《中断和中断控制器》课件.ppt

中断系统的设计要点1可扩展性设计灵活的中断架构，易于添加新的中断源。2实时性minimizinginterruptlatency,提高系统响应速度。3可靠性implementeringfault-tolerantmechanisms确保中断系统的稳定运行。4可维护性modulardesign方法,便于调试和升级。本章小结基础概念我们学习了中断的定义、特点和分类。硬件实现深入了解了8259A中断控制器的工作原理。软件设计探讨了中断服务程序的编写和优化技巧。系统集成分析了中断在多处理器和实时系统中的应用。***********************中断和中断控制器欢迎来到《中断和中断控制器》课程。本课程将深入探讨计算机系统中的中断机制和中断控制器的工作原理。让我们开始这段激动人心的学习之旅吧！主要内容1中断基础我们将探讨中断的定义、特点和分类。2中断控制器深入了解8259A中断控制器的结构和工作模式。3中断处理学习中断服务例程、嵌套中断和级联连接。4高级主题探讨实时系统、多处理器环境下的中断处理。什么是中断定义中断是一种机制，用于暂停当前程序的执行，转而处理紧急事件。目的提高系统效率，实现CPU与外部设备的异步通信。过程中断请求→中断响应→中断服务→中断返回。中断的特点实时性中断能够快速响应外部事件，提高系统实时性。随机性中断的发生时间通常是不可预知的。优先级不同中断源可以设置不同的优先级，确保重要事件优先处理。中断的分类硬件中断由外部设备触发，如键盘输入、网络数据到达。软件中断由程序指令触发，如系统调用、异常处理。可屏蔽中断可以通过软件设置暂时忽略的中断。不可屏蔽中断系统必须立即响应的紧急中断，如断电、硬件故障。中断响应过程1保存现场保存当前程序的上下文信息，如程序计数器、寄存器值。2识别中断源确定触发中断的设备或原因。3执行中断服务程序跳转到相应的中断处理程序，执行特定任务。4恢复现场恢复被中断程序的上下文，继续执行原程序。中断控制器概述功能管理多个中断源，协调中断请求的处理。作用简化CPU的中断处理流程，提高系统效率。工作原理接收、排序、转发中断请求，与CPU协同工作。8259A中断控制器经典设计Intel设计的经典中断控制器芯片，广泛应用于x86架构。多级中断支持8级中断，可级联扩展到64级。灵活配置可编程设置优先级、触发方式等参数。8259A的体系结构中断请求寄存器（IRR）存储待处理的中断请求。中断服务寄存器（ISR）记录正在服务的中断。中断屏蔽寄存器（IMR）控制哪些中断可以被屏蔽。优先级解析器决定多个中断请求的处理顺序。8259A的工作模式全嵌套模式高优先级中断可以打断低优先级中断的服务。特殊完全嵌套模式级联时使用，允许从片中断主片服务。轮询模式中断优先级可以自动轮转，避免低优先级长期得不到服务。编程访问8259AI/O端口8259A通过I/O端口与CPU通信，包括数据端口和命令端口。初始化命令字（ICW）用于设置8259A的基本工作参数。操作命令字（OCW）用于在运行时动态调整8259A的工作状态。8259A的初始化1ICW1设置触发方式、级联模式等。2ICW2设置中断向量的起始地址。3ICW3在级联模式下，设置主从片连接关系。4ICW4设置自动结束中断、缓冲模式等。8259A的优先级控制1固定优先级IR0最高，IR7最低。2特定优先级通过编程指定特定IR线的优先级。3循环优先级自动轮转优先级，确保公平性。8259A中断服务例程结构保存现场→处理中断→发送EOI→恢复现场。EOI命令中断处理完成后，必须向8259A发送结束中断命令。优化尽量保持中断服务例程简短，以减少系统响应延迟。8259A的嵌套中断1全嵌套模式高优先级中断可以打断低优先级中断服务。2自动嵌套模式当前中断级别自动屏蔽，允许更高级别中断。3软件控制程序员可以通过编程实现更灵活的嵌套策略。8259A的级联连接主片直接与CPU连接，管理从片。从片通过主片的IR线与系统连接。扩展可支持最多64个中断请求线。配置需要正确设置ICW3以确定主从关系。处理中断的软件方法向量法使用中断向量表，快速定位中断服务程序。查询法软件轮询中断源，适用于简单系统。混合法结合向量法和查询法，平衡效率和灵活性。中断的向量表结构每个表项包含中断服务程序的地址。位置