第3章 中 断课件.pptVIP

第3章 中 断 3.1 概述 3.1.1 中断的基本概念 1．中断和中断源 中断描述了一种CPU处理程序的过程。CPU在正常执行当前程序时，由某个事件引起CPU暂时停止正在执行的程序，进而转去执行请求CPU暂时停止的相应事件的服务程序，待该服务程序处理完毕后又返回继续执行被暂时停止的程序，这一过程称为中断。常将为实现中断功能而采取的硬件和软件措施，称为中断系统。 中断的应用 （1）实现主机与I/O设备的并行工作 （2）利用中断进行实时处理 当微机用于实时控制时，中断是一个十分重要的功能。所谓实时处理，是指在现场的某个事件或现象出现的实际时间内及时进行处理。如微机在过程控制系统中，监测到压力过大或温度过高时，微机应立即响应并及时处理。防止偶然事故的发生。 （3）利用中断方式进行人机对话 某些程序的执行需要操作人员从键盘或某终端设备提供信息以进行控制。这些信息何时由键盘发出是随机的，因此，可以利用中断方式将信息提供给微机以实现人机对话。 （4）故障处理 微机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障：如电源掉电、存储校验出错、运算溢出等等。微机就可以利用中断技术自行处理，而不必停机或报告工作人员。 （5）多处理机系统中各处理机之间的协调工作 在多机系统与计算机网络中，各节点之间需要通信，以交换信息或协同工作。当一个节点要和其它节点通信时，便向它提出中断请求，对方转入中断服务程序，实现通信。 3.1.2 中断接口电路 1．最简单的中断接口电路 一个最简单的中断接口电路包含三个输入设备（A、B、C）和一个电源掉电中断源，CPU中设有一个中断允许触发器，三个可屏蔽中断请求输入端INTR0、INTR1、INTR2和一个非屏蔽中断请求输入端NMI。它们的作用如下。 （1）中断请求触发器 （2）中断允许触发器 （3）可屏蔽中断与非屏蔽中断 （4）中断请求与撤消 （5）中断请求输入线 最简单的中断接口电路 2．中断优先级 在实际系统中，常常遇到多个中断源同时请求中断的情况，这时CPU必须确定首先为哪一个中断源服务，以及服务的次序。通常采用中断优先排队的处理方法解决这一问题。这就是根据中断源要求的轻重缓急，排好中断处理的优先次序，即优先级（又称优先权）。先响应优先级最高的中断请求。 有的微处理器有两条或更多的中断请求线，而且CPU已经安排好中断的优先级，如图3.1.1中的INTR0为最高优先级、INTR1为次高优先级、INTR2为最低优先级。但有的微处理器只有一条中断请求线。凡是遇到中断源的数目多于CPU的中断请求线的情况时，就需要采取适当的方法来解决中断优先级的问题。另外，当CPU正在处理中断时，也要能响应优先级更高的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的中断请求，即所谓多重中断的问题。 （1）软件查询确定优先级 （2）硬件优先级排队电路确定优先级 菊花链逻辑电路 （3）具有中断屏蔽的接口电路 软件查询确定优先级的优点是，各中断源的优先级灵活，但其缺点是在中断源较多的情况下，由询问到转至相应的中断服务程序的入口时间较长。硬件优先级排队电路确定优先级的优点是速度快，但其缺点是各个中断源的优先级固定不变。 在实际系统中，往往有多个中断源。为了增加控制的灵活性，通常采用一种折衷方案，即在图3.1.3菊花链确定优先级的中断接口电路的基础上，在每一个外设的接口电路中增加一个中断屏蔽触发器。只有当此触发器为“1”时，外设的中断请求才能通过与门送出。把4个外设的中断屏蔽触发器组成一个端口（即中断屏蔽寄存器），用输出指令来控制它们的状态。 具有中断屏蔽的接口电路 3.1.3 中断处理过程 1．单重中断处理过程 如果响应某个中断请求后，CPU只能为该请求源服务处理，不被其它中断请求所打断，只有本次中断服务全部完成并返回原程序后，CPU才能响应新的中断请求，这种情况称为单重中断。 （1）CPU响应中断的条件 一条指令执行结束后，CPU检测中断请求输入端INTR是否有中断请求信号，若无中断请求信号，则转取下一条指令，若有中断请求信号，则检测中断允许触发器的状态，若为关中断，则转取下一条指令，若为开中断，则进行中断处理。 （2）中断处理 1）关中断。CPU在响应中断后，发出中断响应信号，同时内部自动地关中断，以禁止接受其他的中断请求。 2）保护现场。为了使中断处理程序不影响主程序的运行，故要把断点处的有关各个状态寄存器的内容和标志位的状态，推入堆栈保护起来。 3）保护断点。把断点处的程序计数器PC的内容压入堆栈，以备中断处理完后能正确地返回主程序断点。 4）形成中断服务程序入口地址。CPU要对中断请求进行处理，必须要找到相应的中断服务程序的入口地址。不同类型的微机的中断处理过程基本相似，但主要在形