可编程中断控制器8259A

微机接口技术——中断

中断的基本概念

中断：是指CPU在执行程序的过程中，由于某种外部或内部事件的作用，使CPU停止当前正在执行的程序而转去为该事件服务，待时间服务结束后，又能自动返回到被中止了的程序中继续执行的过程。

中断源：能够引发CPU中断的信息源

比如：8254 0#,由此引发的中断称为日时钟中断;

键盘接口,由此引发的中断称为键盘中断;

设备故障,由此引发的中断称为故障中断

中断的分类

• 外部中断 : 外部事件引发的中断

  • 即由CPU以外的设备发出，并由CPU的中断请求信号引脚输入所引发的中断称为外部中断，也叫硬件中断

• 内部中断 : 由CPU内部事件,即由CPU硬件故障或程序执行中的事件所引发的中断称为内部中断。

  ​ 拓展：又分为软件中断和异常

  • 软件中断 ： 执行有定义的INT n指令而引发的中断

    • BIOS中断
    • DOS中断
      • DOS专用中断
      • DOS保留中断
      • 用户可调用的DOS中断
      • 保留给用户开发的中断

  • 异常 ： 由于CPU本身故障、程序故障等引发的中断

    • 故障(Fault)
    • 陷阱(Trap)
    • 中止(Abort)

• 软件中断由于程序事先安排好,因此发生时间可预知；而外部中断和异常的发生是随机的。

中断系统 ：为实现中断而采取的硬件，软件措施

中断系统应具备的基本功能 ：

• 对于硬件中断，接口电路中应具备屏蔽和开放的功能，这种功能由程序员通过软件去控制。

• 能实现中断判优（中断排队），当有多个中断源提出请求时,应能优先响应高级别的中断。

• 能够实现中断嵌套，即高级别的中断源能够中断低级别的中断服务程序。

• 响应中断后，能自动转入中断处理，处理完毕能自动返回断点。

80X86 中断指令

1. 开中断指令 STI

   ​ 功能：使F寄存器中I标志置1,CPU处于开中断状态

2. 关中断指令 CLI

   ​ 功能：使F寄存器中I标志置0,CPU处于关中断状态。

3. 软件中断指令 INT n

   ​ 为中断类型码,n为0～255之间有定义的无符号整数。

   ​ 功能：无条件转向n型中断服务子程序

4. 中断返回指令 IRET

   ​ 功能：依次从栈顶弹出6个元素→ IP,CS,F

   ​ 如果栈顶是INT n的断口地址，则执行IRET后，返回断点，否则不能。

• IRET 是中断服务子程序的出口指令

• IRET和RET的区别

  • IRET从栈顶弹出6 个元素→ IP,CS,F

    远程RET,从栈顶弹出4个元素→ IP,CS

    近程RET,从栈顶弹出2个元素→IP

中断向量和中断向量表

• 中断系统是为实现中断而采取的软，硬件措施

• 中断指令，中断向量和中断向量表是实现中断的重要软件措施。

CPU依据中断向量号获取中断服务子程序入口地址，但在实模式下和保护模式下采用不同的途径:

1. 中断向量：中断向量是实模式下，中断服务子程序的入口地址

   它由2部分组成:

   • 服务程序所在代码段的段基址 2 个字节
   • 服务程序入口的偏移地址 2 个字节
   • 中断服务程序入口的物理地址 = $段基址(十六进制)\times 16+偏移地址(十六进制)$
     • $2^4=16$, 对于二进制就是左移4位, 对十六进制就是左移一位

2. 中断向量表: 所有中断向量的集合

3. 中断向量表的设置

   CPU规定：在实模式下，中断向量表需设置在系统的RAM最低端的1K单元（0 ～ 3FFH)

4. 中断向量表的表地址与中断类型的关系

   举个栗子 : 21H型中断向量：存放在84H～ 87H单元中

   ​ 问：9CH型中断向量存放在何处？

   解: ∵ $9CH\times 4=$ 10011100 00 $=270H$

   ​ ∴$9CH$型中断向量存于 $270H～273H$单元中

   注: $n\times 4=n的二进制后接00$ 即相当二进制后面接两个零, 相当于$2^2=4$

   十进制数后加0相当于乘以10; 同理, 二进制数后加0相当于乘以2.

• 每个入口占用4 Bytes (即每个中断向量占4字节)， 低字为段内偏移 ， 高字为段基址；
• 中断向量表大小为1 KB (即1024 Bytes) ， 共 256 个入口
  • 每个中断号对应的中断向量占4个字节, 有256个中断号, $4\times 256=1024$个字节, 即$1KB$.

例子:某中断的中断类型号为68H，试述中断操作过程。

​ 解：

​ ① 取中断类型号68H

​ ② 计算中断向量地址$68H\times 4=1A0H$

​ ③ 取中断入口地址 C S = A 000