《汇编语言》 第十二章 内中断

第12章 内中断

任何一个CPU，都具有一种能力，可以在执行完当前正在执行的指令后，监测到CPU外部发送过来的或者内部产生的一种特殊信息，并且可可以立即对所接收到的信息进行处理。这种特殊的信息，我们可以称其为：中断信息。

12.1 内中断的产生

当CPU内部有下面的情况发生的时候，将产生相应的中断信息，

1. 除法错误，比如，执行div指令产生的除法溢出；
2. 单步执行；
3. 执行into指令；
4. 执行int指令。

所有中断信息中必须包含识别来源的编码。8086CPU可称位中断类型码的数据来标示中断信息的来源。

中断类型码时一个字节型数据，可以表示256种中断信息的来源。

上述的4种中断源，在8086CPU中的中断类型码如下：

1. 除法错误：0
2. 单步执行：1
3. 执行into指令： 4
4. 执行int指令，该指令的格式为int n，指令中的n为字节型立即数，是提供给CPU的中断类型码。

12.2 中断处理程序

当中断发生时，这是我们要执行相关中断处理程序来处理中断任务，这个我们可以对不同的中断信息编写不同的处理程序。

CPU在收到中断信息后，应该转去执行该中断信息的处理程序。8086CPU在执行某处的程序，就要将CS：IP指向它的入口（即程序第一条指令的地址）。可见首要问题是：CPU在收到中断信息后，如何根据中断信息确定其程序的入口。

CPU的设计者必须在中断信息和其处理程序的肉蔻之间建立某种联系，使得CPU根据中断信息可以跳转到中断程序的执行入口，可以找到要执行的处理程序。

我们知道，中断嘻嘻中包含标识中断源的类型码。
类型码经过一系列计算就可以得出相关地址，而在这内存地址中，可以得出该中断处理程序的地址。

12.3 中断向量表

CPU用8位的中断类型码通过中断向量表找到相应的中断程序的入口地址。

我们知道地址需要偏移地址和段地址，每种地址需要两个字节，共需要4位。那么知道这些，表示的相关信息就很简单了。

中断处理程序的偏移地址： 中断号*4；段地址： 中断号*4+2，这样可以依次进行下去。

排列的顺序也符合，高位字存放段地址，低位字存放偏移地址。

中断向量表在内存中存放，对于8086PC机，中断向量表指令放在内存地址0处。从内存0000:0000到0000:03FF的1024个单元中存放着中断向量表，所以共可以表示256个中断码。

12.4 中断过程

通过上面的讲解，我们知道，可以用中断类型码，在中断向量表中找到中断处理程序的入口。找到这个入口地址的最终目的是用它设置CS和IP，使CPU执行中断处理程序。

下面，在CPU收到中断信息后，所引发的中断过程，

1. （从中断信息中）取得中断类型码；
2. 标志寄存器的值入栈（因为在中断过程中改变标志寄存器的值，所以先将其保存在栈中）；
3. 设置标志寄存器的第8位TF和第9位IF值为0（这一步的目的后面会介绍）；
4. CS的内容入栈；
5. IP的内容入栈；
6. 从内存地址中 中断码*4，中断码*4+2的两个字单元中读取中断处理程序的入口地址设置IP和CS。

注意，其他寄存器的内容并没有自动保存，所以，当调用中断程序程序前，我们应该手动保存相关地址。

更简洁的执行过程如下：

1. 获取中断类型码N；
2. pushf
3. TF=0，IF=0
4. push CS
5. push IP
6. （IP）=（N*4），（CS）=（N*4+2）

12.5 中断处理程序和iret指令

由于CPU随时都可能检测到中断信息，也就是说，CPU随时都可能执行中断处理程序，所以中断处理程序必须一直存储在内存段某空间中。而中断处理程序的入口地址，即中断向量，必须存储在对应的中断向量表表项中。

中断处理程序的编写方法和子程序编写方法类似，常有下面的步骤：

1. 保存用到的寄存器
2. 处理中断
3. 恢复用到的寄存器
4. 用iret指令返回

注意，这是一种标准化结构，并非必须按这样执行，但一般都最好按照这样的顺序来执行。

iret指令的功能用汇编语法表述为：

pop IP
pop CS
popf

其实地址和标志寄存器出栈的任务让它来完成即可。

12.6 除法错误中断的处理

代码

mov ax,1000h
mov bh,1
div bh

这时就会存在除法溢出错误，执行div bh后，我们从图中可以看出系统中的0号中段处理的功能：显示提示信息“Divide overflow”后，返回到操作系统中。

12.7 编写处理0号的中断

我们现在考虑改变一下0号中断处理程序的功能，即重新编写一个0号中断处理程序，它的功能是在屏幕中间显示“overflow！”，然后返回到操作系统中。

我们现在分析：

1. 到那个发生除法溢出的时候，产生0号信息中断，从而引发中断过程。
   此时，CPU将进行下列的工作

   1.取得中断码0
   2.标志寄存器入栈，TF，IF=0
   3.CS，IP入栈
   4.修改CS和IP地址

2. 可见，当中断0发生时，CPU将转去执行中断处理程序

   1.相关处理；
   2.项显示缓冲区送字符串“overglow！”；
   3.返回DOS
   我们现在将这段程序为do0.

3. 现在问题是，do0应该存放在内存中，因为除法溢出随时都可能发生。那么do0应该放在哪里呢？我们可以向操作系统申请一块内存，但我们学习汇编可并不想这样做。我们直接使用程序不会用到的一块内存区域即可。

前面讲到，内存0000:0000-0000:03FF，大小为1KB的空间是系统存放中断处理程序入口地址的中断向量表。支持256个中断，但实际上处理的远没有达到这么多，所以，我们可以使用这块区域来处理中断程序。

中断向量表是PC系统中最重要的内存区，只用来存放中断处理程序的入口地址，DOS系统和其他应用程序都不会随便使用这段地址。一般情况下，0200-02FF的256个字节的空间所对应的中断向量表示空的，操作系统不占用。

我们的结论是将程序放到这里，然后将这段程序的开头放入中断向量表中。

我们现在分析下来需要做以下这几件事情：
1. 编写可以显示“overflow！”的中断处理程序，do0；
2. 将do0送入0000:0200处；
3. 将do0的入口地址000:0200存储在零号中断表中。

程序的框架大体如下图：

    start:  do0安装程序
            设置中断向量表
            mov ax,4c00h
            int 21h

    do0:    显示字符串：“overflow！”
            mov ax,4c00h
            int 21hxz 

可以看出程序大概分为两部分：
1. 安装do0，设置中断向量程序。
2. do0,实际要传送的数据。

do0 start部分代码的最后两条指令是依照我们的变成要求，用来返回DOS的。我们并不需要计算机立刻来执行中断程序程序，这只是安装到内存中国的内容。

现在，我们从CPU的角度来看，什么事中断处理程序：

1. 程序12.1再执行时，被加载到内存中，它只是一段放在代码段中的一段要求被传送到其他单元中的数据。
2. 程序中安装do0的代码执行完后，我们也不能说它是中断处理程序，只是存放在内存的一段数据。
3. 程序中设置中断向量表的代码执行完成，在0号表项中填入了do0的入口地址。之后，当发生除法溢出错误后，CPU将执行do0的代码

下面我们来讨论一下具体的编写方法。

12.8 安装

我们可以使用movsb指令，将do0的代码我送入0：200处，程序如下：

assume cs:code
code segment

    start: 设置es：di指向目的地址
           设置ds：si指向源地址
           设置cx为传输地址
           设置传输方向为证
           rep movsb

           设置中断向量表

           mov ax，4c00h
           int 21h

    do0：    ·····
            ·····

code ends
end start

下面直接写出全部正确的程序，然后在一一说明：

assume cs:code

code segment
start:  mov ax,cs
        mov ds,ax
        mov si,offset do0
        mov es,ax
        mov di,200h
        cld
        mov cx,offset do0end - offset do0
        rep movsb
        设置中断向量表

        mov ax,4c00h
        int 21h

do0:    jmp short do0start ;注意：这步骤是必须要添加的，目的是把字符串也存储到内存中。
        db "overflow!"

do0start:   mov ax,cs
            mov ds,ax 
            mov si,202h ;这里来指向这个字符串，这个指令占两个字节。

            mov ax,0b800h
            mov es,ax
            mov di,12*160+36*2 ;设置es：di指向现存空间的中间位置

            mov cx，9

        s:  mov al,[si]
            mov es:[di],al
            inc si
            add di,2  ;这里di目的地址要加2，因为在现存中还有一个字节是存储显示的色彩的。
            loop s

            mov ax,4c00h
            int 21h

12.10 设置中断向量

现在要将程序的入口改为do0的在内存区域中安装好的地址，相关操作很简单。

mov ax,0
mov es,ax ;不能向地址中直接添加数字，必须使用寄存器。
mov word ptr es:[0*4],200h
mov word prt es:[0*4+2],0

注意，向内存中写入地址，必须使用“字操作”，而且偏移地址和段地址，所以，必须经过两次字操作。

12.11 单步中断

基本上，CPU在执行完一条指令之后，如果检测到标志寄存器的TF位为1，则产生单步中断，引发中断过程。单步中断的中断类型码为1，它引发的中断过程如下：

1. 取得中断类型码1；
2. 标志寄存器入栈，IF，TF=0；
3. CS，IP入栈;
4. （IP）=（1*4），（CS）-（1*4+2）。

如上所综，TF=1，则执行一条指令后，CPU就要去执行1号中断处理程序。
其实，Debug就是利用这样的原理，在让程序执行一条指令后，就停止执行转而去显示寄存器的状态。
每次执行一条指令后，设置TF=1，这样CPU就停止执行汇编程序，转而去来寄存器的状态，其实Debug就是利用这样的特性来实现对程序的调试和控制的。

当然，TF=1时，转而去执行中断程序，其实，这里TF并没有改变。跳转过程本身就是一条指令，当跳转完成后，TF=1，则又要进行下一次跳转，这样，就会陷入无限循环过程。
为了避免上述问题的发生，在开始跳转前，会将TF设置为0，避免了上述问题的发生。

这样，单步中断，为单步跟踪程序的执行过程，实现了控制机制。

12.12 响应中断的特殊情况

一般情况下，CPU在执行完当前指令后，如果检测到中断信息，就响应中断，引发中断过程。但是，有些情况下，当CPU响应中断信息，也不会立刻执行中断请求，这个，就不一一列举，就单独说明一点。

在执行完ss寄存器传送数据的指令后，即便发生中断，CPU也不会立刻向量。这样的主要原因是 SS：SP指向栈顶，而对它的设置应该是连续的。如果在执行完ss的指令后，CPU响应中断，要在栈中压入标志寄存器，这本身就并非IP的正确指向，而引起整个栈区的混乱，所以，在执行完SS后的指令，CPU并不会立刻响应中断请求，直到设置下步设置好IP之后。这样，SS：IP正确才能响应中断请求来向栈中压入标志寄存器的值。

mov ax,1000h
mov ss,ax
mov sp,0

而不应该

mov ax,1000h
mov ss,ax
mov ax,0
mov sp,ax

注意，SS：SP的操作应该是连续的。