12 可编程中断控制器

学习笔记
作者: MingXiao

12.1 中断

作用

  • 使CPU和外设在部分时间并行工作，提高CPU效率
  • 便于实时数据处理
  • 便于发现故障和处理
  • 调用中断例程，方便程序编写

外部中断

  • 不可屏蔽中断（NMI），如I/O校验位错误，掉电等紧急事件，不受IF=0的影响
  • 可屏蔽中断由8259A的INT引脚输出，连接到CPU的INTR，受IF=0的屏蔽

中断优先级

由高到低为

  1. 除法错（INT 0），INT N（N号中断），INTO（溢出错误），都是内部中断
  2. NMI
  3. INTR
  4. 单步中断-t

中断嵌套

当CPU正在处理中断时，有更高优先级的中断被挂起，CPU产生中断嵌套；深度没有限制，但是有堆栈的物理限制

如何实现？

  1. 进入中断后硬件会自动关闭中断
  2. 此时需要使用STI指令打开中断，才能嵌套
  3. 中断结束时，用EOI指令结束中断，用IRET返回到上一级中断/原程序

12.2 8259A的结构和功能

  • IR7-IR0：8级中断请求输入，优先级为IR0 - IR7，多片8259A级联时，从片的INT连接到IRi

  • INT：高电平有效，连接到CPU的INTR

  • INTA：中断响应应答输入，接收到CPU第二个INTA信号时将最高级别的中断请求码送出

  • A0：决定IO地址

  • CAS2-CAS0：级联信号引脚，主片输出，从片输入

  • SP/EN：非缓冲下，主片为1，从片为0；缓冲模式，EN作为外部数据总线缓冲器的启动信号

    缓冲模式：多片时大部分工作于此，少部分可以非缓冲

8259A内部存在4个8bit寄存器，分别是

  1. 中断请求寄存器（IRR），当外部IRi存在请求时，对应的位置为1，响应完为0，可以允许多个中断请求
  2. 中断屏蔽寄存器（IMR），存放屏蔽信息，当对应位置为1时，不响应IRi
  3. 中断服务寄存器（ISR），保存正在处理的中断，IRi被处理时，对应位置为1；多重中断时多个位置为1
  4. 优先级判决器（PR，resolver），判断IRi的优先级，还会判断新的中断能否打断正在执行的中断

由8259A引入的中断类型码

一共8个8bit中断类型码，其中D7-D3由用户编程决定，D2D1D0由IRi决定

8259A设置优先级的方式

  • 全嵌套方式
    • IRi具有固定的优先级，初始化后默认进入此方式
      • 中断响应后，ISR对应的bit置1，保持到终端结束，即使有嵌套，类型码N由DataBus送入CPU
    • CPU发出EOI指令，对应的ISR复位（置0）；也有自动中断命令AEOI，看芯片设置
    • 高级中断可以嵌套在低级中断中
  • 特殊嵌套方式：允许同级中断嵌套

中断屏蔽方式

  • 使用CLI指令屏蔽所有可屏蔽中断

  • 开中断时，存在两种屏蔽方式

    • 普通屏蔽：将IMR中的对应位置1
    • 特殊屏蔽：仅屏蔽本级中断，其他不屏蔽，不允许同级嵌套

  • 优先权管理

    1. 固定优先级：固定IR0-IR7的优先级
      1. 全嵌套方式：高级中断可以嵌套在低级中断中
      2. 特殊嵌套方式：允许同级嵌套
    2. 循环优先级：圆周循环，轮流处于最高优先级
      1. 自动循环方式：当前中断结束后自动变为最低，下一级变为最高，沿用了IR0-IR7的优先级排序
      2. 特殊循环方式：由编程决定优先级，也会循环

  • 中断结束方式

    1. 自动中断结束（AEOI）：第二个中断响应周期下降沿，ISRi置0
    2. 正常中断结束（EOI）：CPU发出EOI指令，将ISRi置0
    3. 特殊中断结束（SEOI）：CPU发送指定的ISRi置0
    4. 一般中断结束（SEOI）：8259A自动选择ISRi置0

12.3 编程控制：初始化命令字

初始化命令字是ICW1-ICW4，对8259A初始化，其中ICW3只在级联时使用

8259A一共有两个端口，根据A0的不同分为奇偶地址口，分别是**21H/20H（在XT机中）**

ICW1

ICW2

紧跟ICW1写入，但是是奇地址

其中

  • T7-T3用于确定中断类型码的D7-D3，如前文所述
  • T2-T0=000，由IRi决定

ICW3

A0=1，只在级联时使用，主片从片的格式不同，要和硬件搭配

注意主/从片的SP/EN接法

ICW4

8086CPU必须设置，A0=1；无ICW3时紧跟ICW2，有就跟3

12.4 编程控制：操作命令字

没有规定写入顺序，但是写入端口有规定

OCW1写入奇地址，OCW2,OCW3写入偶地址

OCW1

也称中断屏蔽字，直接对IMR的各位进行操作

如果是直接更改

mov al, 11111101B
out 21H, al

如果是新增

in al, 21H
and al, 11111101B
out 21H, al

OCW2

设置优先级循环方式和中断结束方式

OCW3



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