51中断.ppt

第七章微型计算机的中断系统
概述
中断是计算机所具有的非常重要的功能,具有中断功能的CPU可以实现:
(1) 与外设同步工作。即CPU启动需进行通信的外设,与外设并行工作。当外设具备与CPU进行数据通信的条件后,中断CPU并与之进行数据交换。基于这种方法,CPU可以同时与多个外设同步工作。
(2) 实现实时处理。在计算机实时控制系统中,现场传感器信号和驱动装置都能利用中断功能及时得到CPU的处理。
(3) 故障处理。计算机在遇到诸如电源掉电、存储器出错、溢出等随机问题时,利用中断功能可以自行处理,不需停机或人工干预。
(4) 在现代微型计算机中,使用中断功能可以实现多道程序和多重任务的并行工作。
1、中断的基本概念
所谓中断是指CPU正常运行程序的过程中,CPU内部或外部的某些事件或紧急、异常情况需要及时处理,导致CPU暂停正在执行的程序,转去执行处理该事件的程序,并在处理完毕返回原程序处继续执行被暂停的程序,这一过程称为中断。。中断时,被打断执行的程序中下一条被暂停执行的指令所在的地址称为断点。
能够实现中断功能的硬件电路和相应软件,统称为中断系统。任何能够引发中断的事件称为中断源。中断源的种类非常多,而中断系统为区别不同种类的中断源,一般采用若干位二进制编码进行区分,方法是为每个中断源分配一个不同的编码,称为中断类型码。
中断过程示意图
2、中断处理过程
从中断源向CPU发出中断请求信号到CPU将这一请求处理完成的过程,叫中断处理过程。这一过程包括:中断请求、中断响应、断点保护、中断处理和中断返回几个步骤。
(1) 中断请求
根据中断请求信号引入CPU内部中断处理逻辑部件的不同渠道,中断请求分为内部请求和外部请求,也称软件中断请求和硬件中断请求。软件中断请求在CPU内部由中断指令或程序出错直接引发中断;硬件中断请求必须通过专门的引脚引入中断请求信号。例如,8086/8088 CPU用INTR引脚和NMI引脚接收硬件可屏蔽和非屏蔽中断请求信号;内部中断由INT引起。
(2) 中断响应
对于可屏蔽的硬件中断请求,CPU执行程序的时候,在每条指令执行过程中检测判断有无中断请求信号。当CPU检测到中断请求信号,且内部的中断允许触发器的状态为1,允许中断时,CPU在执行完现行指令后,发出INTA中断响应信号。
(3) 中断处理
CPU一旦响应中断,立即进入中断处理过程。该过程实际上就是CPU中止正在运行的程序,转去执行引起该中断事件的程序,即中断处理(服务)子程序。主要操作有:
①关中断。当CPU发出中断响应信号后,内部(主要由硬件电路完成)自动关中断,CPU不再响应其他中断。同时外设接口应该撤除该中断请求。
②保护断点。为保证CPU执行完中断处理子程序后能够正确返回主程序处继续运行,必须对正在执行的主程序断点进行保护。
③确定中断处理子程序入口地址。不同的中断请求需要不同的中断处理子程序。CPU应该能够根据不同的中断源所提供的不同中断类型码,找到相应处理子程序的入口地址,并执行该中断处理子程序。
对于8086来说:在响应中断时自动完成的工作是:获取中断类型号、F压栈以及IF和TF清0、CS和IP压栈。
④执行中断处理子程序。中断处理子程序是程序员预先编制好并存放在内存中的,其首地址(入口地址,也称为中断向量)应与其所处理的中断源的中断类型码一一对应。根据上一步确定的入口地址开始执行中断处理子程序。在编制中断处理子程序时,有几点需注意:保护现场、是否开中断、恢复现场。
(4) 中断返回
执行完中断处理子程序后,要返回到主程序的断点处,此过程称为中断返回。实际上就是在中断处理子程序中通过执行最后一条指令——中断返回指令(如8086/8088的IRETI指令)来实现的。中断返回指令的操作是保护断点的逆过程。
3、中断优先级
当系统中有多个设备用中断方式与CPU进行数据交换时,由于各设备随时会向CPU提出中断请求,所以就避免不了有时会同时出现多个中断请求的情况。而此时CPU只能按优先级别的次序予以响应和处理。这个响应的次序称为中断优先级。中断系统对不同级别的中断请求,常常遵循的处理原则是:
(1) 不同优先级的多个中断源同时发出中断请求时,应按优先级别由高到低次序响应并处理。实现优先级排队。
(2) 高优先级请求可以中断低优先级的中断处理程序,实现中断嵌套。如果正在处理高优先级中断,出现低优先级中断请求,可暂不响应。
(3) 中断处理时,出现同级别中断请求,应在当前中断处理结束后再处理新的请求。
在微型计算机系统中通常用三种方法来确定中断源的优先级别,分别为软件查询法、简单硬件电路排队法和使用专用的中断控制器芯片解决的方法。
4、中断嵌套
所谓中断嵌套是指CP