個中斷源同時到來時，就需要將中斷源排個隊，優(yōu)先級高的中斷服務程序先執(zhí)行，執(zhí)行完優(yōu)先級別高的中斷服務程序，再執(zhí)行優(yōu)先級別低的中斷服務程序。 完成中斷優(yōu)先級的排列可以是軟件查詢方式，也可以利用硬件電路實現(xiàn)。 軟件查詢方式的硬件電路簡單，但是需要利用程序來控制優(yōu)先級的執(zhí)行順序，對于簡單的小型微機系統(tǒng)可以用此方法。 硬件電路實現(xiàn)優(yōu)先級排列，不必利用程序控制。 3．中斷嵌套 所謂中斷嵌套是指高優(yōu)先級別的中斷打斷當前低優(yōu)先級的中斷服務程序的執(zhí)行。 中 斷 請 求主 程 序執(zhí) 行中斷響應中 斷 服 務 程 序執(zhí) 行高 優(yōu) 先 級中 斷 請 求中斷響應高 優(yōu) 先 級中 斷 服 務 程 序執(zhí) 行中斷返回繼 續(xù)執(zhí) 行中斷返回繼 續(xù)執(zhí) 行4．中斷類型號 中斷類型號是指每個中斷源的編號。 每個中斷源都有唯一的編號，每一個編號都對應各自的中斷服務子程序。當響應中斷時，必須首先獲得中斷類型號，有了中斷類型號，才能找到對應的中斷服務子程序。 中斷處理過程 中斷請求 外設需要 CPU服務時 ， 首先要發(fā)出中斷請求 。發(fā)出中斷請求的外設就是中斷源 。 廣義地說，能引起 CPU程序產(chǎn)生中斷的隨機事件都稱為中斷源。不僅外部可以產(chǎn)生中斷， CPU的內(nèi)部也可以產(chǎn)生中斷。這些中斷源的共同特點是都需要 CPU對其進行適當?shù)奶幚? 。而處理的步驟 (程序 )是預先已設定好的。 中斷判優(yōu) 當系統(tǒng)具有若干個中斷源時，若某一時刻有兩個及以上的中斷源同時發(fā)出中斷請求，因為 CPU往往只有一條中斷請求線（ INTR），而 CPU任一時刻只能響應并處理一個中斷，這就要求 CPU判別優(yōu)先級最高的中斷源并響應之。 中斷判優(yōu)就是要解決請求中斷的事件優(yōu)先級的順序問題 。 中斷判優(yōu)的方法有軟件判優(yōu)和硬件判優(yōu)兩種。軟件判優(yōu)電路簡單，判優(yōu)速度慢；硬件判優(yōu)電路復雜，判優(yōu)速度快。 用軟件方法確定中斷優(yōu)先權 申請中斷 CPU響應中斷后，在中斷服務程序中用軟件判斷中斷源。 3 中斷請求2 中斷請求1 中斷請求0 中斷請求D 3D 2D 1D 0IN T RI O RHY 3 4 0XOR AL, AL MOV DX, 340H IN AL, DX RCR AL, 1 JC SERV0 RCR AL, 1 JC SERV1 …… 。讀中斷寄存器狀態(tài) 。判斷是否為 0申請中斷 。判斷是否為 1申請中斷 。清 CF 0 中斷請求1 中斷請求2 中斷請求3 中斷請求中斷響應 ( 來自 CP U )中斷響應輸出 0中斷響應輸出 1中斷響應輸出 2中斷響應輸出 310用硬件方法確定中斷優(yōu)先權 雛菊花鏈式電路 中斷優(yōu)先級自上而下，上面端口的中斷請求可以屏蔽下面的中斷請求。硬件電路自然完成了中斷判優(yōu)。 中斷響應 中斷響應就是 CPU中斷現(xiàn)在正在進行的處理任務，轉向中斷請求相對應的中斷處理程序的過程 。在中斷響應過程中應解決以下四個問題： 保護斷點 ， 保護現(xiàn)場 （如標志寄存器或其他寄存器）； CPU關中斷 ，不允許此時被新的中斷源所打斷； 轉入中斷請求所對應的處理程序 。 最后一個問題是實現(xiàn) CPU控制權的轉移，它是中斷響應過程的關鍵。其實質(zhì)是 如何由中斷源得到相應服務程序的入口地址的問題 ?，F(xiàn)在常用的方法是采用中斷向量，即由所響應的中斷源在中斷響應時間向 CPU提供自己的中斷向量號， CPU根據(jù)中斷向量號就能夠找到中斷服務程序的入口地址，進而轉入中斷服務程序。 中斷處理 中斷處理就是執(zhí)行中斷服務程序，以完成中斷源提出的處理要求 ，中斷服務處理程序是軟件編程問題，與子程序的編寫原則類似。在中斷服務程序中，用 STI指令開中斷，以實現(xiàn)中斷嵌套，并對服務程序中的所用的寄存器應預先保護（若中斷響應中 CPU不是自動保護的話），而在服務程序后面加入恢復現(xiàn)場的語句。 中斷返回 中斷返回就是控制權由中斷服務程序轉移到被中斷的程序的過程。 執(zhí)行中斷返回指令與一般 “ 返回主程序 ” 指令類似。所不同的是，大多數(shù)中斷返回指令還有其他的附加功能，例如部分或全部恢復CPU的現(xiàn)場（除程序計數(shù)器外，還有標志寄存器FR等），有些 CPU的中斷返回指令可自動恢復全部通用寄存器的內(nèi)容。 中 斷 源 提 出 中 斷 請 求判 優(yōu) 邏 輯 進 行 優(yōu) 先 排 隊C P U 執(zhí) 行 完 當 前 指 令中 斷 請 求 信 號 有 效C P U 允 許 中 斷 否 ？C P U 關 中 斷保 護 程 序 中 斷 點找 出 中 斷 源 ， 形 成 中 斷 服 務 程 序入 口 地 址 ， 并 轉 向 中 斷 服 務 程 序保 護 現(xiàn) 場執(zhí) 行 中 斷 服 務 程 序恢 復 現(xiàn) 場C P U 開 放 中 斷返 回 原 程 序 斷 點 處C P U 取 下 一 條 指 令YNNY中 斷 請 求中 斷 判 優(yōu)中 斷 響 應中 斷 處 理中 斷 返 回第二節(jié) 8086的中斷系統(tǒng) 一、中斷源與中斷識別 中斷源：發(fā)出中斷請求的外部設備或引起中斷的內(nèi)部原因 . 1) 外設中斷 ：系統(tǒng)外部設備要求與 CPU交換信息而產(chǎn)生的中斷； 2) 指令中斷 ：為了方便用戶使用系統(tǒng)資源或調(diào)用軟件而設臵的中斷指令，如調(diào)用 I/O設備的 BIOS及 DOS系統(tǒng)功能的中斷指令和設臵斷點中斷等； INT 21H 3) 程序性中斷 ：程序員的疏忽和算法上的差錯，使程序在運行過程中出現(xiàn)了多種錯誤而產(chǎn)生的中斷。如溢出中斷、地址越界中斷等； 4) 硬件故障中斷 ：機器在運行過程中，硬件出現(xiàn)偶然性或固定性錯誤而引起的中斷。如奇偶校驗錯、電源故障等。 中斷識別： CPU響應中斷后，只知道有中斷源請求中斷服務，但并不知道具體是哪一個中斷源在申請中斷。因此， CPU要設法尋找中斷源。 中斷識別的目的是要形成該中斷源的中斷服務程序的入口地址 ，以便 CPU將此地址放入 CS:IP寄存器，從而實現(xiàn)程序的轉移。 微機中斷源 硬件中斷 (外部中斷 ) 軟件中斷 (內(nèi)部中斷 ) 1. 硬件中斷 硬件中斷是由來自外部的事件產(chǎn)生的，即由外部設備提出中斷申請而產(chǎn)生的。硬件中斷的產(chǎn)生具有隨機性，何時產(chǎn)生中斷， CPU預先并不知道。 8086的硬件中斷有兩種：不可屏蔽中斷 NMI和可屏蔽中斷 INTR。 NMI：當 NMI引腳有上升沿觸發(fā)信號時， 產(chǎn)生中斷類型號為 2的 NMI請求 ，并由此轉入相應的中服。 其中斷不能屏蔽，優(yōu)先級最高 ，常用于緊急的故障處理，由系統(tǒng)使用。在 8086中， NMI用于存儲器奇偶校驗錯， I/O通道校驗錯和協(xié)處理器運算錯，它們通過或門進入 NMI線。 7/B H E SMXMN /)(1/ H L D AGTRQGND 1AD142AD133AD124AD115AD106AD97AD88AD79AD610AD511AD412AD313AD214AD115AD016NMI 17I NT R 18CL K 19GND 20 21 RE S E T22 RE AD Y23T E S T24 QS125 QS0)( I N T A26)/(1RDTS27)(0D E NS2829 )(WRL O C K30)(0/ H O L DGTRQ3132RD333435 A19/ S636 A18/ S537 A17/ S438 A16/ S339 AD1540 VCC)/M(2IOS( AL E )NMI(NonMaskable Interrupt) 17引腳，非屏蔽中斷請求信號， 輸入 。 上升沿觸發(fā) (邊沿觸發(fā) )。 非屏蔽中斷請求 不受中斷標志 IF的影響 ， 不能用軟件控制 (屏蔽 ),每當該端輸入一個 正沿觸發(fā)信號 時，CPU就會在當前指令周期結束后，進入 中斷類型號為 2的中斷處理程序，在 8086微機中，該中斷用于 I/O與內(nèi)存的奇偶校驗 。 INTR：可屏蔽中斷 電平觸發(fā)，高電平有效， CPU響應 INTR的條件： 1) IF為 1，開中斷； 2) 無非屏蔽中斷及總線請求； 3) CPU執(zhí)行完當前指令。 CPU在指令周期的最后一個 T狀態(tài)采樣 INTR線，若滿足以上條件， CPU就響應中斷請求，開始兩個中斷響應周期。與總線周期一樣，每個中斷響應周期是由 4個 T狀態(tài)組成的。 7/B H E SMXMN /)(1/ H L D AGTRQGND 1AD142AD133AD124AD115AD106AD97AD88AD79AD610AD511AD412AD313AD214AD115AD016NMI 17I NT R 18CL K 19GND 20 21 RE S E T22 RE AD Y23T E S T24 QS125 QS0)( I N T A26)/(1RDTS27)(0D E NS2829 )(WRL O C K30)(0/ H O L DGTRQ3132RD333435 A19/ S636 A18/ S537 A17/ S438 A16/ S339 AD1540 VCC)/M(2IOS( AL E )CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個時鐘周期會對 INTR信號進行采樣，若 CPU的IF為 1且 INTR信號為高電平 ， CPU會在現(xiàn)行指令結束后響應中斷請求，進入中斷處理程序。 可屏蔽中斷請求 18引腳，可屏蔽中斷請求信號， 輸入 。 高電平有效(電平觸發(fā) )。 INTR (Interrupt Request) 7/B H E SMXMN /)(1/ H L D AGTRQGND 1AD142AD133AD124AD115AD106AD97AD88AD79AD610AD511AD412AD313AD214AD115AD016NMI 17I NT R 18CL K 19GND 20 21 RE S E T22 RE AD Y23T E S T24 QS125 QS0)( I N T A26)/(1RDTS27)(0D E NS2829 )(WRL O C K30)(0/ H O L DGTRQ3132RD333435 A19/ S636 A18/ S537 A17/ S438 A16/ S339 AD1540 VCC)/M(2IOS( AL E )24引腳，中斷響應信號，輸出，為連續(xù)兩個總線周期的負脈沖 。 (Interrupt Acknowledge) 當外設向 CPU申請可屏蔽中斷 INTR， CPU如果允許中斷，則連續(xù)發(fā)出兩個負脈沖給外設。 第一個負脈