第七章 微型计算机中断系统,7-1 概述,一、中断概念 当CPU正常运行程序时，由于微处理器内部事件或外设 请求，引起CPU中断正在运行的程序，转去执行请求中断的外 设（或内部事件）的中断服务子程序，中断服务程序执行完毕 后，再返回被中止的程序，这一过程称为中断。 1. 中断源 引起程序中断的事件称为中断源。中断源有外部中断和 内部中断，内部中断由程序预先安排的中断指令（INT n）引 起，或由于CPU运算中产生的某些错误（如除法出错、运算溢 出）引起。外部中断是外部设备或协处理器向CPU发出中断申 请引起的。 2. 中断响应,中断请求何时发生是随机的。CPU在每条指令的最后一 个T周期去检测INTR引脚，CPU一旦检测到有中断请求，在满 足中断响应的条件下（IF=1），CPU响应中断，会向外设发出 中断响应信号。并保护断点（当前CS、IP和PSW值 入栈 ），然后转向中断服务程序。中断服务程序执行完毕，CPU返 回原执行程序的中断处，继续向下执行，称为中断返回。 3. 中断向量表 CPU响应中断后，必须由中断源提供地址信息，引导程 序进入中断服务子程序，这些中断服务子程序的入口地址存放 在中断向量表中。内存中专门开辟了一个区域，存放中断向量 表（也称中断矢量表）。 4. 中断优先级 当有多个中断源请求中断时，中断系统判别中断申请的 优先级，CPU响应优先级高的中断，挂起优先级低的中断。当 CPU在运行中中断服务子程序时，又有新的更高优先级的中断 申请进入，CPU要挂起原中断进入更高级的中断服务子程序，,实现中断嵌套功能。 5. 中断屏蔽 当中断源申请中断时，CPU可以由软件设置，使之不能 响应，称为中断屏蔽。 本章讨论与8086/8088 CPU相配合的中断系统及中断接 口芯片8259A。 二、中断分类 8086/8088有一个强有力的中断系统，可以处理256种不 同的中断。 8086/8088系统上的中断源如图7-1所示。以产生中 断的方法来分类，256种中断可以分为两大类：外部中断和内 部中断。,图7-1 8086/8088中断源,外部中断也称为硬件中断，是由外部的硬件产生的，硬 件中断又分成不可屏蔽中断和可屏蔽中断。下面分别加以说明。,1. 外部中断 8086/8088 CPU有两个外部中断请求线：不可屏蔽中断 请求线NMI和可屏蔽中断请求线INTR。 （1） 由NMI引脚引入的不可屏蔽中断请求，采用边沿触发， 上升沿之后维持两个时钟周期高电平有效。对于不可屏蔽中断 用户是不能用软件来屏蔽的，一旦有不可屏蔽中断请求，CPU 必须予以响应。不可屏蔽中断请求的中断类型号为2，即中断 处理程序的入口地址在0段的0008H000BH的4个单元中。 （2） 由INTR引脚引入的外设提出的可屏蔽中断请求，采用 电平触发，高电平有效，INTR信号的高电平必须维持到CPU 响应中断才结束。可屏蔽中断是用户可以通过软件设置来屏蔽 的外部中断，即使外部设备有中断请求，CPU可以不予响应。 由外设引起的可屏蔽中断请求要得到响应应有两个条件：外 设中断请求是否被屏蔽；CPU是否允许响应中断。 在8086 CPU系统中，外设的中断请求信号接入可编程 中断控制器8259A的IRi端，而8259A的中断输出INT连到CPU,的INTR引脚上。8259A中设有中断屏蔽寄存器，它的8位对应 控制8个外设，通过设置这个寄存器的某位为0或1，可以允许 或禁止某个外设的中断请求。一块8259A可管理8个中断，当 外设超过8个时，可以使用多个8259A进行级联，扩大到64级 中断。外设与8259A的连接是由用户来设计的，硬件连线决定 了中断类型号和中断优先级次序。 CPU是否允许响应中断，与中断允许位IF有关。IF=1 CPU允许响应中断；IF=0，CPU禁止响应中断。 2. 内部中断 内部中断又称为软件中断。软件中断通常有三种情况引 起：由中断指令INT引起的中断；由CPU的某些运算错误 引起的中断；由调试程序debug设置的中断。 内部中断只要由上面三种情况引起了，是不可屏蔽的！ （1）由中断指令INT引起的中断 CPU执行一条INT n指令后立即产生中断，并且调用系 统中相应的中断处理程序去完成中断功能，指令中的n指出了,中断类型号。 例7-1 测试存储器容量 INT 12H CPU执行这条指令时，立即产生一个中断。并从中断向 量表的0：12H4开始的单元中取出4个字节，其内容为中断服 务子程序的段地址和偏移地址，然后转去此入口去执行中断服 务子程序，完成对存储器的测试。 （2）由CPU的某些运算错误引起的中断 CPU在运行程序时，会发现一些运算中出现的错误，此 时CPU就会中断，让用户去处理这些错误。主要有： 除法错中断：除法错中断类型号为0，在除法运算中，若除数 为0或商超过了寄存器所能表达的范围，就产生一个类型号为0 的中断，转去类型号为0的中断处理。 溢出中断：溢出中断类型号为4，专用指令为INTO。若OF=1 执行中断指令INTO；若OF=0，不执行中断指令。通常INTO放 在加、减法运算指令的后面。,例7-2 测试加法的溢出 ADD AX，BX INTO （3）由调试程序debug设置的中断 在调试程序时，为了检查中间结果或寻找程序中的错误， 在程序中可设置断点或进行单步跟踪，调试程序debug有此功能 它也是由中断来实现的。 单步中断：单步是每次只执行一条指令，然后屏幕显示当前各 寄存器和有关存储单元的内容，以及下条要执行的指令。这样逐 条运行指令，来跟踪程序的流程，以检查出程序中的错误。 单步中断是在标志位TF=1时，每条指令执行后，CPU自动 产生中断类型号为1的中断。 断点中断：中断类型号为3。用debug调试程序时，可用G命令 设置断点。当CPU执行到断点时便产生中断，同时显示当前各寄 存器和有关存储单元的内容，以及下条要执行的指令，供用户检 查。设置断点实际上是把一条断点指令INT 3插入到断点设置处。,7-2 中断处理过程,可屏蔽中断处理的过程一般分成几步：中断请求；中断 响应；保护现场；转入中断服务子程序；恢复现场和中断返回。 其流程如图7-2所示。,图7-2 可屏蔽中断处理流程图,一、CPU响应中断过程 CPU响应中断要有三个条件： 外设提出中断申请 本中断位未被屏蔽 中断允许 当中断接口电路中的中断屏蔽触发器未被屏蔽时，外设 可通过中断接口发出中断申请。外设向CPU发出中断请求的时 间是随机的，而CPU在每条指令的最后一个机器周期的最后一 个T状态去采样中断请求输入线INTR，当CPU在INTR引脚上 接收到一个有效的中断请求信号，而CPU内部的中断允许触发 器是开放的，则在当前指令执行完后CPU响应中断。 CPU响应中断后，对外设接口发出两个中断响应信号 ，第一个 信号通知外设，CPU已响应申请的中断请 求，准备发送中断类型号；当外设收到第二个 以后，立即 往数据线上给CPU送中断类型号。CPU在响应外部中断，并转 入相应中断服务子程序的过程中，自动依次做以下工作：,（1）从数据总线上读取中断类型号，将其存入内部暂存器。 （2）将标志寄存器PSW的值入栈。 （3）将PSW中的中断允许标志IF和单步标志TF清0，以屏蔽外 部其它中断请求，和避免CPU以单步方式执行中断处理子程序。 （4）保护断点，将当前指令下面一条指令的段地址CS和指令 指针IP的值入栈，使中断处理完毕后，能正确返回到主程序继 续执行。 （5）根据中断类型号到中断向量表中找到中断向量，转入相应 中断服务子程序。 （6）中断处理程序结束后，从堆栈中依次弹出IP、CS和PSW， 然后返回主程序断点处，继续执行原来的程序。 对于不可屏蔽中断请求，不必判断IF是否为1，也不是由 外设接口给出中断类型号，从NMI引脚进入的中断请求规定其 中断类型号为2。在运行中断子程序过程中，若NMI引脚上有不 可屏蔽中断请求信号，CPU仍能响应。 软件中断由程序设定，没有随机性，它不受中断允许标志,位IF的影响，中断类型号由指令INT n中的n决定。正在执行软 件中断时，如果有不可屏蔽中断请求，就会在当前指令执行完 后立即予以响应。如果有可屏蔽中断请求，并且IF=1，也会在 当前指令执行完后予以响应。 二、中断向量表 寻找中断源可以用查询中断及矢量中断两种方法。 查询中断是采用软件查询方法，中断响应后启动中断查 询程序，依次查询哪个设备的中断请求触发器为1，检测到后， 转向此设备预先设置的中断服务程序入口地址。此方法较简单， 但花费时间多，并且后面的设备服务机会少，在8086系统中一 般采用矢量中断方法。 矢量中断是将每个设备的中断服务程序的入口地址（矢 量地址）集中，依次放在中断向量表中。当CPU响应中断后， 控制逻辑根据外设提供的中断类型号查找中断向量表，然后将 中断服务程序的入口地址送到CS段寄存器和指令指针IP，CPU 转入中断服务子程序。这样大大加快了中断处理的速度。,1. 中断向量表 中断向量表又称中断服务程序入口地址表。8086/8088 系统允许处理256种类型的中断，对应的中断类型号为0FFH 在存储器的00000H003FFH，占用1K字节空间，用作存放中 断向量。每个类型号占4个字节，高2个字节存放中断入口地址 的段地址，低2个字节存放段内偏移地址，如图7-4所示。,图7-4 8086/8088中断向量表,各个中断处理程序的段地址和偏移地址按中断类型号顺 序存放在中断向量表中。因此由中断类型号n4即可得到相应 中断向量的地址，取4n和4n+1单元中的内容（中断入口程序偏 移地址）装入指令指针IP，取4n+2和4n+3单元中的内容（中断 入口程序段地址）装入代码段寄存器CS，即可转入中断处理服 务子程序。 例7-3 某中断的中断类型号为68H，图7-5图示了中断操作过程： （1）取中断类型号68H； （2）计算中断向量地址68H4=1A0H； （3）取中断入口地址的偏移地址送入IP，IP=2050H，段地址； 送入CS，CS=A000H； （4）转向中断服务程序； （5）中断返回到INT 68H指令的下一条指令。,图7-5 中断操作过程例子,2. 中断向量（中断入口地址）的设置 IBM PC对256种中断类型已进行了地址分配，附录D中 给出了中断向量地址分配表。其中类型04为专用中断，中断 入口地址已由系统定义，用户不能修改；类型5类型31为系 统使用中断，也不允许用户修改；其余的中断类型号原则上可 以由用户定义，但实际上，有些中断类型目前已有用途，例 INT 21H为系统功能调用，中断类型20H3FH为DOS中断调 用。供用户使用的中断类型号，它可以由用户定义为软中断， 由INT n指令引用；也可以通过INTR端直接接入，或通过中断 控制器8259A引入可屏蔽硬件中断。使用时用户要自己将中断 服务程序入口地址置入相应的中断向量表中。有两种方法可为 中断类型号n设置中断向量，即将中断服务程序的入口地址置入 中断类型号n所对应的中断向量表中。一种方法用指令来设置， 另一种方法利用DOS功能调用来设置。,例7-5 用指令来设置中断服务程序的入口地址到中断类型号n 所对应的中断向量表中。 MOV AX，0 MOV ES，AX MOV BX，N*4 MOV AX，OFFSET INTRAD ；置入偏移地址 MOV ES：WORD PTRBX，AX MOV AX，SEG INTRAD ；置入段地址 MOV ES：WORD PTRBX+2，AX STI INTRAD： ；类型号n的中断服务子程序 IRET 实际上，在设置或检查任何中断向量时，总是避免直接 使用中断向量的绝对地址，而是利用DOS功能调用INT 21H设,置中断向量和取出中断向量。此外要注意，在设置自己的中断 向量时，应先保存原中断向量，在设置新的中断向量，在程序 结束前恢复原中断向量。 设置中断向量