1、8.1 中斷的基本概念中斷的基本概念8.2 可編程中斷控制器可編程中斷控制器8259 8.3 中斷服務程序的編程中斷服務程序的編程8.4 保護模式的中斷處理保護模式的中斷處理第八章第八章 中斷與中斷控制中斷與中斷控制8.1 中斷的基本概念中斷的基本概念中斷最初是作為處理器與外部設備交換信息的一種控制方式提出中斷最初是作為處理器與外部設備交換信息的一種控制方式提出的。由此，最初的中斷全部是對外部設備而言的，稱為外部中斷的。由此，最初的中斷全部是對外部設備而言的，稱為外部中斷或硬件中斷。或硬件中斷。隨著計算機技術的發展，中斷的范圍也隨之擴大，出現了內部軟隨著計算機技術的發展，中斷的范圍也隨之擴大，

2、出現了內部軟件中斷的概念，它是為解決機器內部運行時出現的異常以及為編件中斷的概念，它是為解決機器內部運行時出現的異常以及為編程方便而提出的。程方便而提出的。外部中斷或硬件中斷通常稱為外部中斷或硬件中斷通常稱為中斷中斷，軟件中斷或異常中斷通常稱，軟件中斷或異常中斷通常稱為為異常異常(Exception)8.1 中斷的基本概念中斷的基本概念不論哪種中斷都遵循同樣的中斷處理過程不論哪種中斷都遵循同樣的中斷處理過程中斷源中斷源中斷中斷請求請求 當當 前前 程程 序序中斷中斷服務服務程序程序程序斷點程序斷點中斷返回中斷返回中斷響應中斷響應中斷：處理器暫停執行當前程序，轉而處理隨機發生的事件，處理中斷：處

3、理器暫停執行當前程序，轉而處理隨機發生的事件，處理完畢后再返回到斷點處繼續執行原來程序的過程完畢后再返回到斷點處繼續執行原來程序的過程F中斷的類型中斷的類型PC系列微機最多可以支持系列微機最多可以支持256種中斷，它們被分為四種類型：種中斷，它們被分為四種類型：內部中斷和異常內部中斷和異常軟件中斷軟件中斷外部可屏蔽中斷外部可屏蔽中斷外部非屏蔽中斷外部非屏蔽中斷每個中斷和異常都指定了一個類型號代表不同的優先級。每個中斷和異常都指定了一個類型號代表不同的優先級。類型類型0表示最高優先級的中斷，類型表示最高優先級的中斷，類型255最低優先級的中斷最低優先級的中斷1. 內部中斷和異常內部中斷和異常為處

4、理器執行某些操作而引起的中斷，包括除法錯誤異常、單為處理器執行某些操作而引起的中斷，包括除法錯誤異常、單步調試中斷、斷點中斷等步調試中斷、斷點中斷等這類中斷使用了這類中斷使用了0H09H中的若干個中斷號中的若干個中斷號內部中斷和異常的例子內部中斷和異常的例子 P. 218F中斷的類型中斷的類型2.軟件中斷軟件中斷執行執行有定義的有定義的INT n指令而引發的中斷，稱為軟件中斷指令而引發的中斷，稱為軟件中斷有定義的有定義的 并非所有的中斷號都有對應的中斷服務程序并非所有的中斷號都有對應的中斷服務程序軟件中斷使用軟件中斷使用05H、10H0FFH中的若干個中斷號中的若干個中斷號軟件中斷進一步分為軟

5、件中斷進一步分為BIOS中斷和中斷和DOS中斷中斷F中斷的類型中斷的類型3.外部可屏蔽中斷外部可屏蔽中斷外部可屏蔽中斷是處理器響應各種外部硬件中斷的最常用的方外部可屏蔽中斷是處理器響應各種外部硬件中斷的最常用的方法，通過法，通過CPU的的INTR引腳產生引腳產生外部可屏蔽中斷受處理器內部的中斷允許標志位外部可屏蔽中斷受處理器內部的中斷允許標志位IF的控制的控制處理器以電平觸發方式接受處理器以電平觸發方式接受INTR請求，當每條指令結束時，請求，當每條指令結束時，若若INTR為高電平且為高電平且IF=1，則，則CPU響應相應響應相應I/O接口的中斷請求。接口的中斷請求。處理器只有一個處理器只有一

6、個INTR引腳可以接受外部可屏蔽中斷請求，為引腳可以接受外部可屏蔽中斷請求，為了管理眾多的外部中斷源，微機系統中采用可編程中斷控制器了管理眾多的外部中斷源，微機系統中采用可編程中斷控制器8259。PC系列機通過兩片系列機通過兩片8259級連可以響應級連可以響應15個外部中斷源個外部中斷源F中斷的類型中斷的類型4.外部非屏蔽中斷外部非屏蔽中斷為外部緊急請求提供服務的中斷，通過處理器的為外部緊急請求提供服務的中斷，通過處理器的NMI引腳產生引腳產生NMI輸入是上升沿觸發的，輸入是上升沿觸發的，只要只要NMI輸入端上出現由輸入端上出現由0到到1的跳的跳變，一個中斷服務請求就被鎖存在變，一個中斷服務請

7、求就被鎖存在Pentium中，與中，與IF標志的狀標志的狀態無關態無關NMI有一個專用的類型號有一個專用的類型號02H使用非屏蔽中斷的典型例子是電源故障中斷使用非屏蔽中斷的典型例子是電源故障中斷F中斷的類型中斷的類型F中斷的優先級與中斷嵌套中斷的優先級與中斷嵌套通常一個系統有多個中斷源，而通常一個系統有多個中斷源，而CPU同一時刻只能響應一個中同一時刻只能響應一個中斷源的請求，那么當多個中斷源同時請求中斷服務時，應該先斷源的請求，那么當多個中斷源同時請求中斷服務時，應該先響應哪一個，有一個次序安排的問題。按中斷源的輕重緩急程響應哪一個，有一個次序安排的問題。按中斷源的輕重緩急程度確定的優先級別

8、，稱為優先級。度確定的優先級別，稱為優先級。內部中斷和異常內部中斷和異常軟件中斷軟件中斷外部非屏蔽中斷外部非屏蔽中斷外部可屏蔽中斷外部可屏蔽中斷優先級遞增優先級遞增F中斷的優先級與中斷嵌套中斷的優先級與中斷嵌套當當CPU正在響應某一中斷源的請求，執行為其服務的中斷服務正在響應某一中斷源的請求，執行為其服務的中斷服務程序時，如果有優先級更高的中斷源發出請求，程序時，如果有優先級更高的中斷源發出請求，CPU將中止正將中止正在執行的中斷服務程序而轉入為新的中斷源服務，等新的中斷在執行的中斷服務程序而轉入為新的中斷源服務，等新的中斷服務程序執行完后，再返回到被中止的中斷服務程序，這一過服務程序執行完后

9、，再返回到被中止的中斷服務程序，這一過程稱為中斷嵌套。程稱為中斷嵌套。中斷嵌套可以有多級，具體級數原則上不限，只取決于堆棧深中斷嵌套可以有多級，具體級數原則上不限，只取決于堆棧深度度F中斷的優先級與中斷嵌套中斷的優先級與中斷嵌套1#中斷請求中斷請求響應響應返回返回1#中斷中斷服務程序服務程序2#中斷請求中斷請求響應響應返回返回2#中斷中斷服務程序服務程序3#中斷請求中斷請求響應響應返回返回3#中斷中斷服務程序服務程序原主程序原主程序中斷優先級中斷優先級3#2#1#F中斷向量中斷向量中斷類型號通過一個地址指針表與中斷服務程序的入口地址相中斷類型號通過一個地址指針表與中斷服務程序的入口地址相聯，在

10、實模式下，該表稱為中斷向量表。聯，在實模式下，該表稱為中斷向量表。中斷向量表包含中斷向量表包含256個中斷向量。每個中斷向量包含兩個字（個中斷向量。每個中斷向量包含兩個字（4個字節），高地址字為中斷服務程序所在代碼段的段基址，低個字節），高地址字為中斷服務程序所在代碼段的段基址，低地址字為代碼段中中斷服務程序第一條指令的偏移量。地址字為代碼段中中斷服務程序第一條指令的偏移量。實模式下，中斷向量表存放在內存最低端的實模式下，中斷向量表存放在內存最低端的1K單元之中，物理單元之中，物理地址地址00000H003FFHP. 222F中斷指令中斷指令STI開中斷指令開中斷指令將標志寄存器中的中斷標志位

11、將標志寄存器中的中斷標志位IF置置1，允許允許CPU響應來自響應來自INTR引腳的中斷請求引腳的中斷請求CLI關中斷指令關中斷指令將標志寄存器中的中斷標志位將標志寄存器中的中斷標志位IF清清0，使，使CPU不響應來自不響應來自INTR引腳的中斷請求引腳的中斷請求F中斷指令中斷指令INT n軟件中斷指令軟件中斷指令n為中斷號。調用為中斷號。調用n號中斷服務程序號中斷服務程序將標志寄存器壓棧將標志寄存器壓棧將將TF置置0，禁止單步操作，將，禁止單步操作，將IF置置0，使，使CPU處于關中斷狀態處于關中斷狀態斷點的斷點的CS、IP壓棧壓棧從中斷向量表取從中斷向量表取n號中斷向量號中斷向量 IP、CS

12、轉向轉向n號中斷服務程序號中斷服務程序F中斷指令中斷指令IRET中斷返回指令中斷返回指令中斷服務程序的出口指令，從棧頂彈出中斷服務程序的出口指令，從棧頂彈出6個字節依次寫入個字節依次寫入IP、CS和標志寄存器和標志寄存器在執行在執行IRET之前必須保證棧頂是斷點地址，否則執行之前必須保證棧頂是斷點地址，否則執行IRET指令指令將導致系統癱瘓將導致系統癱瘓8.2 可編程中斷控制器可編程中斷控制器8259A8259A是一種可編程中斷控制器是一種可編程中斷控制器,有如下功能：有如下功能：一片一片Intel 8259可管理可管理8個中斷請求，并把當前優先個中斷請求，并把當前優先級最高的中斷請求送到級最

13、高的中斷請求送到CPU的的INTR端。端。當當CPU響應中斷時，為響應中斷時，為CPU提供中斷類型碼。提供中斷類型碼。8個外部中斷的優先級排列方式，可以通過對個外部中斷的優先級排列方式，可以通過對8259編程進行指定。也可以通過編程屏蔽某些中斷請求，編程進行指定。也可以通過編程屏蔽某些中斷請求，或者通過編程改變中斷類型碼。或者通過編程改變中斷類型碼。允許允許9片片8259級聯，構成級聯，構成64級中斷系統。級中斷系統。在在PC/AT系列微機中，使用兩片系列微機中，使用兩片8259級聯，構成級聯，構成15級中斷級中斷F8259A的引腳與功能結構的引腳與功能結構P. 234D7D0：數據線。用于與

14、：數據線。用于與CPU之間傳送命令、狀態、之間傳送命令、狀態、中斷類型碼。中斷類型碼。 ：讀出信號。通知：讀出信號。通知8259把某個內部寄存器的值把某個內部寄存器的值送數據線送數據線D7D0。 ：寫入信號。通知：寫入信號。通知8259把數據線把數據線D7D0上的值上的值寫入內部某個寄存器。寫入內部某個寄存器。A0：選擇內部寄存器的端口地址。：選擇內部寄存器的端口地址。在標準在標準AT機中，使用兩片機中，使用兩片8259構成主從式中斷系構成主從式中斷系統，統，主主8259的端口地址：的端口地址： 20H，21H從從8259的端口地址：的端口地址： A0H，A1HINT: 把把IRQ7IRQ0上

15、的最高優先級請求傳送到上的最高優先級請求傳送到CPU的的INTR引腳引腳 ：接收：接收CPU的中斷響應信號。的中斷響應信號。CPU發出的中斷響發出的中斷響應信號為兩個負脈沖。第一個負脈沖作為中斷應答信應信號為兩個負脈沖。第一個負脈沖作為中斷應答信號，第二個負脈沖到來時，號，第二個負脈沖到來時，8259從數據線從數據線D7D0上發上發出中斷類型碼。出中斷類型碼。F8259A的引腳與功能結構的引腳與功能結構F8259A的內部結構框圖和中斷工作過程的內部結構框圖和中斷工作過程P. 235IRR：中斷請求寄存器：中斷請求寄存器ISR：中斷服務寄存器：中斷服務寄存器IMR：中斷屏蔽寄存器：中斷屏蔽寄存器

16、PR：優先級判別器：優先級判別器中斷過程執行步驟：中斷過程執行步驟：P. 236F8259A的控制字格式的控制字格式初始化命令字（初始化命令字（ICW1ICW4）ICW1ICW4在初始化程序中設定，且在整個工作過程在初始化程序中設定，且在整個工作過程中保持不變。中保持不變。ICW1ICW4必須按順序設定。必須按順序設定。ICW1寫入寫入8259偶地址中（偶地址中（A0=0，在，在AT機中為機中為20H/A0H），），ICW2ICW4寫入寫入8259奇地址中（奇地址中（A0=1，在在AT機中為機中為21H/A1H）。）。P.238 圖圖7.14初始化命令字（初始化命令字（ICW1ICW4）1.

17、ICW12. ICW23. ICW3ICW3設置主設置主8259和從和從8259的聯結關系（僅當的聯結關系（僅當ICW1中的中的SNGL=1，系統中有多片，系統中有多片8259級聯時，級聯時，才設置才設置ICW3）。）。4. ICW4規定規定8259的中斷結束方式，中斷嵌套方式，緩沖的中斷結束方式，中斷嵌套方式，緩沖/非緩沖方式。非緩沖方式。P. 237初始化命令字（初始化命令字（ICW1ICW4）ICW1A EQU 20H ；主片端口地址；主片端口地址ICW2A EQU ICW1A+1ICW3A EQU ICW2AICW4A EQU ICW2A.MOV AL，11H ；ICW1，邊沿觸發，多

18、片，需，邊沿觸發，多片，需ICW4OUT ICW1A，ALNOP ；I/O端口延時端口延時MOV AL，08H ；ICW2，中斷類型碼，中斷類型碼OUT ICW2A，ALNOPMOV AL，04H ；ICW3，IR2接從片接從片OUT ICW3A，ALNOPMOV AL，01H ；ICW4，非緩沖，全嵌套，非自動結束，非緩沖，全嵌套，非自動結束OUT ICW4A，ALNOPAT機中主片的初始化機中主片的初始化操作命令字（操作命令字（OCW1OCW3）OCW1OCW3在應用程序中設置，且可設置多次。在應用程序中設置，且可設置多次。OCW1OCW3的設置次序無要求。的設置次序無要求。OCW1為奇地

19、址（為奇地址（A0=1，AT機中為機中為21H/A1H）,OCW2OCW3為偶地址（為偶地址（A0=0，AT機機中為中為20H/A0H）。）。操作命令字（操作命令字（OCW1OCW3）1. OCW1中斷屏蔽命令字中斷屏蔽命令字IMR，當其中某位置，當其中某位置1時，對應的時，對應的IR請求被屏蔽請求被屏蔽。例：使主例：使主8259的的IR5屏蔽，程序為：屏蔽，程序為：OCW1 EQU 21H ；主；主8259 OCW1的地址的地址IN AL，OCW1 ；讀出；讀出IMROR AL，00100000B ；屏蔽；屏蔽IR5OUT OCW1，AL操作命令字（操作命令字（OCW1OCW3）2. OCW

20、2設置中斷優先級循環方式和中斷結束方式設置中斷優先級循環方式和中斷結束方式P. 2413. OCW3多功能操作命令字多功能操作命令字操作命令字（操作命令字（OCW1OCW3）3. OCW3可以設置對可以設置對8259內部寄存器讀出命令內部寄存器讀出命令例：讀例：讀IRROCW3 EQU 20HIRR EQU OCW3ISR EQU OCW3MOV AL，0AH ；讀出命令，；讀出命令，P=0，RR=1，RIS=0，選，選IRROUT OCW3，ALIN AL，IRR ；在；在AL中讀得中讀得IRR的值的值操作命令字（操作命令字（OCW1OCW3）3. OCW3可以設置對可以設置對8259內部寄

21、存器讀出命令內部寄存器讀出命令例：讀例：讀ISROCW3 EQU 20HIRR EQU OCW3ISR EQU OCW3MOV AL，0BH ；讀出命令，；讀出命令，P=0，RR=1，RIS=1，選，選ISROUT OCW3，ALIN AL，ISRF8259A應用舉例應用舉例PC/AT中，中，8259的使用情況為：的使用情況為：2片片8259級聯，提供級聯，提供15級向量中斷。從片的級向量中斷。從片的INT接接主片的主片的IR2。端口地址：主片端口地址：主片20H、21H，從片，從片A0H、A1H。主片和從片均采用邊沿觸發。主片和從片均采用邊沿觸發。采用全嵌套優先級排列方式采用全嵌套優先級排列

22、方式采用非緩沖方式，主片采用非緩沖方式，主片 接接+5V,從片從片 接地。接地。主片的類型碼為主片的類型碼為08H0FH，從片的類型碼為，從片的類型碼為70H77H。F8259A應用舉例應用舉例F8259A應用舉例應用舉例ICW1A EQU 20H ；主片端口地址；主片端口地址ICW2A EQU ICW1A+1ICW3A EQU ICW2AICW4A EQU ICW2AICW1B EQU 0A0H ；從片端口地址；從片端口地址ICW2B EQU ICW1B+1ICW3B EQU ICW2BICW4B EQU ICW2B；- 主片主片8259A-MOV AL，11H ；ICW1，邊沿觸發，多片，

23、需，邊沿觸發，多片，需ICW4OUT ICW1A，ALNOP ；I/O端口延時端口延時MOV AL，08H ；ICW2，中斷類型碼，中斷類型碼OUT ICW2A，ALNOPMOV AL，04H ；ICW3，IR2接從片接從片OUT ICW3A，ALNOPMOV AL，01H ；ICW4，非緩沖，全嵌套，非自動結束，非緩沖，全嵌套，非自動結束OUT ICW4A，ALNOP；- 從片從片8259A-MOV AL，11H ；ICW1，邊沿觸發，多片，需，邊沿觸發，多片，需ICW4OUT ICW1B，ALNOPMOV AL，70H ；ICW2，中斷類型碼，中斷類型碼OUT ICW2B，ALNOPMOV

24、 AL，02H ；ICW3，INT接主片的接主片的IR2OUT ICW3B，ALNOPMOV AL，01H ；ICW4，非緩沖，全嵌套，非自動結束，非緩沖，全嵌套，非自動結束OUT ICW4B，ALNOPPC/AT機主、從機主、從8259的初始化程序的初始化程序F8259A應用舉例應用舉例8.3 中斷服務程序的編程中斷服務程序的編程F中斷服務程序的編程原則中斷服務程序的編程原則1）中斷是異步發生的，進入響應時并不考慮當前運行狀態。因）中斷是異步發生的，進入響應時并不考慮當前運行狀態。因此中斷服務程序必須保護現場此中斷服務程序必須保護現場2）在進入具體中斷處理之前要先初始化中斷向量，使其指向相）

25、在進入具體中斷處理之前要先初始化中斷向量，使其指向相應的中斷服務程序，但在此之前要先關中斷，以防接管中斷過應的中斷服務程序，但在此之前要先關中斷，以防接管中斷過程中發生中斷程中發生中斷3）在中斷服務程序入口處要立即開中斷，以允許較高優先級的）在中斷服務程序入口處要立即開中斷，以允許較高優先級的中斷產生中斷產生4）中斷服務程序的服務時間要盡量壓縮，以免干擾同級或低級）中斷服務程序的服務時間要盡量壓縮，以免干擾同級或低級中斷設備的工作中斷設備的工作5）由于）由于PC機中機中8259采用正常結束中斷，因此在中斷服務程序采用正常結束中斷，因此在中斷服務程序執行執行IRET返回前應向返回前應向8259發

26、結束中斷命令發結束中斷命令EOIMOV AL, 20H;使當前使當前ISR中的對應位復位中的對應位復位OUT 20H, ALIRET6）當編制替代系統原有中斷服務程序時，應保存好原中斷向量）當編制替代系統原有中斷服務程序時，應保存好原中斷向量的內容。在應用程序終止前恢復原有的中斷向量的內容。在應用程序終止前恢復原有的中斷向量7）中斷服務程序不要使用）中斷服務程序不要使用DOS系統功能調用（系統功能調用（INT 21H），因），因為為DOS不允許重入不允許重入F中斷服務程序的編程原則中斷服務程序的編程原則8）若中斷服務程序只為某個應用程序服務，則中斷服務程序可以）若中斷服務程序只為某個應用程序服

27、務，則中斷服務程序可以和主程序組裝成一個程序一起裝入內存，隨主程序結束而一起退和主程序組裝成一個程序一起裝入內存，隨主程序結束而一起退出內存出內存9）若中斷服務程序為多個應用程序服務，則中斷服務程序可以與）若中斷服務程序為多個應用程序服務，則中斷服務程序可以與一個初始化程序組裝成一個程序一起裝入內存，通過初始化程序一個初始化程序組裝成一個程序一起裝入內存，通過初始化程序的執行而將中斷服務程序駐留內存的執行而將中斷服務程序駐留內存F中斷服務程序的編程原則中斷服務程序的編程原則F中斷向量表的操作中斷向量表的操作讀寫轉段向量表不能使用讀寫轉段向量表不能使用MOV指令，而應調用相應的指令，而應調用相應

28、的DOS功能功能取中斷向量取中斷向量預置預置AH=35H, AL=中斷類型號中斷類型號執行執行INT 21H把類型號為把類型號為AL的中斷向量取出到的中斷向量取出到ES:BX中中設置中斷向量設置中斷向量預置預置AH=25H, AL=中斷類型號中斷類型號,DS:DX=中斷向量中斷向量執行執行INT 21H把把DS:DX指向的中斷向量放置到中斷向量表中類型號為指向的中斷向量放置到中斷向量表中類型號為AL的中斷向量處的中斷向量處F中斷向量表的操作中斷向量表的操作例：填寫中斷向量表，實現用戶所定義的例：填寫中斷向量表，實現用戶所定義的60H中斷中斷.CLIPUSH DSMOV AX, SEG INT6

29、0MOV DS, AXMOV DX, OFFSET INT60MOV AH, 25HMOV AL, 60HINT 21HPOP DSSTI.INT60 PROC FARIRETINT60 ENDP中斷服務中斷服務程序程序F中斷向量表的操作中斷向量表的操作例：用用戶定義的例：用用戶定義的中斷服務程序置換系統原有的中斷服務程序中斷服務程序置換系統原有的中斷服務程序DATA SEGMENT OLD_INT_SEG DW ?OLD_INT_OFF DW ?DATA ENDS.MOV AL, XXMOV AH, 35HINT 21HMOV OLD_INT_SEG, ESMOV OLD_INT_OFF,

30、BXCLIPUSH DSMOV AX, SEG NEW_INTMOV DS, AXMOV DX, OFFSET NEW_INTMOV AH, 25HMOV AL, XXINT 21HPOP DSSTICLIPUSH DSMOV AX, SEG OLD_INT_SEGMOV DS, AXMOV DX, OFFSET OLD_INT_OFFMOV AH, 25HMOV AL, XXINT 21H.F中斷服務程序的編程中斷服務程序的編程中斷入口中斷入口保護現場保護現場為中斷源服務部分為中斷源服務部分發中斷結束命令發中斷結束命令恢復現場恢復現場中斷返回中斷返回F中斷服務程序的駐留中斷服務程序的駐留IN

31、T 21H的的31H號功能號功能功能：實現程序駐留，返回功能：實現程序駐留，返回DOS入口參數：入口參數：AH=31H DX=被駐留程序的體積，單位是節，被駐留程序的體積，單位是節，1節節=16字節字節CODE SEGMENT ASSUME .START: JMP INITINT_PR PROC FAR STI PUSH 保護現場保護現場 中斷服務程序主體中斷服務程序主體 POP恢復現場恢復現場 MOV AL，20H OUT 20H， AL IRETINT_PR ENDPINTI： CLI 設置中斷向量設置中斷向量MOV AL, 0OUT 21H, ALSTIMOV AH, 31HMOV DX, (OFFSET INIT+15)/16+10HINT 21HCODE ENDS END STARTF中斷服務程序的駐留中斷服務程序的駐留8.4 保護模式的中斷處理保護模式的中斷處理保護模式下采用中斷描述符表保護模式下采用中斷描述符表IDT管理各級中斷管理各級中斷IDT中最多可以有中最多可以有256個描述符，對應于個描述符，對應于256個中斷個中斷/異常源異常源IDT表中的描述符包括了中斷服務程序的入口地址表中的描述符包括了中斷服務程序的入口地址信息信息IDT可置于內存的任意區域，其起始地址由中斷描可置于內存的任意區域，其起始地址由中斷描述符表寄存器述符表寄存器