Особенности обработки аппаратных прерываний

В микропроцессоре имеется два входа прерываний — маскируемого прерывания INT и немаскируемого прерывания NMI.

Обработка маскируемых прерываний

На вход INT подается сигнал от программируемого контроллера прерываний, который обрабатывает сигналы запросов прерываний от периферийных устройств. Для программы контроллер прерываний выглядит как порт ввода-вывода, в котором фиксируется код типа прерывания. Его основная функция заключается в восприятии сигналов от периферийных устройств, определении запроса с максимальным приоритетом и генерировании сигнала INT, если запрос имеет больший приоритет, чем выполняемая микропроцессором программа.

Если установлен сигнал на линии INT и установлен в 1 флажок разрешения прерывания IF в регистре флагов, то после завершения выполнения текущей команды происходит прерывание и процессор выполняет следующие действия:

1. Выдает контроллеру прерывания подтверждение прерывания.

2. Считывает из контроллера прерывания код типа прерывания.

3. Заносит в стек содержимое регистра флагов.

4. Заносит в стек содержимое регистров IP (указатель команд) и CS (регистр, хранящий базовый адрес).

5. Вызывает и выполняет процедуру прерывания.

6. Извлекает из стека содержимое CS и IP.

7. Извлекает из стека содержимое регистра флагов.

8. Возвращается к выполнению следующей команды прерванной программы.

Обработка немаскируемых прерываний.

Линия немаскируемого прерывания NMI используется для сигнализации о катастрофических событиях в системе.

Немаскируемые прерывания реализуются аппаратно и поступают в МП по отдельной шине управления.

Немаскируемые запросы обладают наивысшим приоритетом. К ним относятся запросы от схем питания и контроля правильности передачи данных. Снижение уровня питания представляет опасность потери информации. Схемы контроля питания подают запрос прерывания и совершают переход к подпрограмме аварийной перезаписи в ОЗУ с батарейным питанием или во внешнее ЗУ. В блоке питания предусмотрены емкостные фильтры, которые поддерживают уровень питания на время, достаточное для перезаписи.

Немаскируемые прерывания имеют фиксированный код 2. Немаскируемое прерывание выполняется быстрее маскируемого, так как не требует подтверждения и считывания типа.

Если установлен сигнал на линии NMI, то после завершения выполнения текущей команды происходит прерывание и процессор выполняет следующие действия:

1. Заносит в стек содержимое регистра флагов.

2. Заносит в стек содержимое регистра IP и CS, запоминая тем самым точку возврата из процедуры прерывания.

3. Вызывает и выполняет процедуру прерывания.

4. Извлекает из стека содержимое CS и IP.

5. Извлекает из стека содержимое регистра флагов.

6. Возвращается к выполнению следующей команды.

Внутренние прерывания

В процессоре 8086 предусмотрено несколько внутренних прерываний, генерируемых при выполнении программы. Команда INT n вызывает прерывание сразу после своего завершения. Тип прерывания n, закодированный программистом в команде, определяет вызываемую процедуру прерывания. Следовательно, эту команду можно использовать для отладки процедур прерываний, обслуживающих периферийные устройства.

Команда INTO генерирует прерывание типа 4 после своего завершения, если установлен флаг переполнения OF в регистре флагов.

Процессор самостоятельно генерирует прерывание типа 0 сразу после выполнения команд деления DIV и IDIV, если имело место деление на 0.

Если установлен флаг пошаговой работы TF в регистре флагов, процессор автоматически генерирует прерывание типа 1 после выполнения каждой команды. Пошаговый режим предназначен для отладки программ.

Внутренние прерывания характеризуются следующими свойствами:

1. Тип прерывания либо предопределен, либо содержится в коде команды.

2. Подтверждение прерывания не выдается.

3. Внутренние прерывания нельзя запретить, кроме прерываний пошаговой работы.

4. Любое внутреннее прерывание (за исключением прерывания пошаговой работы) имеет более высокий приоритет, чем внешние прерывания. Если запрос NMI или INT появляется при выполнении команды, которая сама генерирует внутреннее прерывание (например, ошибка деления), оно обрабатывается первым.

По командам внутреннего прерывания процессор выполняет следующие действия:

1. Заносит в стек содержимое регистра флагов.

2. Заносит в стек содержимое регистра IP и CS.

3. Вызывает и выполняет процедуру прерывания.

4. Извлекает из стека содержимое CS и IP.

5. Извлекает из стека содержимое регистра флагов.

6. Возвращается к выполнению следующей команды.

Приоритеты прерываний в порядке их убывания:

1. Прерывание из-за ошибки деления.

2. Программное прерывание, инициируемое командой INT.

3. Команда прерывания при переполнении.

4. Немаскируемое прерывание NMI.

5. Маскируемое прерывание INT.

6. Прерывание пошаговой работы.

Таблица векторов прерываний

Таблица векторов прерываний – таблица адресов обработчиков прерываний.

Таблица указателей векторов прерываний осуществляет связь между кодом типа прерывания и процедурой, которая обслуживает прерывание данного типа. Таблица занимает 1 Кбайт памяти с диапазоном адресов 0 — 3FFh и может содержать до 256 элементов.

Каждый i-й элемент таблицы представляет собой полный начальный логический адрес процедуры, которая обслуживает прерывание типа i. Слово с меньшим адресом содержит смещение, а слово с большим адресом — базовый адрес сегмента. Так как каждый элемент таблицы состоит из 4 байт, процессор вычисляет адрес нужного элемента таблицы путем умножения кода типа на 4.

Процедуры прерываний

Когда вызывается процедура прерывания, содержимое регистров флагов, CS и IP помещено в стек, а флаги IF и TF сброшены. Процедура может разрешить внешние прерывания командой STI, допуская прерывание самой себя запросом на входе INT. Кроме того, она может быть всегда прервана запросом на входе немаскируемых прерываний NMI. Внутренние прерывания, возникающие при выполнении процедуры, будут также прерывать ее. В каждой процедуре необходимо тщательно следить за тем, чтобы в ней не возникло прерывание того типа, которое она обслуживает. Необходимо также задавать объем стека, рассчитанный на максимальную глубину вложения прерываний.

Каждая процедура прерывания должна запоминать в стеке содержимое всех регистров, которые она использует, до их модификации, а перед завершением восстанавливать содержимое этих регистров.

Целесообразно разрешать восприятие прерываний по входу INT для всех частей процедуры, за исключением критических секций, которые нельзя прерывать без риска получения ошибочных результатов. Если прерывания запрещены слишком долго, возникает потенциальная опасность потери запросов прерываний по входу INT.

Процедура прерывания должна заканчиваться командой возврата из прерывания IRET. Перед ее выполнением предполагается, что стек находится в том состоянии, в каком он был сразу после вызова процедуры. Команда IRET извлекает три верхних слова из стека в регистры IP, CS и флагов.

Фактические действия процедуры зависят от ее назначения. Если процедура обслуживает периферийное устройство, она должна передать ему приказ о снятии запроса прерывания. Затем она может получить от устройства информацию о его состоянии, определить причину прерывания и предпринять соответствующие действия. Если прерывание пришло от клавиатуры в связи с тем, что была нажата клавиша, то операционная система, считав из порта клавиатуры код этой клавиши, запоминает его в памяти.

Программные прерывания можно использовать для вызова обслуживающих программ операционной системы (вызов супервизора).

Статьи к прочтению:

Лекция 8: Прерывания

Похожие статьи: