中斷的基本概念

8086的中斷系統可編程中斷控制器8259A及其應用

第8章中斷系統與可編程中斷控制器8259A一、中斷系統中的名詞概念

中斷是指CPU暫停正在執行的程序，轉去執行處理中斷事件的中斷服務程序，待執行完中斷服務程序再返回到原被中斷的程序繼續執行。1、中斷8.1 中斷的基本概念

2、中斷源及分類內部中斷源：中斷源位于微處理器內部，如程序異常、陷阱中斷、軟件中斷等外部中斷源：中斷源在微處理器的外部，如外部故障、外部事件、I/O事件等通常稱引起中斷的事件為中斷源。8.1 中斷的基本概念

3、中斷類型號

為了能使CPU識別中斷源，從而能正確地轉向該中斷源對應的中斷服務程序入口，通常用若干位二進制編碼來給中斷源編號，該編號稱為中斷類型號。4、中斷斷點

由于中斷的發生，某個程序被暫停執行。該程序中即將執行，但由于中斷而沒有被執行的那條指令（即中斷發生時CPU正在執行指令的下一條指令）的地址稱為中斷斷點，簡稱斷點。8.1 中斷的基本概念

5、中斷服務程序

中斷服務程序：處理中斷事件的程序段。如除法錯中斷服務程序、輸入輸出中斷服務程序等。中斷服務程序與一般的子程序對比：子程序的調用是由程序設定，因此是確定的而中斷服務程序由某個事件引發，它的發生往往是隨機的、不確定的。6、中斷系統

為實現計算機的中斷功能而配置的相關硬件、軟件的集合稱為中斷系統。二、中斷工作方式的特點●并行處理能力

●實時處理能力

●故障處理能力

●多道程序或多重任務的運行

8.1 中斷的基本概念

三、中斷管理1、對中斷全過程的控制

中斷源發出中斷請求時，微處理器能決定是否響應這一中斷。若允許響應這個中斷請求，微處理器能在保護斷點后，將控制轉移到相應的中斷服務程序去，中斷處理完后，微處理器又能返回到斷點處繼續執行被中斷的程序。8.1 中斷的基本概念

2、中斷源的識別

在多個中斷源共存的系統中，當有中斷發生時，CPU需要識別是那個中斷源發出的請求。軟件方法：軟件查詢中斷源的狀態來識別。硬件方法：需硬件提供中斷類型號來識別。8.1 中斷的基本概念

3、中斷的優先權

對于系統中的所有中斷源，必須根據中斷的性質及處理的輕重緩急對中斷源進行排隊，并給予優先權。所謂優先權，是指有多個中斷源同時提出中斷請求時，微處理器響應中斷的優先次序。8.1 中斷的基本概念

4、中斷嵌套

微處理器在處理級別低的中斷過程中，如果出現了級別高的中斷請求，微處理器停止執行低級中斷的處理程序而去處理高優先級中斷，等高級中斷處理完畢后，再接著執行低級的未處理完的程序，這種中斷處理方式為中斷嵌套。四、中斷過程

對于不同類型的中斷源，微處理器的響應及處理過程不完全一樣，大致過程為：中斷源請求中斷中斷響應中斷服務8.1 中斷的基本概念

1、中斷源請求中斷①外部中斷源。由外部硬件產生可屏蔽或不可屏蔽中斷的請求信號。②內部中斷源。在程序運行過程中發生了指令異?；蚱渌闆r。8.1 中斷的基本概念

2、中斷響應

（1）響應可屏蔽中斷條件：

①微處理器處于中斷允許狀態（IF=1）。

②沒有不可屏蔽中斷請求和總線請求。

③當前指令執行結束。（2）響應不可屏蔽中斷條件：

①沒有總線請求。

②當前指令執行結束。（3）響應內部中斷條件：當前指令執行結束識別中斷源FLAGS，CS，IP進棧清TF，IF標志讀中斷向量，轉入中斷服務程序開中斷中斷處理關中斷恢復現場中斷返回主程序保護現場斷點中斷響應周期中斷服務程序中斷響應過程如下：8.1 中斷的基本概念

3、中斷服務（1）保護現場保護中斷服務時要使用的寄存器的內容。（2）開中斷（3）中斷處理執行輸入輸出或非常事件的處理。（4）關中斷保證在恢復現場時不被新的中斷打擾。（5）恢復現場（6）返回

在中斷服務程序的最后，需要安排一條中斷返回指令，使程序回到被中斷的地址。一、8086微處理器的中斷類型

外部中斷中斷

內部中斷

8.2 8086的中斷系統

8086用8位二進制碼表示一個中斷類型，共有256個中斷，可分為兩大類：可屏蔽中斷非可屏蔽中斷除法錯中斷單步中斷斷點中斷溢出中斷軟中斷8086中斷結構

除法出錯中斷、INTn和INTO指令的優先級最高，其次為不可屏蔽中斷NMI，再者為可屏蔽中斷INTR，單步中斷的優先級最低。8.2 8086的中斷系統1、外部可屏蔽中斷

可屏蔽中斷由INTR引入，受標志寄存器中的中斷允許標志位IF的控制。IF=0時，微處理器不響應INTR的中斷請求，IF=1時，微處理器響應INTR的中斷請求。8086的可屏蔽中斷源由中斷控制器8259A統一管理，INTR中斷的類型碼可以是8~255。8.2 8086的中斷系統2、外部不可屏蔽中斷

不可屏蔽中斷由NMI引腳引入，微處理器對NMI中斷請求的響應，不受中斷允許標志位IF控制。不管IF的狀態如何，只要NMI信號有效，8086現行指令執行結束，沒有DMA請求，都會立即響應NMI中斷請求。NMI中斷類型碼固定為2。8.2 8086的中斷系統(1)除法錯中斷

在執行DIV（無符號數除法）或IDIV（有符號數除法）指令時，若發現除數為零或商超過寄存器所能表達的范圍（商溢出），8086微處理器立即執行中斷類型碼為0的內部中斷。3、內部中斷8.2 8086的中斷系統(2)單步中斷8086標志寄存器中有一個陷阱標志位TF，若TF=1，則微處理器每執行完一條指令就引起一個中斷類型碼為1的內部中斷。它用于實現單步操作，是一種強有力的調試手段。(3)斷點中斷INT3指令產生一個中斷碼為3的內部中斷，稱為斷點中斷。在程序調試過程中，需要跟蹤程序走向、了解程序執行過程的中間結果時，可以用INT3指令臨時替換原有的指令，稱為設置斷點。4、溢出中斷8086標志寄存器中有一個溢出標志位OF，若上一條指令的執行結果使OF=1，則INTO指令引起中斷類型碼為4的內部中斷；否則此指令不起作用，程序順序執行下一條指令。5、軟中斷

用戶可以用INTn指令產生一個中斷，n為中斷類型碼。如DOS系統功能調用INT21H指令的中斷類型碼為21H。8.2 8086的中斷系統二、8086微處理器的中斷向量表中斷向量：也稱為中斷指針，就是中斷服務程序的入口地址中斷向量表：它是中斷類型號與它對應的中斷服務程序入口地址之間的換算表。8086的中斷向量表占用存儲器從00000H開始的最低地址區的1024個單元，每個中斷向量占用4B，故可存256個中斷向量。8.2 8086的中斷系統中斷向量表的結構三、8086微處理器的中斷響應及返回1、可屏蔽中斷的響應操作①等待當前指令結束，然后進入中斷響應周期；②從微處理器外部的中斷控制邏輯獲得中斷類型號；③當前的PSW、CS和IP的內容依次壓入堆棧；④清除PSW中的IF位和TF位；⑤把中斷服務程序的入口地址置入IP和CS，即把地址為4n和4n+1兩個單元的16位數作為中斷服務程序入口的偏移地址置入IP,

把地址為4n+2和4n+3兩個單元的16位數作為服務程序的段地址置入CS。2、非可屏蔽中斷的響應操作CPU對它的響應不受IF位的控制，也要等待當前指令執行結束。若非可屏蔽中斷請求和可屏蔽中斷請求同時出現，CPU將優先響應非可屏蔽中斷。非可屏蔽中斷的中斷類型號固定為2，無需從外部取回一個字節的中斷類型號操作。非可屏蔽中斷響應的其它操作和可屏蔽中斷相同。8.2 8086的中斷系統3、內部中斷的響應過程

內部中斷響應操作有以下共同點：①中斷類型號要么是指令碼給定的，要么是處理器硬件決定的，都不需要從外部邏輯輸入。②沒有INTA信號的響應周期。③不受IF位的控制，但單步中斷受TF位控制。④除單步中斷之外，其它內部中斷都比外部中斷優先響應。除上述特點外，內部中斷響應也要執行可屏蔽中斷響應的③、④和⑤項操作。8.2 8086的中斷系統作業

P264-265：

8.1、8.4中斷控制器的功能：接收外部中斷請求，向微處理器發送中斷請求；進行優先權級別的判斷，把當前優先權最高的中斷源的中斷類型號送往微處理器；處理器響應中斷，進入中斷服務后，當優先權更高的外部中斷請求產生時，中斷控制器能夠實現中斷的嵌套；對于優先權較低的中斷請求則予以屏蔽。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用一、8259A的引腳功能CAS2~CAS0:級聯線IR7~IR0:外設向8259A發出的中斷請求信號。SP/EN:主從設備設定/緩沖器讀寫控制。A0:用于選擇內部端口。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用二、8259A的內部結構及功能模塊8259A內部結構圖8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用1、中斷請求寄存器（IRR）IRR是一個8位的鎖存器，用來鎖存外部設備送來的IR7~IR0中斷請求信號。當外部中斷請求線IRi有中斷請求時，IRR中與之對應的第i位被置1。這個寄存器的內容可以被微處理器讀出。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用2、中斷屏蔽寄存器（IMR）IMR是一個8位的寄存器，用于設置中斷請求的屏蔽信號。此寄存器的第i位被置1時，與之對應的外部中斷請求線IRi被屏蔽，不能向微處理器發出INT信號?？赏ㄟ^軟件設置IMR內容，確定每一個中斷請求的屏蔽狀態。設置IMR也可以起到改變中斷請求的優先級的效果。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用3、中斷服務狀態寄存器（ISR）ISR是一個8位的寄存器，用于記錄當前正在被服務的所有中斷級，包括尚未服務完而中途被更高優先級打斷的中斷級。若微處理器響應了IRi中斷請求，則ISR中與之對應的第i位置1。該中斷處理結束前，要使用指令清除這一位。此寄存器的內容可以被微處理器讀出。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用4、優先權處理器

優先權處理器用于識別和管理各中斷請求信號的優先級別。當幾個中斷請求信號同時出現時，微處理器響應中斷請求時，把優先權最高的IRR中的“1”送入ISR。當8259A正在為某一級中斷服務時，若又出現新的中斷請求，由優先權處理器判斷新出現的中斷請求的優先級別并決定是否進入多重中斷處理。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用5、控制邏輯

在8259A的控制邏輯電路中，有一組初始化命令字寄存器ICW1~ICW4和一組操作命令字寄存器OCW1~OCW3。初始化命令字在系統初始化時置入，工作過程中一般保持不變。操作命令字在工作過程中根據需要設定。控制邏輯電路按照編程設定的工作方式管理8259A的全部工作。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用6、數據總線緩沖器

這是一個8位的雙向三態緩沖器，是8259A與系統數據總線的接口。8259A通過數據總線緩沖器接收微處理器發來的控制字，也通過數據總線緩沖器向微處理器發送中斷類型碼和狀態信息。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用7、讀寫控制邏輯D4D3讀寫操作0000000111110000001x01xx數據總線→OCW2數據總線→OCW3數據總線→ICW1數據總線→ICW2，ICW3，ICW4，OCW100010011IRR或ISR或中斷級別編碼→數據總線IMR→數據總線8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用

系統需要擴展而使用多個8259A時，要有一個8259A作為主器件而其他的作為從器件。級聯緩沖/比較器在級聯方式的主/從結構中，用來控制8259A的級聯。與此部件相關的有3根級聯線CAS2~CAS0和1根主從設備設定/緩沖器讀寫控制線/。8、級聯緩沖/比較器

8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用三、8259A的工作方式1、8259A的工作過程①中斷源在中斷請求輸入端IR0~IR7上產生中斷請求；②中斷請求被鎖存在IRR中，并經IMR“屏蔽”，其結果送給優先權電路判斷；③控制邏輯接收中斷請求，向微處理器輸出INT信號；④微處理器從INTR引腳接受8259A的INT信號，進入連續兩個INTA周期；⑤優先權電路檢出優先權最高的中斷請求位，設置ISR中的對應位；⑦8086CPU讀取該中斷類型號，轉移到相應的中斷處理程序；⑧在中斷處理結束前，中斷處理程序向8259A發送一個EOI（中斷結束）命令，使ISR相應位復位，本次中斷到此結束。⑥若8259A作為主控中斷控制器，則在第一個INTA周期將級聯地址從CAS2~CAS0送出,若8259A是單獨使用或是由CAS2~CAS0選擇的從屬控制器，就在第二個INTA周期將一個中斷類型號輸出到低8位數據總線上；2、8259A的優先權管理(1）固定優先級

這種方式下各個中斷源的優先級由它所連接的引腳編號決定，一旦連接，其優先級就已確定。具體有全嵌套方式和特殊全嵌套方式兩種。

全嵌套方式下，中斷優先權的級別是固定的，IR0優先權最高，IR1~IR6逐級次之，IR7最低。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用

特殊全嵌套方式一般用于8259A級聯的情況。系統中有多片8259A，一片為主片，其他為從片。從片上的8個中斷請求通過它的INT引腳連接到主片的某個中斷請求輸入端IRi上。從片上的8個中斷請求有不同的優先級，但從主片看來，這些中斷請求來自同一個引腳，屬于同一級別。假設從片工作在全嵌套方式，先后收到了兩次中斷請求，而且第二次中斷請求有較高的優先級，那么該從片就會兩次通過INT引腳向上一級申請中斷。如果主片采用全嵌套方式，則它不會響應來自同一個引腳的第二次中斷請求。而采用特殊全嵌套方式后，就會響應該請求。(2)循環優先級

這種方式下，各個中斷申請具有大體相同的優先級。它分為自動循環方式和優先權特殊循環方式。

在優先權自動循環方式下，某一個中斷源受到中斷服務后，它的優先權自動降為最低，而與之相鄰的優先級升為最高。8259A在設置優先權自動循環方式之初，總是自動規定IR0具有最高優先權，IR7具有最低優先權。

優先權特殊循環方式與優先權自動循環方式僅有一處不同：在優先權自動循環方式下，一開始的最高優先權固定為IR0；而在優先權特殊循環方式下，由編程確定最初的最低優先權，從而也就確定了最高優先權。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用3、8259A中斷屏蔽方式

普通屏蔽方式和特殊屏蔽方式。

普通屏蔽方式是將中斷屏蔽字寫入IMR而實現的。某位為“1”，對應位中斷請求被屏蔽；為“0”則開放。

特殊屏蔽方式是用于這樣一種特殊要求的場合：在執行較高級的中斷服務時，由于某種特殊原因，希望開放較低級別的中斷請求。采用特殊屏蔽方式并用屏蔽字對IMR中某一位置“1”，會同時使ISR中對應位清“0”，這樣不但屏蔽了當前正在服務的較高中斷級，同時真正開放了其他優先權較低的中斷級。4、8259A中斷結束方式

中斷結束的方式：自動中斷結束方式（AEOI）和非自動中斷結束方式（EOI）。

中斷服務完成時，必須給8259A一個命令，使這個中斷級在ISR中的相應位清“0”，表示該中斷處理已經結束。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用

自動中斷結束方式（AEOI）：

在這種方式下，系統一旦進入中斷響應，8259A就在第二個中斷響應周期INTA信號的后沿，自動將ISR中被響應中斷級的對應位清“0”。這是一種最簡單的中斷結束處理方式，可以通過初始化命令來設定。這種方式只能用在系統中只有一個8259A，且多個中斷不會嵌套的情況。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用

非自動中斷結束方式（EOI）：

在這種工作方式下，從中斷服務程序返回前，必須在程序里向8259A輸出一個中斷結束命令（EOI），把ISR對應位清“0”。具體有兩種：

一般的中斷結束方式。指令內不指定清除ISR中的哪一位，由8259A自動選擇優先權最高的位。

特殊的中斷結束EOI命令。在指令內指明要清除ISR中某一位。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用5、8259A的查詢工作方式8259A工作在程序查詢方式時，8259A不向微處理器發INT信號，微處理器通過查詢8259A了解有無中斷。查詢字格式為：

I××××W2W1W0I=1表示有中斷請求，I=0表示沒有中斷請求。W2W1W0表示8259A請求服務的最高優先級編碼。若有，根據W2W1W0的值轉移到對應的中斷服務程序去。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用6、讀8259A的狀態8259A內部的IRR、ISR和IMR的狀態可以通過適當的讀命令讀到微處理器中，以了解8259A的工作情況。上述的各種工作方式，都是通過8259A的初始化命令字(ICW1~ICW4)和操作命令字(OCW1~OCW3)來設定的。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用四、8259A的編程8259的編程分為兩個階段：初始化階段和操作階段。初始化階段應該在系統加電或復位后由初始化程序完成。用輸出指令向8259置入初始化命令。操作階段，用輸出指令向8259發適當的操作命令字，實現對8259的狀態、中斷方式和過程的控制。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用初始化編程的任務：第一、設定中斷請求信號的有效形式，即高電平有效，還是低電平向高電平跳變的上升沿有效；第二、是單片工作方式還是級聯工作方式；第三、設定8259管理的中斷類型號基值，即0級中斷IR0對應的中斷類型號，當中斷請求響應時,得到中斷向量表中相應的地址；第四、設定各級的優先排序規則；第五、設定一次中斷處理結束時的結束操作規則。通過向8259發初始化命令字ICW實現。1、初始化命令字ICW8259A有4個初始化命令字寄存器ICW1~ICW4。8259A開始工作時，必須對它寫入初始化命令字，使它按預定的工作方式工作。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用（1）初始化命令字ICW1：格式：設置ICW1需要I/O地址為A0=0。

D7D6D5D4D3D2D1D0×××1LTIM0SNGLIC4其中：×表示無關位，可以是任意值；

LTIM=1:表示有效的中斷請求信號是高電平，為0是低電平向高電平跳變的上升沿；

SNGL=1:表示單片工作，為0多片級聯;IC4=1:表示在后面程序還要設置初始化命令ICW4，為0不再設置ICW4;D4=1:是ICW1的特征標志(2)初始化命令字ICW2

用于設置中斷類型號基值。格式為：

D7D6D5D4D3D2D1D0T7T6T5T4T3000其中：低3位必須為0；若兩片8259A的中斷類型號基值分別為08H和70H，ICW2的高5位T7～T3分別為00001和01110。

設置ICW2的地址為A0=1。初始化命令字ICW2說明：①外中斷的中斷類型號是在中斷需要期間由8259提供的；②

8259是根據初始化過程中用ICW2命令置入的中斷類型號基值來提供中斷類型號。③

IR0對應的中斷類型號是中斷類型號基值，一定能被8整除的正整數。8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用（3）初始化命令字ICW3

專為級聯而設置的。當只有一片8259A（即設ICW1的D1位為1），則不設置ICW3；當多于一片時，將主片和從片的ICW1中D1位設置為0；且在設置ICW2之后向A0=1地址設置的才是ICW3。

D7D6D5D4D3D2D1D0S7S6S5S4S3S2S1S0Si=1，表示對應的IRi引腳輸入來自從片8259A的INT輸出（即該引腳被從片8259A級聯）；為0表示對應的IRi輸入來自中斷源。ICW3（從屬）00000該3位的編碼對應從屬8259接主控IR的編號

例如：從屬芯片接到主控芯片的IR2上，則從屬芯片的ICW3對應的是02H；主片中設置的ICW3為00000100。

初始化命令字ICW4：只有ICW1的IC4位為1才能設置ICW4，格式為：

D7D6D5D4D3D2D1D0000SFNMBUFM/SAEOIμPM1－中斷自動結束0－中斷正常結束0×非緩沖方式10緩沖方式/從片11緩沖方式/主片1－特殊全嵌套方法0－正常全嵌套方法1－8086/8088方式0－8080/8085方式8.3 可編程中斷控制器8259A及其應用8259初始化命令字設置次序：ICW1ICW2SNGL=1?ICW3NY地址A0＝0（20H）A0＝1（21H）A0＝1（21H）A0＝1（21H）IC4=1?YICW4N2、操作命令字OCW

系統運行中可以向8259發操作命令字，對8259A管理中斷的方式進行修改和設定；8259A共有OCW1、OCW2和OCW3三個操作控制字。與初始化命令字ICW不同，OCW不是按照既定流程寫入，而是按需要選擇寫入。(1)操作控制字OCW1

用于設置屏蔽狀態。用輸出指令把OCW1發送到IMR中斷屏蔽寄存器IMR中為1的位對應的中斷級的輸入線IR處于被屏蔽狀態。被屏蔽的中斷級請求不能使8259的INT輸出端產生有效的請求信號。設置OCW1的I/O地址是A0＝1。OCW1格式為：D7D6D5D4D3D2D1D01：屏蔽響應的IR

0：允許相應的IR中斷

例如：將42H寫入OCW1，則IR6和IR1被屏蔽，而IR0、IR2、IR3、IR4、IR5和IR7允許中斷。

向地址A0=1發的OCW1是屏蔽字，對同一地址的輸入指令將讀回OCW1設置的屏蔽字。（2）操作控制字OCW2

用來改變/設置中斷優先級模式和發送中斷結束命令。設置OCW2地址的是A0＝0。格式為：RSLEOI00L2L1L0

指定中斷級

0000

0011

...

1117

R=0固定優先權

R=1循環優先權

SL=0表明L2、L1、LO無意義

SL=1表明L2、L1、LO有意義

EOI=1向8259A發中斷結束命令；EOI=0這位不起作用（3）操作控制字OCW3

用于管理特殊的屏蔽方式和查詢方法。設置OCW3地址的是A0＝0。

D7D6D5D4D3D2D1D00ESMMSMM01PRRRIS

它的特征標識為D4D3＝01ESMM：特殊屏蔽方式，為1允許特殊屏蔽方式SMM：特殊屏蔽方式標識，1表示特殊屏蔽方式，0表示非特殊屏蔽方式ESMM為1，SMM為才有意義，否則無意義。D7D6D5D4D3D2D1D00ESMMSMM01PRRRISP：管理查詢方式，1表示向8259A發查詢命令

0表示不發查詢命令RR、RIS：控制讀出8259內部寄存器IRR和ISR

的內容，10、11讀寄存器IRR、ISR

的命令；00、01無意義，其中