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ch8中断8259

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中断8259

1.解释概念：中断，可屏蔽中断，非屏蔽中断，中断类型号，中断向量，中断向量表，

  • 中断：处理器暂停执行当前程序，转处理随机发生事件，后返回到断点处继续执行原来程序

    中断优先级依次降低:

    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

    单步中断

  • 外部中断: (CPU通过8259A芯片管理外部中断)

    通过CPU的INTR管脚申请的中断请求，如：键盘中断、打印机中断、定时器中断等，是可屏蔽中断。

    通过CPU的NMI管脚申请的中断请求，是不可屏蔽中断。

    内部中断:

    内部硬件中断：由某些特殊指令触发的中断，如单步中断、除法出错中断、溢出中断

    软件中断：由指令INT n引起的非屏蔽中断，如DOS中断、BIOS中断和其他自由中断

  • 中断响应信号输出：输出$\overline{INTA}$

  • 中断类型码: 中断系统可处理256个中断类型(0H~0FFH号中断)，每种中断安排了1字节中断类型码，每种类型的中断都有相应的中断处理程序

    中断类型号乘以4就得到对应中断向量的地址 eg.21H×4＝84H

  • 中断向量表: 中断类型码对应4个字节的中断服务程序入口地址, 系统所有中断服务程序的入口地址

    8086中断向量组成的中断向量表位于内存的0～3FFH区域 (4*256B)

  • 中断向量：中断处理子程序的入口地址IP,CS

2.CPU在何时检测有无中断请求，中断响应过程是什么？

(每条指令执行的最后一个时钟周期检测中断请求)

出现以下之一，进入中断响应周期：

有软件中断；有NMI中断信号；有INTR中断信号，而且CPU允许中断响应，即IF=1

进入中断响应周期以后:

若是INTR，则产生INTA信号，中断源通过数据总线的低8位将中断类型码传送给CPU；

若是NMI，则类型码是2；

若程序出错产生中断，则使用默认的类型码；

若是中断指令，则指令中有类型码

3.如何保护原有的中断向量？如向设置新的中断向量？

保护断点:

系统自动将标志寄存器FLAG压入堆栈

清除TF和IF

将断点处的CS和IP压入堆栈，先压CS后压IP

设置新的中断向量:

系统根据中断类型码形成中断服务程序的入口地址。

转入中断服务程序执行

4.什么叫中断嵌套？何谓普通全嵌套？何谓特殊全嵌套？

一系列压栈指令进一步保护中断现场，即保护CPU各寄存器的值；

[一般应设置中断允许标志IF开放中断，以允许高级别中断请求进入；]

中断处理具体内容；

恢复现场，通过弹出堆栈指令恢复各寄存器值；

中断返回

  • 普通EOI方式

    用于全嵌套方式；8259A每得到一次EOI命令，将把当前中断服务寄存器ISR中最高的非零位清零

中断嵌套:

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

普通全嵌套:

中断优先级为0～7，0级中断优先级最高；

中断类型码放到数据总线上，ISR中相应位置位并保持，直到被自动清除或被指令清除；

新收到的中断和当前ISR中的位进行比较，判断是否进行中断嵌套；可响应更高级中断请求，屏蔽同级或低级中断

特殊全嵌套: (8259级连系统中，设置主片工作于特殊全嵌套方式，从片工作于其它方式)

区别是有同级中断请求，也给予响应

8259A 功能

CPU响应中断时，为CPU提供中断类型码；

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；

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;

允许9片8259级联，构成64级中断系统

中断处理程序

eg. 修改中断处理程序，需按下面的操作过程来完成：

  1. 读取指定中断’s 中断处理程序入口地址==>保存存储单元；
  1. 用户编写的程序段设置==>中断的新处理程序；

  1. 在用户程序结束之前(或不需要新的处理程序时)，

    把步骤1保存的入口地址恢复==>处理该中断的入口地址

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INTNO  EQU  40H   ;将占用的中断号 
OLDADDR  DD  ?
…
NEWPROG PROC  ;新中断处理程序
NEWPROG …
IRET 				
ENDP 
;步骤1，获取并保存原入口地址（ES：BX）
MOV AL, INTNO
MOV AH,35H 
INT 21H
MOV word ptr OLDADDR,  BX 
MOV word ptr OLDADDR+2, ES 

;步骤2，设置新的入口地址（DS：DX）
MOV AX, SEG NEWPROG 
MOV DS, AX 
MOV DX, OFFSET NEWPROG 
MOV AL, INTNO
MOV AH, 25H 
INT 21H

…;用户主程序。。。。 

;步骤3，恢复原入口地址
MOV DX, word ptr OLDADDR
MOV DS, word ptr OLDADDR+2
MOV AL, INTNO
MOV AH,25H
INT  21H

eg. 同上，user 程序使show “the bell is ringing!”

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DATA  SEGMENT
	MSG  DB  7,'The bell is ring!',0ah,0dh,'$'
	INTNO  EQU  40H   ;将占用的中断号 
	OLDADDR  DD  ?
DATA  ENDS

CODE SEGMENT
ASSUME  CS:CODE,DS:DATA,ES:DATA
NEWPROG PROC  ;新中断处理程序
	MOV  AX,DATA
        	MOV  DS,AX
          	LEA   DX,MSG
	MOV   AH,9
	INT 21H
	IRET 				
NEWPROG ENDP

RING    PROC FAR
          MOV  AX,DATA
          MOV  DS,AX
	 ;步骤1，获取并保存原入口地址
	MOV AL, INTNO
	MOV AH,35H 
	INT 21H
	MOV word ptr OLDADDR,  BX 
	MOV word ptr OLDADDR+2, ES 
	;步骤2，设置新的入口地址
	MOV AX, SEG NEWPROG 
	MOV DS, AX 
	MOV DX, OFFSET NEWPROG 
	MOV AL, INTNO
	MOV AH, 25H 
	INT 21H

	;用户主程序 
	MOV CX,5
AA:	INT INTNO
	LOOP AA
	;步骤3，恢复原入口地址
	MOV DX, word ptr OLDADDR
	MOV DS, word ptr OLDADDR+2
	MOV AL, INTNO
	MOV AH,25H
	INT  21H

	MOV  AX,4C00H
	INT  21H
RING	ENDP
CODE	ENDS
	END  RING

8259初始化、操作命令

8259A内部寄存器的选择依靠CS#、地址线A0、命令字特征位D4来选择不同的寄存器。

初始化、操作命令in两个不同的阶段

8259A初始化命令

  • 对于8259A初始化一旦开始，就必须根据初始化要求，严格按流程逐一写入初始化命令

init

  • ICW1 [A0=0]

    A0=0，D4=1 表示对ICW1编程；

    D0（IC4）D0=1需要ICW4；D0=0 不需要ICW4；

    D1（SNGL）D1=1为单片8259工作方式；D1=0 为级联工作方式，此时要用ICW3指明级联端；

    D2（ADI）指明8080/8085系统中地址间距，8086系统不用(==0)；

    D3（LTIM）D3=1 中断请求是电平触发方式；D3=0 上升沿触发方式

    eg. (8086=>D2=0)设ICW1=>D4=1，边沿触发=>D3=0，单片=>D1=0; D4~D0==10011=13H

  • ICW2 [A0=1]

    中断类型码高5位来自ICW2高5位，低3位D2D1D0=i对应IR0~IR7的IR_{i}

  • ICW3 [A0=1]

    包含多片8259时，ICW3才有意义<=>当SNGL=0时，才设置ICW3

    本片为主片时，对ICW3相应位置Di==1表示IR0~ IR7的IR_{i}连有从片；

    本片为从片时，ICW3低3位D2D1D0=i对应连接==>主片IR0~IR7的IR_{i}中断输入引脚

  • ICW4 [A0=1] D7~D5==000

    D4（SFNM）D4=1 为特殊全嵌套方式，此时允许同级中断再次进入，一般用于多片级联方式；D4=0 为普通全嵌套方式，禁止同级中断再次进入。

    D3（BUF）D3=1为缓冲工作方式，即8259通过总线驱动器和数据总线相连，此时SP#/EN#为输出，用于缓冲器选通信号；D3=0为非缓冲工作方式

    D2（M/S）在缓冲方式下（BUF=1)，表示本片为主片或从片：M/S# = 1为主片， M/S#=0为从片。

    在非缓冲方式下，由SP#/EN#引脚设定主片和从片，本位不起作用

    D1（AEOI）D1=1自动结束中断方式，在第二个INTA#时，清中断服务寄存器ISR中的对应位；D1=0 非自动结束中断方式，中断结束时发EOI命令清ISR中的对应位；

    D0（mPM）D0=1为16位处理器体系；D0=0 为8085处理器体系；

    eg. (默认D3=0,从片=>D2=0, EOI命令清ISR对应位D1=0)设ICW4，普通全嵌套=>D4=0，8088系统=>D0=1

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…
INTA00 EQU 20H
INTA01 EQU 21H
…
MOV AL,13H	;设ICW1，边沿触发，单片
OUT INTA00,AL	;要设置ICW4，00010011B
;………………………………………..
MOV AL,08H	;设ICW2起始中断类型号08H
OUT INTA01,AL	
;………………………………………..
MOV AL,09H	;设ICW4，全嵌套，8088系统
OUT INTA01,AL	; 00001001B   ??
;………………………………………..

eg. 8259A以两片级联的方式管理15级向量中断。

1.两片级联时，CAS2~CAS0互联，从片的INT端输出作为主片第二级中断请求的输入。

2.端口地址，主片：020H~021H ，从片：0A0H~0A1H

3.主从片的中断请求信号为边沿触发

4.选择全嵌套方式，优先级排队顺序为0级最高。

5.主从片数据线采用非缓冲方式连接到CPU，主片SP#/EN#接+5V，从片SP#/EN#接地。

6.设定0~7级对应的中断号08~0FH，8~15级对应的中断号为70~77H。

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INTA00 	EQU 	20H		;8259A主片端口0
INTA01 	EQU 	21H		;8259A主片端口1
EOI		EQU  20H
INTB00 	EQU 	0A0H		;8259A从片端口0
INTB01 	EQU 	0A1H		;8259A从片端口1
INT_TYPE	EQU	070H		;从片起始中断号

;初始化8259A主片
MOV AL, 11H	;ICW1:边沿触发，多片，设置ICW4
OUT INTA00,AL	;0001 0001B
JMP SHORT $+2	;CPU对I/O端口的等待状态
MOV AL, 8H	;ICW2:中断号从08H开始
OUT INTA01,AL
JMP SHORT $+2
MOV AL, 04H	;ICW3：主片第二级接从片
OUT INTA01,AL	;0000 0100B
JMP SHORT $+2
MOV AL, 01H	;ICW4非缓冲普通全嵌套，8086系统
OUT INTA01,AL	;0000 0001B
JMP SHORT $+2
MOV AL, 0FFH	;屏蔽所有中断
OUT INTA01,AL

;初始化8259A从片
MOV AL, 11H	;ICW1:边沿触发，多片，设置ICW4
OUT INTB00,AL	;0001 0001B
JMP SHORT $+2	;CPU对I/O端口的等待状态
MOV AL, INT_TYPE	;ICW2:中断号从70H开始
OUT INTB01,AL
JMP SHORT $+2
MOV AL, 02H	;ICW3：从片接主片第二级
OUT INTB01,AL
JMP SHORT $+2
MOV AL, 01H	;ICW4非缓冲普通全嵌套，8086系统
OUT INTB01,AL
JMP SHORT $+2
MOV AL, 0FFH	;屏蔽所有中断
OUT INTB01,AL

MOV  AL, 13H	;边沿触发， 单片        00010011
OUT  80H, AL    	;设置ICW1;
MOV AL,  18H
OUT  81H, AL	;设置ICW2,中断类型码00011＋IR;
MOV AL,0DH	;00001101
OUT 81H, AL	;设置ICW4

地址：

主片的端口地址在020H～03FH范围内，实际使用20H～21H两个端口。

从片的端口地址为0A0H～0BFH，实际使用0A0H～0A1H两个端口。

从片的INT信号与主片的IR2端相连，这样共构成15个向量中断。

主8259A的中断类型号08H～0FH；从8259A的中断类型号70H～7FH

操作命令

  • 对8259的操作命令字设置靠A0和命令字特征位D4区分

  • 8259A共有三个操作控制字：OCW1，OCW2和OCW3。

    操作命令字可在任何时候写入8259A，且无顺序。

  • OCW1 [A0=1]

    OCW1为中断屏蔽操作命令字；

    A0=1 表示设置OCW1；

    Mi=1 表示屏蔽IRi输入中断请求；

    先读IMR，用逻辑或指令使对应屏蔽位置1（屏蔽该中断），用逻辑与指令使对应屏蔽位为0（开放该中断）。

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    ;若开放IR2的中断：
    	IN AL, 21H
    	AND AL, 11111011B
    	OUT 21H,AL
    ;若屏蔽IR2的中断：
    	IN AL, 21H
    	OR AL, 00000100B
    	OUT 21H,AL

  • OCW2 [A0=0]

    设置优先级循环方式和中断结束方式

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    ;非特殊的EOI命令为
        	MOV       AL，      20H
         	OUT       PORT，     AL    ；PORT为8259A的端口地址。

  • OCW3 [A0=0]

    A0=0，且D4D3=01，表示对OCW3编程

mult_chip

eg. 每片8259A只能管理8级中断，为了扩展系统的中断能力，

可把若干个8259A按级联方式连接起来。一般一个系统中最多级联8片8259A中断控制器，即中断级数可达64级。

  1. 级联方式
  2. 特殊完全嵌套方式
  3. 缓冲方式
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   INTA1CS   EQU   020H
         
   MOV AL，11H    ;ICW1边沿触发，多片ICW4
   OUT    INTA1CS,AL

    MOV   AL,8
    OUT    INTA1CS+1,AL     ;ICW2中断向量

  	MOV   AL,4               ;ICW3主片IR2上接从片
   	OUT    INTA1CS+1,AL      ;S2=1
  	
   	MOV   AL,01H  ;ICW4无缓冲，非自动结束中断
   	OUT    INTA1CS
;.................................................
	INTA2CS     EQU   0A0H

  	MOV   AL,11H ;ICW1边沿触发多片，需要ICW4
  	OUT    INTA2CS,AL    
  	
  	MOV   AL,70H        ;ICW2中断号高5位
  	OUT    INTA2CS+1,AL     
	
       MOV   AL,2       ;ICW3从片接主片的IR2
       OUT    INTA2CS+1,AL

       MOV   AL,01H     ;ICW4非缓冲，非自动结束中断
       OUT     INTA2CS

eg. 日时钟中断设置55ms定时，通过修改日时钟中断向量来对用户打字实现计时，

中断服务程序对中断次数进行统计，每18次后秒计数加1，然后逐一对分、时进行调整。

主程序功能对计时进行初始化为0，并清除错误计数缓存区，

等待键盘输入，判断键盘输入字符是否为命令，

若“ESC”则结束打字测试，若“回车”则显示输入一行字符所花时间以及键入字符错误个数，

此外均将键入字符与提示行字符进行逐一比较，以统计正确率

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TITLE      TYPE_ER ---TEST TIME FOR TYPING EXERXISE
STACK     SEGMENT  STACK 'STACK'
                  DB      256 DUP (0)
TOP          LABEL   WORD
STACK    ENDS
DATA       SEGMENT
DEBUG    EQU     0
BUFFER   DB      32 DUP(?)
BUFPT1    DW      0
BUFPT2    DW      0
KBFLAG   DB      0
PROMPT   DB      ' *PLEASE PRACTICE TYPEING*',0DH,0AH,'$'
OLDCS9    DW      ?
OLDIP9     DW      ?
STR1   	DB  'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ. ' , 0DH,0AH,'$'
STR2   	DB  'CHRISTMAS IS A TIME OF JOY AND LOVE.' , 0DH,0AH,'$'
STR3   	DB  'STORE WINDOWS HOLD TOGS AND GIFTS.', 0DH,0AH,'$'
STR4	DB 'PEOPLE SEND CHRISTMAS CARDS AND GIFTS.',                 0DH,0AH,'$'
STR5	      DB      'SANTA WISH ALL PEOPLE PEACE ON EARTH.'
CRLF          DB      0DH,0AH,'$'
COLON      DB      ':','$'
SADDR       DW      STR1,STR2,STR3,STR4,STR5
COUNT      DW      0
HOURS1     DB      0DH,0AH
HOURS       DB      30H
            DB      30H
            DB      ': '
                     
MIN    	DB      30H
        DB      30H
        DB      ':'
SEC     DB      30H
        DB      30H
        DB      0DH,0AH
ERR    	DB      'ERROR'
ERR1  	DB      30H
        DB      30H
        DB      0DH,0AH,'$'
SAVE_08    DW      2 DUP(?)
MEM         DB      10
MEM1        DB      ?
DATA        ENDS
CODE          SEGMENT
ASSUME     CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK,ES:DATA
TYPE_ER    PROC     FAR
START:
          	MOV      AX,DATA
           	MOV      ES,AX
           	MOV      DS,AX
           	CLI			        ;关闭中断
           	MOV     AL,00110100B            ;置8253的0通道为模式2
          	OUT      43H,AL
          	MOV     AX,0
              OUT       40H,AL                        ;装定时间常数
          	MOV     AL,AH
          	OUT      40H,AL
          	PUSH    ES
               MOV      AH,35H值                ;保护原类型号8的中断向量
               MOV      AL,08H
               INT         21H
               MOV      SAVE_08,BX
               MOV      SAVE_08+2,ES
               POP        ES
FIRST:  MOV      AH,0                    ;设置显示为文本模式
               MOV      AL,3
               INT         10H
               MOV      DX,OFFSET PROMPT        ;屏幕提示输出
               MOV      AH,9
               INT         21H
               MOV      SI,0
NEXT:   MOV      DX, ES:SADDR[SI]         ;提示打印的字符
               PUSH     DX
           MOV      AH,9
           INT         21H
           MOV      COUNT,0                 ;初始化HH:MM:SS
           MOV      AL,30H                     ;30H－’0’
           MOV      ERR1+1,AL
           MOV      ERR1,AL
           MOV      SEC,AL
           MOV      SEC+1,AL
           MOV      MIN,AL
           MOV      MIN+1,AL
           MOV      HOURS,AL
           MOV      HOURS+1,AL
           IN           AL,21H                  ;
           MOV      MEM1,AL
           AND      AL,0FCH              ;允许时钟中断、键盘中断
           		OUT      21H,AL
			PUSH     DS
           		MOV    DX,OFFSET CLINT ;设置类型号08新的中断向量
			MOV      BX,SEG CLINT
		              MOV      DS,BX
          		MOV      AL,08H
		              MOV      AH,25H
           		INT         21H
		              POP        DS
			STI
                             MOV    BX,0     ;增加红色2句
 			PUSH   BX
	FOREVER:   POP      BX
		FOR2:   MOV     AH,0;等待键盘输入字符
              		INT      16H
		      F7:  CLI
             		CMP      AL,1BH
	JNZ       F1
            	JMP      ENDINT                  ;若ESC退回
     F1:   	CMP     AL,0DH                  ;若回车则显示时间
           	JZ          F5
           	CMP     AL,ES:[BX]              ;比较输入字符是否正确
           	JZ          FO1
           	INC       ES:ERR1+1		;统计错误次数
           	CMP     ES:ERR1+1,39H
           	JLE       FOR2
           	MOV     ES:ERR1+1,30H
           	INC       ES:ERR1
           	JMP     FOR2         ;错误则不显示，返回，继续等待输入；
   FO1:   STI                       ;输入正确则显示
           	INC      BX
           	PUSH     BX
           PUSH     AX
           CALL     DISCHAR
           POP        AX
           JMP        FOREVER
F5:      CALL    DISTIME               ;显示时间
           MOV      AL,0AH                  ;换行
           CALL     DISCHAR
           CLI
           MOV      AL,ES:MEM1        ;恢复中断设置；
           OR         AL,1                         ;屏蔽定时中断
           OUT      21H,AL
           ADD      SI,2		;移动显示下一行字符指针
           CMP      SI,5*2
           JZ          F4
           JMP      NEXT                     ;继续测试
	      F4: 	MOV	AH,1
		INT      	16H                     ;检查是否有键按下
           		JZ         	F4                         ;无,等待
	              JMP      	FIRST                 ;有
         ENDINT:   CLI
		PUSH   	DS
           		MOV    	DX,SAVE_08
           		MOV    	AX,SAVE_08+2
           		MOV    	DS,AX
           		MOV    	AL,08H
           		MOV    	AH,25H
           		INT       	21H
          		POP      	DS
		STI
		MOV    	AL,MEM1
		OUT   21H,AL
               M1:	MOV  AH,4CH
             		INT     21H
	TYPE_ER    ENDP


CLINT      PROC     FAR                     ;中断服务程序
            IN         AL,21H
            OR        AL,1
            OUT     21H,AL
C2:      INC      COUNT
            CMP     COUNT  18
            JNE       ADJ
            MOV     COUNT,0
C1:      CALL    INCT
ADJ:   MOV      AL,20H                  ;结束中断
            OUT      20H,AL		;OCW2
            IRET                             ;中断返回
 CLINT      ENDP


INCT     PROC   NEAR
           CMP      SEC+1,39H
           JZ           INT1
           INC    SEC+1                   ;加一秒
           JMP      EXIT
INT1: MOV      SEC+1,30H
           INC      SEC                     ;加十秒
           CMP      SEC,36H
           JNZ      EXIT
           MOV      SEC,30H
           INC      MIN+1                   ;加一分
           CMP      MIN+1,3AH
           JNZ      EXIT
           MOV      MIN+1,30H
           INC      MIN                     ;加十分
           CMP      MIN,36H
           JNZ      EXIT
           MOV      MIN,30H
  	INC      HOURS+1                 ;加一小时
           	CMP    HOURS+1,3AH
           	JNZ      EXIT
           	MOV    HOURS+1,0
           	INC      HOURS                   ;加十小时
EXIT:   RET
	INCT       ENDP

DISCHAR    PROC     NEAR                    ;送换行字符
          	PUSH     DS
           	PUSH     BX
           	MOV      BX,0
           	MOV      AH,0EH
           	INT      	 10H
           	POP	 BX
           	POP      	 DS
	       RET
DISCHAR   ENDP
DISTIME    PROC     NEAR    ;显示时、分、秒以及错误次数
	       PUSH     DS
           	       MOV      AX,DATA
	       MOV      DS,AX
           	       MOV      DX,OFFSET HOURS1
           	       MOV      AH,9
           	       INT        21H
           	       POP      DS
           	       RET
CODE       ENDS
           END      START