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8.1 中断的基本概念 8.2 可编程中断控制器 8259 8.3 中断服务程序的编程 8.4 保护模式的中断处理

第八章 中断与中断控制. 8.1 中断的基本概念 8.2 可编程中断控制器 8259 8.3 中断服务程序的编程 8.4 保护模式的中断处理. 8.1 中断的基本概念. 中断最初是作为处理器与外部设备交换信息的一种控制方式提出的。由此，最初的中断全部是对外部设备而言的，称为外部中断或硬件中断。 随着计算机技术的发展，中断的范围也随之扩大，出现了内部软件中断的概念，它是为解决机器内部运行时出现的异常以及为编程方便而提出的。. 外部中断或硬件中断通常称为 中断 ，软件中断或异常中断通常称为 异常 (Exception). 8.1 中断的基本概念.

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8.1 中断的基本概念 8.2 可编程中断控制器 8259 8.3 中断服务程序的编程 8.4 保护模式的中断处理

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  1. 第八章 中断与中断控制 • 8.1 中断的基本概念 • 8.2 可编程中断控制器8259 • 8.3 中断服务程序的编程 • 8.4 保护模式的中断处理

  2. 8.1 中断的基本概念 中断最初是作为处理器与外部设备交换信息的一种控制方式提出的。由此，最初的中断全部是对外部设备而言的，称为外部中断或硬件中断。 随着计算机技术的发展，中断的范围也随之扩大，出现了内部软件中断的概念，它是为解决机器内部运行时出现的异常以及为编程方便而提出的。 外部中断或硬件中断通常称为中断，软件中断或异常中断通常称为异常(Exception)

  3. 8.1 中断的基本概念 不论哪种中断都遵循同样的中断处理过程 当 前 程 序 中断响应 中断 服务 程序 中断 请求 中断源 程序断点 中断返回 中断：处理器暂停执行当前程序，转而处理随机发生的事件，处理 完毕后再返回到断点处继续执行原来程序的过程

  4. 中断的类型 • PC系列微机最多可以支持256种中断，它们被分为四种类型： • 内部中断和异常 • 软件中断 • 外部可屏蔽中断 • 外部非屏蔽中断 • 每个中断和异常都指定了一个类型号代表不同的优先级。 • 类型0表示最高优先级的中断，类型255最低优先级的中断

  5. 中断的类型 1. 内部中断和异常 为处理器执行某些操作而引起的中断，包括除法错误异常、单步调试中断、断点中断等 这类中断使用了0H~09H中的若干个中断号 内部中断和异常的例子 P. 218

  6. 中断的类型 2.软件中断 执行有定义的INT n指令而引发的中断，称为软件中断 有定义的 并非所有的中断号都有对应的中断服务程序 软件中断使用05H、10H~0FFH中的若干个中断号 软件中断进一步分为BIOS中断和DOS中断

  7. 中断的类型 3.外部可屏蔽中断 外部可屏蔽中断是处理器响应各种外部硬件中断的最常用的方法，通过CPU的INTR引脚产生 外部可屏蔽中断受处理器内部的中断允许标志位IF的控制 处理器以电平触发方式接受INTR请求，当每条指令结束时，若INTR为高电平且IF=1，则CPU响应相应I/O接口的中断请求。 处理器只有一个INTR引脚可以接受外部可屏蔽中断请求，为了管理众多的外部中断源，微机系统中采用可编程中断控制器8259。PC系列机通过两片8259级连可以响应15个外部中断源

  8. 中断的类型 4.外部非屏蔽中断 为外部紧急请求提供服务的中断，通过处理器的NMI引脚产生 NMI输入是上升沿触发的，只要NMI输入端上出现由0到1的跳变，一个中断服务请求就被锁存在Pentium中，与IF标志的状态无关 NMI有一个专用的类型号02H 使用非屏蔽中断的典型例子是电源故障中断

  9. 中断的优先级与中断嵌套 通常一个系统有多个中断源，而CPU同一时刻只能响应一个中断源的请求，那么当多个中断源同时请求中断服务时，应该先响应哪一个，有一个次序安排的问题。按中断源的轻重缓急程度确定的优先级别，称为优先级。 内部中断和异常 软件中断 外部非屏蔽中断 外部可屏蔽中断 优先级递增

  10. 中断的优先级与中断嵌套 当CPU正在响应某一中断源的请求，执行为其服务的中断服务程序时，如果有优先级更高的中断源发出请求，CPU将中止正在执行的中断服务程序而转入为新的中断源服务，等新的中断服务程序执行完后，再返回到被中止的中断服务程序，这一过程称为中断嵌套。 中断嵌套可以有多级，具体级数原则上不限，只取决于堆栈深度

  11. 中断的优先级与中断嵌套 1#中断 服务程序 2#中断 服务程序 3#中断 服务程序 原主程序 响应 响应 响应 1#中断请求 2#中断请求 3#中断请求 返回 返回 返回 中断优先级3#>2#>1#

  12. 中断向量 中断类型号通过一个地址指针表与中断服务程序的入口地址相联，在实模式下，该表称为中断向量表。 中断向量表包含256个中断向量。每个中断向量包含两个字（4个字节），高地址字为中断服务程序所在代码段的段基址，低地址字为代码段中中断服务程序第一条指令的偏移量。 实模式下，中断向量表存放在内存最低端的1K单元之中，物理地址00000H~003FFH P. 222

  13. 中断指令 • STI——开中断指令 • 将标志寄存器中的中断标志位IF置1，允许CPU响应来自INTR引脚的中断请求 • CLI——关中断指令 • 将标志寄存器中的中断标志位IF清0，使CPU不响应来自INTR引脚的中断请求

  14. 中断指令 • INT n——软件中断指令 • n为中断号。调用n号中断服务程序 • ①将标志寄存器压栈 • ②将TF置0，禁止单步操作，将IF置0，使CPU处于关中断状态 • ③断点的CS、IP压栈 • ④从中断向量表取n号中断向量 IP、CS • ⑤转向n号中断服务程序

  15. 中断指令 • IRET——中断返回指令 • 中断服务程序的出口指令，从栈顶弹出6个字节依次写入IP、CS和标志寄存器 • 在执行IRET之前必须保证栈顶是断点地址，否则执行IRET指令将导致系统瘫痪

  16. 8.2 可编程中断控制器8259A • 8259A是一种可编程中断控制器,有如下功能： • 一片Intel 8259可管理8个中断请求，并把当前优先级最高的中断请求送到CPU的INTR端。 • 当CPU响应中断时，为CPU提供中断类型码。 • 8个外部中断的优先级排列方式，可以通过对8259编程进行指定。也可以通过编程屏蔽某些中断请求，或者通过编程改变中断类型码。 • 允许9片8259级联，构成64级中断系统。 在PC/AT系列微机中，使用两片8259级联，构成15级中断

  17. 8259A的引脚与功能结构 P. 234 • D7~D0：数据线。用于与CPU之间传送命令、状态、中断类型码。 • ：读出信号。通知8259把某个内部寄存器的值送数据线D7~D0。 • ：写入信号。通知8259把数据线D7~D0上的值写入内部某个寄存器。

  18. 8259A的引脚与功能结构 • A0：选择内部寄存器的端口地址。 • 在标准AT机中，使用两片8259构成主从式中断系统， • 主8259的端口地址： 20H，21H • 从8259的端口地址： A0H，A1H • INT: 把IRQ7~IRQ0上的最高优先级请求传送到CPU的INTR引脚 • ：接收CPU的中断响应信号。CPU发出的中断响应信号为两个负脉冲。第一个负脉冲作为中断应答信号，第二个负脉冲到来时，8259从数据线D7~D0上发出中断类型码。

  19. 8259A的内部结构框图和中断工作过程 P. 235 IRR：中断请求寄存器 ISR：中断服务寄存器 IMR：中断屏蔽寄存器 PR：优先级判别器 中断过程执行步骤： P. 236

  20. 8259A的控制字格式 初始化命令字（ICW1~ICW4） ICW1~ICW4在初始化程序中设定，且在整个工作过程中保持不变。 ICW1~ICW4必须按顺序设定。 ICW1写入8259偶地址中（A0=0，在AT机中为20H/A0H），ICW2~ICW4写入8259奇地址中（A0=1，在AT机中为21H/A1H）。 P.238 图7.14

  21. 初始化命令字（ICW1~ICW4） • 1. ICW1 • 2. ICW2 • 3. ICW3 • ICW3设置主8259和从8259的联结关系（仅当ICW1中的SNGL=1，系统中有多片8259级联时，才设置ICW3）。 • 4. ICW4 • 规定8259的中断结束方式，中断嵌套方式，缓冲/非缓冲方式。 P. 237

  22. 初始化命令字（ICW1~ICW4） ICW1A EQU 20H ；主片端口地址 ICW2A EQU ICW1A+1 ICW3A EQU ICW2A ICW4A EQU ICW2A …... MOV AL，11H ；ICW1，边沿触发，多片，需ICW4 OUT ICW1A，AL NOP ；I/O端口延时 MOV AL，08H ；ICW2，中断类型码 OUT ICW2A，AL NOP MOV AL，04H ；ICW3，IR2接从片 OUT ICW3A，AL NOP MOV AL，01H ；ICW4，非缓冲，全嵌套，非自动结束 OUT ICW4A，AL NOP AT机中主片的初始化

  23. 操作命令字（OCW1~OCW3） OCW1~OCW3在应用程序中设置，且可设置多次。 OCW1~OCW3的设置次序无要求。 OCW1为奇地址（A0=1，AT机中为21H/A1H）,OCW2~OCW3为偶地址（A0=0，AT机中为20H/A0H）。

  24. 操作命令字（OCW1~OCW3） • 1. OCW1 • 中断屏蔽命令字IMR，当其中某位置1时，对应的IR请求被屏蔽。 • 例：使主8259的IR5屏蔽，程序为： • OCW1 EQU 21H ；主8259 OCW1的地址 • IN AL，OCW1 ；读出IMR • OR AL，00100000B ；屏蔽IR5 • OUT OCW1，AL

  25. 操作命令字（OCW1~OCW3） • 2. OCW2 • 设置中断优先级循环方式和中断结束方式 • 3. OCW3 • 多功能操作命令字 P. 241

  26. 操作命令字（OCW1~OCW3） • 3. OCW3 • 可以设置对8259内部寄存器读出命令 例：读IRR OCW3 EQU 20H IRR EQU OCW3 ISR EQU OCW3 MOV AL，0AH ；读出命令，P=0，RR=1，RIS=0，选IRR OUT OCW3，AL IN AL，IRR ；在AL中读得IRR的值

  27. 操作命令字（OCW1~OCW3） • 3. OCW3 • 可以设置对8259内部寄存器读出命令 例：读ISR OCW3 EQU 20H IRR EQU OCW3 ISR EQU OCW3 MOV AL，0BH ；读出命令，P=0，RR=1，RIS=1，选ISR OUT OCW3，AL IN AL，ISR

  28. 8259A应用举例 • PC/AT中，8259的使用情况为： • 2片8259级联，提供15级向量中断。从片的INT接主片的IR2。 • 端口地址：主片20H、21H，从片A0H、A1H。 • 主片和从片均采用边沿触发。 • 采用全嵌套优先级排列方式 • 采用非缓冲方式，主片 接+5V,从片 接地。 • 主片的类型码为08H~0FH，从片的类型码为70H~77H。

  29. 8259A应用举例

  30. 8259A应用举例

  31. 8259A应用举例 ICW1A EQU 20H ；主片端口地址 ICW2A EQU ICW1A+1 ICW3A EQU ICW2A ICW4A EQU ICW2A ICW1B EQU 0A0H ；从片端口地址 ICW2B EQU ICW1B+1 ICW3B EQU ICW2B ICW4B EQU ICW2B ；----------- 主片8259A------------ MOV AL，11H ；ICW1，边沿触发，多片，需ICW4 OUT ICW1A，AL NOP ；I/O端口延时 MOV AL，08H ；ICW2，中断类型码 OUT ICW2A，AL NOP MOV AL，04H ；ICW3，IR2接从片 OUT ICW3A，AL NOP MOV AL，01H ；ICW4，非缓冲，全嵌套，非自动结束 OUT ICW4A，AL NOP ；----------- 从片8259A------------ MOV AL，11H ；ICW1，边沿触发，多片，需ICW4 OUT ICW1B，AL NOP MOV AL，70H ；ICW2，中断类型码 OUT ICW2B，AL NOP MOV AL，02H ；ICW3，INT接主片的IR2 OUT ICW3B，AL NOP MOV AL，01H ；ICW4，非缓冲，全嵌套，非自动结束 OUT ICW4B，AL NOP PC/AT机主、从8259的初始化程序

  32. 8.3 中断服务程序的编程 • 中断服务程序的编程原则 1）中断是异步发生的，进入响应时并不考虑当前运行状态。因此中断服务程序必须保护现场 2）在进入具体中断处理之前要先初始化中断向量，使其指向相应的中断服务程序，但在此之前要先关中断，以防接管中断过程中发生中断 3）在中断服务程序入口处要立即开中断，以允许较高优先级的中断产生 4）中断服务程序的服务时间要尽量压缩，以免干扰同级或低级中断设备的工作

  33. 中断服务程序的编程原则 • 5）由于PC机中8259采用正常结束中断，因此在中断服务程序执行IRET返回前应向8259发结束中断命令EOI • MOV AL, 20H ;使当前ISR中的对应位复位 • OUT 20H, AL • IRET • 6）当编制替代系统原有中断服务程序时，应保存好原中断向量的内容。在应用程序终止前恢复原有的中断向量 • 7）中断服务程序不要使用DOS系统功能调用（INT 21H），因为DOS不允许重入

  34. 中断服务程序的编程原则 8）若中断服务程序只为某个应用程序服务，则中断服务程序可以和主程序组装成一个程序一起装入内存，随主程序结束而一起退出内存 9）若中断服务程序为多个应用程序服务，则中断服务程序可以与一个初始化程序组装成一个程序一起装入内存，通过初始化程序的执行而将中断服务程序驻留内存

  35. 中断向量表的操作 • 读写转段向量表不能使用MOV指令，而应调用相应的DOS功能 • 取中断向量 • 预置AH=35H, AL=中断类型号 • 执行INT 21H • ——把类型号为AL的中断向量取出到ES:BX中 • 设置中断向量 • 预置AH=25H, AL=中断类型号,DS:DX=中断向量 • 执行INT 21H • ——把DS:DX指向的中断向量放置到中断向量表中类型号为AL的中断向量处

  36. 中断向量表的操作 例：填写中断向量表，实现用户所定义的60H中断 …... CLI PUSH DS MOV AX, SEG INT60 MOV DS, AX MOV DX, OFFSET INT60 MOV AH, 25H MOV AL, 60H INT 21H POP DS STI …... • INT60 PROC FAR • …… • IRET • INT60 ENDP 中断服务 程序

  37. 中断向量表的操作 • 例：用用户定义的中断服务程序置换系统原有的中断服务程序 • DATA SEGMENT • OLD_INT_SEG DW ? • OLD_INT_OFF DW ? • … • DATA ENDS • …. • MOV AL, XX • MOV AH, 35H • INT 21H • MOV OLD_INT_SEG, ES • MOV OLD_INT_OFF, BX • CLI • PUSH DS • MOV AX, SEG NEW_INT • MOV DS, AX • MOV DX, OFFSET NEW_INT • MOV AH, 25H MOV AL, XX INT 21H POP DS STI …… CLI PUSH DS MOV AX, SEG OLD_INT_SEG MOV DS, AX MOV DX, OFFSET OLD_INT_OFF MOV AH, 25H MOV AL, XX INT 21H …...

  38. 中断服务程序的编程 中断入口 保护现场 为中断源服务部分 发中断结束命令 恢复现场 中断返回

  39. 中断服务程序的驻留 INT 21H的31H号功能 功能：实现程序驻留，返回DOS 入口参数：AH=31H DX=被驻留程序的体积，单位是节，1节=16字节

  40. 中断服务程序的驻留 • CODE SEGMENT • ASSUME …. • START: JMP INIT • INT_PR PROC FAR • STI • PUSH …保护现场 • ……中断服务程序主体 • POP…恢复现场 • MOV AL，20H • OUT 20H， AL • IRET • INT_PR ENDP • INTI： CLI • 设置中断向量 MOV AL, 0 OUT 21H, AL STI MOV AH, 31H MOV DX, (OFFSET INIT+15)/16+10H INT 21H CODE ENDS END START

  41. 8.4 保护模式的中断处理 • 保护模式下采用中断描述符表IDT管理各级中断 • IDT中最多可以有256个描述符，对应于256个中断/异常源 • IDT表中的描述符包括了中断服务程序的入口地址信息 • IDT可置于内存的任意区域，其起始地址由中断描述符表寄存器(IDTR)设置

  42. 8.4 保护模式的中断处理 • IDT表中的描述符一般是中断门和陷阱门，中断门对应外部硬件中断，陷阱门对应内部软件中断或异常 门描述符的格式

  43. 8.4 保护模式的中断处理 访问权限字节 7 6 5 4 3 2 1 0 P DPL 0 TYPE 中断门TYPE=1110 陷阱门TYPE=1111

  44. 8.4 保护模式的中断处理 SIDT指令——存储中断描述符表寄存器 IDTREG DB 6 DUP(?) …... SGDT IDTREG 将IDTR的内容复制到由IDTREG指定的内存中的6个字节中 LIDT指令——装入中断描述符表寄存器 IDTREG DW 01FFH,0000H,0001H …... LIDT IDTREG 将由IDTREG指定的内存中的6字节操作数装入IDTR中

  45. 8.4 保护模式的中断处理

  46. 作业 1.执行下述指令片段后，IDT装在内存的什么地址？表的长度是多少？表中可以存放多少个门描述符？ IDT_TABLE DW 01FFH,0000H,0001H …... LIDT IDTREG 2.假设8259的端口地址为50H、51H，试编写一段程序，将8259中的IRR、ISR、IMR的内容读出送至存储器中REG_ARR开始的内存单元 中 3.某微机系统采用三片8259级连使用，一片为主，两片为从，从片分别接入主片的IR2和IR4，试画出该系统的硬件连接图。 4.某微机系统只有一片8259，其端口地址为02C0H、02C1H，试编写初始化程序，要求1）中断请求输入采用电平触发，2）IR0的中断类型码是16，3）采用缓冲器方式，4）采用普通的EOI命令

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