中断优先权

6.1.4　8259A中断控制器

8259中断控制器用于管理PC机的硬件中断，也就是对PC机的各种外部设备进行管理，在接口技术中的中断编程也就是对8259中断控制器的编程设置。

1．8259A功能

Intel8259A是PC系列计算机所使用的可编程中断控制器，它的主要功能有：

① 具有8级优先权控制，通过级联可扩展至64级优先权控制；

② 每一级中断都可以独立被屏蔽或允许；

③ 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；

④ 8259A有多种工作方式，均可通过程序来选择。

2．8259A引脚及结构

Intel8259A为28脚双列直插式芯片，主要引脚功能如下：

① IR7～IR0：从外设来的中断请求由这些引脚输入到8259A。在边沿触发方式中，IR应有由低到高的上升沿，此后保持为高电平，直到被响应；在电平触发方式中，IR应输入高电平直到被响应为止。

② INT：当8259A接到外设中断请求，对CPU提出中断请求线，该引脚连接到CPU的INTR上。

③：CPU接到中断请求送回的中断应答信号。在中断响应周期中，第一个用于通知8259A中断请求已被响应；第二个作为特殊的读操作信号，读取8259A提供的中断类型。

④ CAS2～CAS0：主8259A与从8259A的级联线，对于主8259A为输出，从8259A为输入。

8259A内部由8个功能模块组成，如图6.5所示。其中与中断处理有关的有：中断请求寄存器（IRR）、在服务寄存器（ISR）、中断屏蔽寄存器（IMR）、优先权电路及控制逻辑。

图6.5　8259A内部框图

① 中断请求寄存器（IRR）：用于保存外设在IR7～IR0线上提出的中断请求，由连接在IR7～IR0线上的外设产生的触发信号来置位，其内容可通过读取OCW2来获取。

② 在服务寄存器（ISR）：在中断响应后的第一个周期将ISR中与IRR对应的中断源置位，表明该中断源正处在被服务中，ISR复位需要用中断结束命令OCW2来执行。

③ 中断屏蔽寄存器（IMR）：IMR对IRR中相应的中断请求起屏蔽作用，用户可根据需要允许某些中断发生（相应位置0）或禁止某些中断（相应位置1）。

④ 优先权电路：用于判定当前的中断请求是否输入到CPU，当中断优先权高于CPU在服务中断的优先权，则当前中断终止在服务中断，并响应当前中断请求；若当前中断优先权低于CPU在服务中断的优先权，则等待CPU完成当前中断后再响应该中断。8259A的中断优先权电路是一个采用优先权编码的数字比较电路，所谓优先权高低也就是中断类型编码的大小。

⑤ 读写控制逻辑：CPU对8259A的读写操作除信号作特殊操作外，一般的读写操作由等几个输入线控制，使8259A可以接收CPU写入的初始化命令字（ICW）和操作命令字（OCW），向CPU送出状态信息。A0组合功能如表6-1所示。

表6-1　8259A的读写操作表

3．初始化字和命令字

8259A的初始化包含2～4个初始化命令字（ICW）和3个工作方式命令字（OCW），其中ICW必须依次连续写入，OCW可在需要的时候写入。ICW1启动8259A的初始化顺序，初始化顺序如图6.6所示。

（1）初始化字（ICW）

当CPU用一条输出指令向8259A写入一个命令字（D4=1，指令地址的A0=0），则将解释为初始化命令字ICW1。在8259A的初始化中，ICW1和ICW2是必须写入的，而ICW3和ICW4由工作方式来选择。ICW1的格式及功能如图6.7所示。

图6.6　8259A初始化顺序

图6.7　ICW1格式

ICW2格式如图6.8所示，在8286/8288系统中D7～D3用于确定中断向量的T7～T3，D2～D0位无作用。

图6.8　ICW2格式

ICW3用于定义8259A的级联，其中S=1表示级联了一片从8259A，这时需要设置从8259A的ICW3（标识符），其格式如图6.9所示。

图6.9　主8259A的ICW3格式

ICW4用于设置8259A的中断结束方式、缓冲方式、嵌套方式等，其格式如图6.10所示。

图6.10　ICW4格式

（2）工作命令字（OCW）

8259A在写入了ICW后，就作好了接收外部设备中断请求的准备，在8259A工作期间可随时写入其工作命令字，规定设置8259A的各种工作方式。OCW1是中断屏蔽字，当OCW1的某一位为“1”，则相应的输入线被屏蔽；若某一位为“0”，则相应的输入线被允许。OCW1的格式如图6.11所示。

图6.11　OCW1格式

OCW2的格式如图6.12所示，其中R、SL、EOI的不同组合决定了几种不同的工作方式，L2、L1、L0的编码决定8个中断源的某一个被EOI信号复位或规定某一个中断源的优先权最低，D4D3=00为写入OCW2的特征位。

OCW3的格式如图6.13所示，其中RR、RIS组合决定读取的数据，ESMM、SMM组合设置8259A的屏蔽模式，P用于设置当前是否为查询命令。

图6.12　OCW2格式

图6.13　OCW3格式

图6.13中RIS用于选择读取ISR或IRR，若RIS=1读取ISR，RIS=0读取IRR；RR用于设置是否允许读取IRR或ISR寄存器，RR=1为允许读取；P=1表示CPU需执行一条查询指令（A0=0），其他寄存器读取命令无效；SMM=1选择8259A为特殊屏蔽方式；ESMM=1允许8259A工作于特殊屏蔽方式。

在PC机中BIOS对8259A初始化程序段如下：