第3章 微机接口芯片及应用,本章概要 接口电路通常有专用芯片可选。本章介绍4款常用的PC机接口芯片： 8259：中断管理接口芯片 8253：定时器/计数器接口芯片 8237：DMA控制芯片 8255：并行I/O接口芯片 上述接口芯片最早用于PC/XT中，后来出现的286 P4，一直保持了这些芯片的功能，并且兼容了它们的I/O地址。 本章的介绍适用于所有PC机。,PC机接口芯片的连接图,3.1 中断系统,3.1.1 中断的基本概念 3.1.2 80 x86中断方式 3.1.3 硬件中断的优先权 3.1.4 中断向量表 3.1.5 中断控制器8259A 3.1.6 中断编程应用,中断过程,1）中断申请 CPU在每条指令最后一个T内检测INTR；若为高电平, IF=1,且无DMA请求,当前指令执行完进入响应阶段. 2）中断响应 CPU连续发出2个INTA负脉冲； 取得类型号N； 保护断点； 查表将中断向量赋予IP、CS； 进入中断服务程序 3）中断服务执行中断服务程序. 4）中断返回执行到IRET恢复断点，返回,中断服务程序的结构 保护现场 STI ;若允许中断嵌套 服务程序主体 恢复现场 中断结束(EOI)命令 IRET,3.1.1 中断的基本概念,中断：是指CPU在正常运行程序时，由于内部/外部事件或由程序预先安排的事件，引起CPU中断正在运行的程序，转去为该事件服务。服务完毕，再返回去继续运行被暂时中断的程序的过程。 中断源：发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因。 外设中断：键盘、打印机、显示器等 指令中断：INT 10H、INT 21H等 硬件故障中断：奇偶错、电源故障等 程序性中断：除法溢出、非法操作码等,8086系统的中断源,3.1.2 80 x86中断方式,80 x86中断方式： 实地址方式下的中断方式(重点) 保护虚地址方式下的中断方式 根据中断源的不同，中断源分为：内部中断(软中断) 、外部中断(硬中断),1内部中断 内部中断的中断源在处理器(CPU)的内部，主要是由INT指令、运算过程中的错误、设置的断点、单步执行而引起的中断。 (1) INT指令 当CPU执行INT N指令时会自动产生一个内部中断，并调用系统中的相应中断服务程序来完成中断功能，INT指令中的操作数N即为中断类型号。,例如： ROM-BIOS中断：INT 10H;INT 16H;INT 13H等 DOS中断：INT 21H;INT 20H等 未定义中断：INT 60H;INT 78H等,内部中断(续),(2) 处理器(CPU)的错误 处理器在执行程序时，若出现某些错误(如溢出)，为及时处理这些错误，CPU就以中断方式终止程序执行，等待操作人员修改错误。 除法错中断 溢出中断 (3) 为调试程序设置的中断 为了检查程序执行的中间结果或寻找程序中存在的问题，往往在程序中适当的位置设置断点或使程序单步运行，以便发现或查找程序中的问题。 单步中断 断点中断,2外部中断 80X86处理器(CPU)有两条外部中断请求线：NMI(非屏蔽中断)和INTR(可屏蔽中断)。 (1) 可屏蔽中断(INTR) 可屏蔽中断(INTR)又称硬件中断，它是由外部设备请求，通过中断控制器8259管理的一类中断。当在INTR线上出现中断请求(INTR=1)时，处理器(CPU)是否响应要取决于处理器的标志寄存器中的IF标志，若IF=1，则处理器(CPU)就响应(处理器处于开中断状态)该中断请求；若IF=0，处理器(CPU)就不响应(处理器处于关中断状态)该中断请求。 (2) 非屏蔽中断(NMI) 非屏蔽中断(NMI)不受处理器(CPU)标志寄存器IF标志的影响，主要是为处理某些计算机故障而设计的，在IBM PC系列的计算机中，非屏蔽中断(NMI)仅在存储器奇偶校验出错、I/O通道数据奇偶校验出错和80X87协处理器(NPU)异常三种情况时发生。 中断的处理优先权顺序为：内部中断非屏蔽中断可屏蔽中断单步执行。,3.1.3 硬件中断（可屏蔽中断）的优先权,中断优先权是指有多个中断同时发生时，CPU（或8259A中断控制器）优先响应其中断的顺序。硬件中断也就是可屏蔽中断，主要用于实现计算机系统对外部设备的管理。 80286以上为中央处理器的计算机系统中，整个系统的硬件中断由两片8259A中断控制器构成，可管理16级硬件中断(IRQ15IRQ0)。优先权顺序为(从高到低)：IRQ0IRQ1IRQ2IRQ8 IRQ15IRQ3IRQ7。,3.1.4 中断向量表,中断向量：中断服务程序入口地址 ，4个字节（偏移地址、段首址） 8086共有256个中断类型号(00H0FFH) ，每一中断类型号对应一个中断向量。 中断向量表：将256个中断向量用一个线性表存放。一个中断向量占用表中的4个字节，分别存放CS和IP,类型号：8位，N=00FFH 中断向量指针：PA=4*N,已知中断类型号，就能算出对应的中断向量在表中的地址。 例：键盘中断IRQ1，其中断类型号=09H，故中断向量在表中的 存放地址：94=36，即24H开始的4个字节。 PC机中常用的硬件中断类型号：,PC机中常用的硬件中断类型号（续）：,中断向量的修改,修改方法与步骤：,1）用汇编语言指令修改：,2）用系统功能调用（INT）修改,a)保存原中断向量 INT 21H 的35H号功能,b)设置新中断向量 INT 21H 的25H号功能,c)恢复原中断向量 INT 21H 的25H号功能,假设中断类型号为N,服务程序入口为INT_SEV,中断向量修改程序段1,中断向量修改程序段2,中断向量修改程序段1,返回,用MOV指令装入,CLI CLD MOV AX,0 MOV ES,AX MOV DI,4*N MOV AX,OFFSET INT_SEV STOSW MOV AX,SEG INT_SEV STOSW STI,用串操作指令装入,中断向量修改程序段2,相关的DOS系统功能调用,返回,相关的DOS系统功能调用,返回,获取中断向量（功能号AH=35H) 入口参数:AL=类型号 出口参数:ES:BX=中断向量,设置中断向量(功能号AH=25H) 入口参数:AL=类型号 入口参数DS:DX=中断向量,3.1.5 8259A中断控制器,8259A中断控制器用于管理PC机的硬件中断，在接口技术中的中断编程是指采用中断方式实现控制、数据采集等功能。 18259A功能 具有8级优先权控制，通过级连可扩展至64级优先权控制。 每一级中断都可以独立被屏蔽或允许。 在中断响应周期，8259A可提供中断向量，从而快速地转入中断服务程序。 8259A有多种工作方式，均可通过程序来选择。,8259A协助CPU完成的工作,接收和扩充外设的中断请求 一片可管理8级中断;两级级联最多管理64级 优先级排队管理 固定优先级、循环优先级 控制中断请求的屏蔽与开放 提供中断类型号 向量中断，还可实现查询中断,8259A的外部特性和内部结构,1）引脚（28脚） Vcc、GND,2）内部结构,面向CPU的信号（14）,面向外设的信号（8）,IR07：外设的中断申请； 输入触发方式由编程设定,面向同类芯片的信号（4）,8259A,8259中断的处理过程,1）中断申请 CPU在每条指令最后一个T内检测INTR；若为高电平, IF=1,且无DMA请求,当前指令执行完进入响应阶段. 2）中断响应 CPU连续发出2个INTA负脉冲； 取得类型号N； 保护断点； 查表将中断向量赋予IP、CS； 进入中断服务程序 3）中断服务执行中断服务程序. 4）中断返回执行到IRET恢复断点，返回,中断服务程序的结构 保护现场 STI ;若允许中断嵌套 服务程序主体 恢复现场 中断结束(EOI)命令 IRET,面向CPU的信号（14）,返回,A0：端口选择信号；输入,面向同类芯片的信号（4）,返回,内部结构,返回,中断请求寄存器(IRR),中断服务寄存器(ISR),中断屏蔽寄存器(IMR),中断优先权电路(PR),8259A内部结构图,级联缓冲器/比较器：,读写控制逻辑,级联时传送级联代码；缓冲方式控制传送方向,IRR、ISR、IMR说明,(Interrupt Request Resgister),(Interrupt Service Register),(Interrupt Mask Register),28259A引脚及结构 Intel8259A为28脚双列直插式芯片，主要引脚功能如下。,返回,IRR、ISR、IMR的说明,中断请求寄存器(IRR): 8位,可读，寄存有请求的中断级,IRi有请求,IRRi=1,正在服务寄存器(ISR): 8位,可读，寄存正在服务的中断级,IRi被响应且未服务完,ISRi=1,ISR可能多位同时为1,中断屏蔽寄存器(IMR):IMRi=1,IRi被屏蔽,(Interrupt Request Resgister),返回,级联缓冲器/比较器 （1）缓冲方式 8259A的数据线需加缓冲器予以驱动， SP/EN引脚作为输出端，用以锁存或开启缓冲器。 （2）非缓冲方式 SP/EN引脚为输入端，在8259A级连时， 1为主片，0为从片。,返回,中断优先权电路PR,由IRR、IMR、ISR的状态确定INT引脚的输出； 优先级编码器+比较电路,返回,读写控制逻辑,0A1H,21H,读IMR,1,0,1,0,0A0H,20H,读IRR,ISR,查询字,0,0,1,0,0A1H,21H,写ICW24,OCW1,1,1,0,0,0A0H,20H,写ICW1,OCW23,0,1,0,0,从片,主片,读写操作,A0,RD,WR,CS,返回,3. 8259A初始化字和命令字,8259A的初始化包含24个初始化命令字(ICW)和3个工作方式命令字(OCW)，ICW必须依次连续写入，OCW在需要时写入。 初始化命令字ICW( Initialization Command Words） ICW1ICW4 向8259A写入ICW的过程称为初始化编程 工作方式命令字OCW(Operation Command Words） OCW1OCW3 向8259A写入OCW的过程称为工作方式编程,8259A逻辑结构及连接,8259A的初始化顺序,说明： 在8259A开始工作前必须写入。 必须按照ICW1ICW4顺序写入。 ICW1和ICW2是必须送的。 ICW3和ICW4由工作方式决定。 写入地址要求： ICW1必须写入偶地址端口(A0=0) ICW2， ICW3, ICW4必须写入奇地址端口(A0=1),8259A的工作方式命令字OCW,OCW用于设置8259的工作状态 在初始化后写入 OCW的写入顺序可任意 写入地址要求： OCW1必须写入奇地址端口(A0=1) OCW2，OCW3必须写入偶地址端口(A0=0),8259A内部寄存器的寻址方法,需要CS、A0、RD、WR和D4、D3的配合 内部寄存器的访问方法如下表：,由表可见，CPU用A0寻址82C59A的端口共有2个：1个为偶地址，1个为奇地址,8259A的命令字,2)3个操作命令字（Operation Command Words） (OCW13);,1）ICW1,2）ICW2,3）ICW3,4）ICW4,1）OCW1,2）OCW2,3）OCW3,1)4个初始化命令字（Initialization Command Words） (ICW14),说明：8259A工作期间，可以随时接受操作命令字OCW。 OCW共有3个：OCW1OCW3。 写入时没顺序要求，需要哪个OCW就写入那个OCW。,（1）ICW1（初始化字）,表示可以任意 为1为0都可以（建议为0）,1只能为1，作为标志,中断触发方式： LTIM1，电平触发方