第9章(2) 中断系统和中断控制器8259A

2>特殊全嵌套方式
特殊全嵌套方式与全嵌套方式基本相同，所不
同的是，当CPU处理某一级中断时，如果有同级
中断请求，那么CPU也会作出响应，从而形成了
对同一级中断的特殊嵌套。
特殊全嵌套方式通常应用在有8259A级连的系统
中。
3>优先级自动循环方式 即一个中断源的中断请求被响应之后，其优先 级自动降为最低。
（4）中断服务寄存器ISR
ISR 存放当前正在进行服务的所有中 断。 ISR 中相应位的置位是由优先权判决 电路根据 IRR 中各请求位的优先权级别和 IMR 中屏蔽位的状态，将中断的最高优先 级请求位选通到ISR中。
（5） 控制逻辑
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 INT 信 号 ， 向
特殊的中断结束方式是指在CPU结束中断处理 之后，向8259A发送一个特殊的中断结束命令， 这个特殊的中断结束命令，明确指出了中断 响应寄存器ISR中需要复位的位。
若中断控制器8259A工作在优先级自动循环方式下， 引脚IR3、IR4、IR6、IR7同时发出了中断请求，请写 出在整个执行过程中优先级队列的变化情况。 时刻0：初始化 优先级队列为IR0、IR1、IR2、IR3、IR4、IR5、IR6、IR7 时刻1：IR3被响应执行后 优先级队列变为： 时刻2：IR4被响应执行后 优先级队列变为： 时刻3：IR6被响应执行后 优先级队列变为： 时刻4：IR7被响应执行后 优先级队列变为：
1 号设备接口
2 号设备接口
n 号设备接口
I/O DATA BUS
3 中断处理过程
中断请求 优先级判别 中断响应 保存现场 中断服务 恢复现场 中断返回
（1）中断请求
概念：外部设备需要CPU资源时，产生一个中 断信号发送到CPU的中断输入引脚。 原理：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 持到CPU对其进行中断响应后才能撤销。
8259A的主要功能
每片8259A可管理8级优先权中断源，通过级联， 最多可管理64级优先权的中断源。 对任何一级中断源都可单独进行屏蔽。
向 CPU 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。
可编程，提高中断优先管理的灵活性。
1. 8259A外部结构及内部结构
2>一般的中断结束方式
一般的中断结束方式适用在全嵌套的情
况下，当 CPU 用输出指令向 8259A 发一般
中断中断结束命令时，8259A才会使中断
响应寄存器ISR中优先级别最高的位复位。
3>特殊的中断结束方式
在循环优先级模式下，系统无法确定哪一级 中断为最后响应和处理的中断，也就是说， CPU无法确定当前所处理的是哪级中断，这时 就要采用特殊的中断结束方式。
（5）执行中断
CPU通过中断号确定进入哪个中断处理
进入中断处理程序，可以允许CPU响应其 它中断
8086/8088处理器通过装入CS和IP寄存器 实现中断服务程序跳转
（6） 恢复现场
CPU关闭中断Hale Waihona Puke Baidu应
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
（7）返回
8086/8088处理器通过IRET指令从中断状态 返回。 IRET 指令将自动恢复先前保存的 IP 和 CS 值 以及标志寄存器FR或EFR的值，从而跳转到 主程序断点地址。 返回之后，CPU自动打开中断允许响应其它 中断请求。
（2）优先级判别
多个中断源同时发起中断请求时，CPU需要 对多个中断源的优先级进行判断，响应最紧 急的中断请求。
中断源的优先级需要根据中断源的紧迫性、 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。
（3） 中断响应
对于内部中断，CPU通过判断中断源自动跳 转到相应的中断服务程序入口地址，执行中 断服务子程序。
(2)系统总线的连接方式
当 8259A 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。系统总线的连接 方式就是用来设定系统总线与 8259A 数据总线之
间是否需要进行缓冲。
1>非缓冲方式
2>缓冲方式
(3)中断源的屏蔽方式
1>普通屏蔽方式
8259A的每个中断请求输入，都要受到屏蔽寄
为此，采取以下几点措施： 1）以端口地址区分 2）把命令字中的某些位作为特征码来区分 3）以命令字的写入顺序来区分 在PC/XT中，两个端口地址分别是：奇地址（A0=1, 大地址）和偶地址（A0=0,小地址）。
存器中相应位的控制。若相应位为“1”，则 中断请求不能送CPU。屏蔽是通过对屏蔽寄存 器IMR的编程，来加以设置和改变的。
2>特殊屏蔽方式
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， 引入了对中断的特殊屏蔽方式。
需要编程设置特殊屏蔽方式
(4)优先权的管理方式
1> 普通全嵌套方式 这是8259A默认的优先权设置方式，在全 嵌套方式下， 8259A 所管理的 8 级中断优 先权是固定不变的，其中IR0的中断优先 级最高，IR7的中断优先级最低。
2.8259A的初始化命令字及初始化编程
初始化编程：指系统在上电或复位后对可编程器 件进行控制字设定的一段程序。
初始化命令字：一般在系统复位后的初始化编程 中设置，用于确定 8259A 的基本工作方式，设置 以后一般保持不变。
初始化命令寄存器组包括4个寄存器：ICW1-ICW4
由于8259A只有一条地址线A0，所以它只能有两个 端口地址，而8259A有7个命令字，每个命令字要 写入相应的寄存器。
中断源:引起中断的事件 断点:主程序被打断的位置 中断服务程序 :中断源的响应和处理函数
断点
任务1 任务2 任务4 中断1
中断源
中断服务程序
任务5
中断2
任务3
中断源
中断的用途
响应外部事件：掉电，除零，报警等 实时多任务调度：加快响应速度 CPU与外设并行处理：提高CPU利用率 分时系统基础：时钟中断驱动的操作系统
二、中断控制器8259A
8259A的主要功能
8259A的结构及引脚功能 8259A的工作方式 8259A的初始化命令字
8259A的初始化编程
8259A的主要功能
中断控制器的功能：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 的外部中断请求，向 CPU 发起中断请求信号。
（2）中断屏蔽寄存器IMR IMR(Interrupt Mask Register)用来存 放屏蔽位信息，IMR的每一位可以禁止 IRR 中对应位的中断请求输入信号进入。如果 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。
（3）优先权判决电路 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IMR的内容， 把中断请求寄存器IRR中允许中断的优先权最 高的中断请求位送入中断服务寄存器ISR。
对于外部中断，CPU判断标志位IF，若CPU 允许响应外部中断（IF=1），向发出中断请 求的外设返回一个中断应答信号，否则CPU 不响应该中断请求。
（4）保存现场
CPU响应中断，首先需要禁止CPU响应中 断信号，并保存中断返回地址以及其它可 能被破坏的寄存器
8086/8088 CPU的基本中断现场保护需要 将CS寄存器和IP寄存器压入堆栈
CPU申请中断。
当CPU允许中断时，发出中断响应信号
INTA。在中断响应期间，它允许ISR的相应
位置位，并发送相应的中断向量，通过数据
总线缓冲器输出到总线上。
（6） 数据总线缓冲器
这是 8 位双向三态缓冲器，用作 8259A 与数据总线 的接口，传输命令控制字、状态字和中断向量。 （7）读/写控制电路
系统启动时， 8 级中断优先级默认为 IR0 — IR7 ， 若 8259A 工作在优先级自动循环方式下，则中 IR2、IR3、IR4。
这时，刚好IR4发出了中断请求，CPU响应之后，
断优先级自动变为 IR5 、 IR6 、IR7 、 IR0 、IR1 、
4>优先级特殊循环方式 优先级特殊循环方式与自动循环方式相比， 只有一点不同，即初始化的优先级是由程 序控制的，而不是默认的IR0—IR7。
9.3 中断系统
中断系统概述 中断控制器8259A
一、 中断系统概述
中断、中断源 中断优先级 中断处理过程
1.中断及中断源
中断的概念
中断 :CPU 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 任务1 断的任务
任务2 任务4 中断1
任务5
中断2
任务3
中断及中断源
(1)中断触发方式
1>边沿触发方式 8259A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 相应引脚，可以一直保持高电平。
按照引入中断请求的方式，8259A有下列几种工作方式：
2>电平触发方式
8259A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 电平必须及时撤除，否则，在CPU响应中断，开中断 之后，会引起第二次不应该有的中断。
2.中断的优先级
中断优先级
优先级判别方法
中断优先级
原因：中断处理的重要程度和时延要求不同
含义：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， 确定多个中断源请求时对不同中断源的服务次 序，称之为中断优先级。
工作原理：多个中断源同时向CPU请求中断时， 选择当前优先级最高的中断进行处理。 规则：优先级可以是固定的，也可以动态调整
优先级判别方法
软件查询方式
CPU接受多个中断请求后，用软件查询的 方法，确定哪个中断源首先被查询到；先被 查询的先响应；
中断被查询的次序就是优先权的高低次序； 次序需要程序员在编辑查询程序时设置约定
优先级判别方法
硬连接串行排队链方式：用硬件实现软件查询
中断请求 IRQ
POL CPU SYN
CS WR RD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CAS0 CAS1 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 8259A 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 VCC A0 INTA IR7 IR6 IR5 IR4 IR3 IR2 IR1 IR0 INT SP/EN CAS2
(5)结束中断处理的方式
分为自动结束方式（ AEOI ）和非自动结束方 式(EOI)。
非自动结束方式又可进一步分为一般的中断 结束方式和特殊的中断结束方式。
1>中断自动结束方式(AEOI)
这种方式仅适用于只有单片8259A的场合， 在这种方式下，系统一旦响应中断，那么 CPU在发第二个INTA脉冲时，就会使中断响 应寄存器 ISR 中相应位复位， CPU 可以再次 响应任何级别的中断请求。
15
8259A的内部结构
INTA
INT
D 7～D 0
RD WR
CS A0
数据总线 缓冲器
控
制
逻
辑
读/写 控制电路 中 断 服 务 寄存器 (ISR) 优先权 判 决 电 路 中断 请求 寄存器 (IRR)
CAS 0 CAS 1 CAS 2 SP / EN
级联缓 冲/比较器
IR 0 IR 1 IR 2 IR 3 IR 4 IR 5 IR 6 IR 7
中断屏蔽寄存器(IMR)
8259A的内部结构框图
其内部各组成模块有如下功能：
（1） 中断请求寄存器IRR
8259A 有 8 条外部中断请求输入信号线 IR 0 IR7，每一条请求线上有一个相应的触发器来保 存请求信号，当第i个IR端有中断请求时，IRR 中的相应位置“1 ”；当中断请求响应时，IRR 中的相应位置“0”。
该部件接收来自CPU的读/写命令，实现对8259A的 读/写操作。
（8）级联缓冲器/比较器 它们实现8259A芯片之间的级联，使得中断源可以 由8级扩展至64级。
补充 8259A的主要工作方式
普通全嵌套方式 优先级固定方式 设置优先级方式 优先级循环方式 特殊循环方式 自动中断结束方式 结束中断处理方式 非自动中断结束方式 8259A工作方式 屏蔽中断源方式 普通屏蔽方式 特殊屏蔽方式 边沿触发方式 中断触发方式 电平触发方式 数据线连接方式 缓冲方式 非缓冲方式 普通中断结束方式 特殊中断结束方式 特殊全嵌套方式 自动循环方式