第6章 中断控制技术解析.ppt

第六章 中断控制技术 教学目的及要求 中断的概念及中断的用途 中断过程 中断类型及中断向量 §6.1 中断概述 一、中断的基本概念 1．中断 在CPU执行程序的过程中，出现了某种紧急或异常的事件(中断请求)，CPU需暂停正在执行的程序，转去处理该事件(执行中断服务程序)，并在处理完毕后返回断点处继续执行被暂停的程序，这一过程称为中断。中断过程如图所示。为实现中断功能而设置的硬件电路和与之相应的软件，称为中断系统. 中断过程 中断具有以下优点： 1） 分时操作 中断技术实现了CPU和外部的并行工作，从而消除CPU的等待时间，提高了CPU的利用率。另外，CPU可同时管理多个外部设备的工作，提高了输入/输出数据的吞吐量。 2） 实时处理 在实时控制系统中，现场定时或随机地产生各种参数、信息，要求CPU立即响应。利用中断机制，计算机就能实时地进行处理，特别是对紧急事件的处理。 3）故障处理 计算机运行过程中，如果出现某些故障，如电源掉电、运算溢出等，计算机可以利用中断系统自行处理。 2．中断源 所谓中断源，就是引起中断的原因或者发出中断请求的设备。中断源一般分为两类：内部中断源和外部中断源。 内部中断源即中断源在微处理器内部。如计算溢出、中断指令的执行、程序调试中指令的单步运行等都是内部中断源。 外部中断源即引起中断的原因是处理机的外部设备。如外设的I/O请求、定时时间到、设备故障、电源掉电等都是外部中断源。 1.中断请求 中断请求是中断源向CPU发出的请求中断的要求。 软件中断源是在CPU内部由中断指令或程序出错直接引发中断；硬件中断源必须通过专门的电路将中断请求信号传送给CPU。 二、中断处理过程 中断方式的实现一般需要经历下述过程： 中断请求—→中断响应—→保护断点—→中断处理—→断点恢复—→中断返回 CPU在执行完每条指令后，都要检测中断请求输入引脚，看是否有外设的中断请求信号。 NMI引脚上的中断请求称为不可屏蔽中断请求(或非屏蔽中断请求) INTR引脚上的中断请求称为可屏蔽中断请求，IF＝1为允许中断。 2.中断响应 若CPU接收到了中断请求信号，且中断允许触发器的状态为1，则CPU在现行指令执行完后，发出INTA信号响应中断。一旦进入中断处理，立即清除中断请求信号。这样可以避免一个中断请求被CPU多次响应。 3.保护断点 CPU一旦响应中断，需要对其正在执行程序的断点信息进行保护，以便在中断处理结束后仍能回到该断点处继续执行。对于8086/8088 CPU，保护断点的过程由硬件自动完成，主要工作是关中断、将标志寄存器内容入栈保存以及将CS和IP内容入栈保存。 4.中断处理 中断处理的过程实际就是CPU执行中断服务程序的过程。如在中断服务程序中用到了寄存器，还需要在中断服务程序的开头对这些寄存器内容进行保护(即保护现场)，在中断服务程序的末尾恢复这些寄存器的内容(即恢复现场)。 5.中断返回 执行完中断服务程序，返回到原先被中断的程序，称为中断返回。在中断服务程序的最后应专门放置一条中断返回指令(如8086的IRET指令)。中断返回指令的作用实际上是恢复断点。 1、基本概念 中断请求是随机发生的，当系统具有多个中断源时，有时会同时出现多个中断请求，CPU只能按一定的次序予以响应和处理，这个响应的次序称为中断优先级。 三、中断优先级 2、对于不同级别的中断请求，一般的处理原则是： ①多个中断源同时请求，按优先级由高到低依次处理 ②中断处理时，出现高优先级请求，应转去处理高级请求，服务结束后再返回原中断服务程序继续 ③高优先中断正处理，不响应低级请求 ④同级别请求，应在当前中断处理结束以后再处理 假设系统中有中断源A和B，当CPU正在为中断源A服务期间，中断源B向CPU提出中断请求，若CPU暂停执行中断源A的服务子程序，而相应中断源B的请求，转去执行中断源B的服务子程序，待中断源B的服务子程序执行完后，再回到中断源A的服务子程序继续执行，责成中断源A比B的中断优先级低； 若中断源A的服务不会被B的中断请求打断，反过来，B的中断服务也不会被A的中断请求打断，则称中断源A和B是同优先级的中断。 目前采用的解决中断优先级控制的方案有： ① 软件查询。 ②硬件链式优先级排队电路。 ③硬件优先级编码比较电路。 ④利用可编程中断控制器。 3、中断优先级的确定 (1) 软件查询法 当CPU响应中断后，利用软件查询有哪些外设申请中断，判