8259A中断控制器

 

此篇精华，全在开始的一问一答

 

问：8259A仅占用两个I/O端口地址，它是如何区别4条ICW命令和3条OCW命令的？

答: 首先 ICW1、OCW2和OCW3占用的I/O端口为低位地址，即A 0 为 0，其余的初始化命令字和控制命令字的A 0 都为 1，所以把ICW1、OCW2和OCW3与别的初始化命令字和控制命令字区别开来；而ICW1的D 4 ＝ 1，OCW2的D 4 D 3 ＝ 00，OCW3的D 4 D 3 ＝ 01所以可以区分开ICW1、OCW2和OCW3；又知道ICW1是初始化时写入的第一个命令字，紧接着写入的应该是ICW2、ICW3，又ICW1的最低位指定了初始化时是否写入ICW4，所以这些初始化命令字就可以区分开来了。 

当初始化完成后工作期间， 3个操作命令字是这样区分的：OCW1占用的I/O端口为高位地址，OCW2和OCW3占用的为低位地址，所以OCW2和OCW3可以和OCW1区分开；而 OCW2和OCW3的D 3 位不同，所以二者又被区分开。

补充：

PC机中主片端口为20h、21h；从片端口地址为A0h、A1h。

Addresses/Registers for Master 8259A 

0x20 

Write Initialization Command Word 1 (ICW1) 

Write Operation Command Word 2 (OCW2) 

Write Operation Command Word 3 (OCW3) 

Read Interrupt Request Register (IRR) 

Read In-Service Register (ISR) 

0x21

Write Initialization Command Word 2 (ICW2) 

Write Initialization Command Word 3 (ICW3) 

Write Initialization Command Word 4 (ICW4) 

Read/Write Interrupt Mask Register (IMR) 

Addresses/Registers for Slave 8259A 

0xA0 

Write Initialization Command Word 1 (ICW1) 

Write Operation Command Word 2 (OCW2) 

Write Operation Command Word 3 (OCW3) 

Read Interrupt Request Register (IRR) 

Read In-Service Register (ISR) 

0xA1 

Write Initialization Command Word 2 (ICW2) 

Write Initialization Command Word 3 (ICW3) 

Write Initialization Command Word 4 (ICW4) 

Read/Write Interrupt Mask Register (IMR) 

8259A的初始化命令字ICW 

初始化命令字ICWl～ICW4．用来对8259A进行初始化。在初始化命令字中有一些位是针对8080／8085 CPU的，因为这两种CPU早已不用了，所以，在下面命令字的说明中对这些位不再作进一步的解释。在写命令字时这些位取0。 

初始化命令字是要写入相应的初始化命令字寄存器中的。对8259A内部寄存器的操作需要通过端口进行。一片8259A占用两个端口地址，用端口选择引脚A0来选择。对于一般的微机系统，A0接系统地址总线的最低位A0，这样，一片8259A占用的两个地址是连续的，一个为偶地址(A0=0)，另一个为奇地址(A0=1)。在下面命令字格式图示中，左边都有一个上方标“A0”的方框，框内有的为0，有的为1，这分别表示该命令字应写入8259A的AO为0的端口和写人A0为1的端口，在一般的微机系统中，分别表示写入8259A的偶地址端口和写入奇地址端口。 

1)ICWl 

ICWl主要用来设定中断请求的触发方式，是否级联，初始化过程中用不用ICW4等。 

它的格式和含义如图5．11所示。图中一些位格中有英文缩写，如D1位中有SNGL 

(single)”，这是给每一位起一个名称，表示出这一位(也可以是几位)的含义(一般是该位为l 时的含义)。这样说起来比较方便，例如，选择单片或级联是SNGL位，而不必说成Icwl的第1位。

ICWl的D4位恒为1，连同A0为0，作为ICWl的标志。这是因为在初始化时，ICWl是第一个应写入的，它必须有区别于其他初始化命令字，包括操作命令字的特征(ICW2、ICW3、ICW4的A0都为1，而A0为0对应的操作命令字有两个：OCW2和OCW3，它们的D4位都为0)。 

2)ICW2 

ICW2用来设置中断向量(在8086系统或PC系列机中，这里所说的中断向量实际是中断类型码)。在用于8086／8088系统时，该命令字的格式和含义如图5．12所示。高5位规定中断向量的高5位，即同一片8259A的8级中断的中断向量的高5位是相同的，而低3位是对应IR线的编码(000～111)。图中低3位标“×”表示取值任意，一般取0。有时将ICW2称为中断向量字节。

3)ICW3 

ICW3仅在8259A级联时才需要。对于主片和从片，ICW3的意义不同。 

对于主片，ICW3的格式和含义如图5．13所示。8位的意义相同，某位为0，对应的IR线接中断请求信号；为1，对应的IR线接从片的中断请求信号INT。

对于从片，ICW3的格式和含义如图5．14所示。高5位固定为0。低3位是从片的标识码，等于从片所连接的主片IR输入端的编码。例如，一从片的INT接到主片的IR2，则该从片的ICW3应为00000010B(后3位为IR2的编码010)。

从片的标识码在中断响应时要用到。当CPU响应来自某从片的中断请求时，连续产生两个中断响应周期。在第一个中断响应周期，主片把得到响应的IR编码送上级联线(CAS2～CAS0)，从片拿它与自己的标识码进行比较，若结果相同，表明cPu正在响应本片的中断，于是准备该中断的中断向量，在第二个中断响应周期将其送上数据总线。 

4)ICW4 

ICW4的功能较多，用来设置是否为特殊全嵌套方式，是否为缓冲器方式，是否为自动中断结束中断方式，是否为8086／8088系统等，其格式和含义如图5．15所示。

8259A的初始化编程 

    

中断系统进入正常运行之前，系统中的每一片8259A都必须进 

行初始化。初始化就是根据系统的实际需要确定上述各初始化命令字 

的具体数值并按固定的先后次序写入8259A的指定端口。如图5．16 

所示为8259A的初始化流程。对8259A初始化应注意以下几点： 

①初始化前要确保CPU为关中断状态，在所有的初始化完成后才 

开中断； 

②对系统中的每一片8259A都要进行初始化； 

③初始化命令字的写入顺序是固定不变的，最先写入的应是ICWl； 

④ICWl写入A0为0的端口(一般系统中为偶地址)，ICW2～ICW4写入A0为1的端口 

(一般系统中为奇地址)； 

⑤在多片级联系统中，对从片必须写入各自的ICW3； 

8259A的操作命令字OCW 

8259A在初始化后就进入工作状态，准备接收IR端的中断请求。此后，可通过操作命令字，改变它的某方面的操作方式或指示它进行某种操作。操作命令字共有3个：OCWl～OCW3，它们可单独使用。 

1．OCWI 

OCWl用来进行屏蔽操作，直接将中断屏蔽寄存器IMR的相应位置位或复位。OCW的格式、含义如图5．17所示。

2．OCW2 

OCW2用来设置中断结束方式和优先级循环方式，其格式和含义如图5．18所示。 

OCW2的D4，D3固定为0，0，作为OCW2的标志，这是因为它和OCW3同用A0=0选择。

其D2～Do位(L2～L0)只有在SL位为“1”时才有效，此时，有两个用途：一是当OCW2设置为特殊的中断结束命令时，由这3位指出要清除ISR寄存器中的哪一位；另一个用途是当0CW2设置为优先权特殊循环方式时，由L2～I0指出循环的开始阶段哪个中断源的优先级最低。其D7～D5位(R、sL、EOI)通过组合起作用，用来设置优先权循环方式和中断结束方式以及作为中断结束命令，但是它们的每一位为l时具有各自基本的含义，其中： 

·R位为1表示采用优先权循环方式； 

·sL位为1表示D2一D0位(L2～L0)有效； 

·EOI(End of Interrupt)位为1表示中断结束命令，要将ISR中某一位复位。 

OCW2的D7～D5位(R，SL，EOI)真正起作用的是它们的组合，其组合的表示意义见表5．1，其中功能说明中的“EOI"表示“中断结束”。

需要指出，在一般的应用系统中是将8259A设置成固定优先级、一般全嵌套方式、非自动中断结束方式，所以，在表5．1中用得最多的组合还是第一种，连同其他的5位其地址为00100000B=20H。每当中断服务结束和返回之前都要给8259A发一个这样的OCW2(20H)来结束中断(将ISR中当前级别最高的置1的位复位)。 

3．OCW3 

OCW3用来设置中断屏蔽方式、置8259A为查询方式和规定要读出其内容的寄存器，其格式和含义如图5．19所示。

其中间两位(D4、D3)固定为01，作为OCW3的标志。 

SMM位用来选择中断屏蔽方式，取0表示使用一般屏蔽方式，取1表示使用特殊屏蔽方式。ESMM是SMM位的控制位，为l允许SMM位起作用，否则禁止它起作用。 

P位决定是否将8259A置成查询方式(P=1时为查询方式)。所谓查询，是通过程序来了解是否有中断发生。当8259A被置成查询方式后，随后送到8259A的引脚的读信号被理解为中断响应信号，8259A将一个字节的数据送上数据总线，如图5．20所示。该字节数据的最高位表示有没有中断发生(为1表示有中断发生)，最低的3位在有中断发生的情况下给出请求中断服务的最高优先级的IR编码。可用程序来识别这个字节，若有中断，则转去执行相应的中断服务程序。由此可见，查询是8259A响应中断的又一种方法。

在微机系统运行过程中，有时需要读8259A的可编程寄存器的内容。中断屏蔽寄存器IMR的内容可以随时读出，而中断请求寄存器IRR或正在服务寄存器ISR的内容不能直接读出，必须先发一个OCW3命令，置成允许读寄存器状态并且指明要读哪个寄存器。OCW3的最低2位就用于这个目的：RR位为读寄存器允许(为1时允许)，RIS位为读寄存器选择，为0表示读IRR，为1表示读ISR。如果要读IRR的内容，必须先发一个()CW3命令，其RR、RIs为1 0，然后再读。如果要读ISR的内容，必须先发一个OCW3命令，其RR、RIs为ll，然后再读。 

这里结合实际的机器来说明如何读寄存器的内容。在PC／AT机中采用了两片8259A级联的结构，主片的端口地址为20H和21H，从片的端口地址为AOH和A1H。由于在8259A中IRR和ISR都是用端口寻址线A0为0来选择的，所以在：PC／AT机中主片的IRR和ISR的地址一样，为20H，从片的IRR和ISR的地址一样，为AOH。由于在8259A中IMR是用端口寻址线A0为1来选择的，所以在PC／AT机中主片的IMR的地址为21H，而从片的IMR的地址为A1H。 

下面的c程序段是读主片的IRR： 

outtportb(0x20，OxOa)；    ／*这里的Ox20是主片OCW3的写入口地址*／ 

／*OxOa是具体的OCW3，二进制值为00001010*／ 

m irr=inportb(0x20)；         ／*这里的Ox20是主片的IRR的口地址*／ 

下面的c程序段是读从片的：ISR： 

outportb(0xa0，0xob)；    ／*这里的0xa0是从片OCW3的写入口地址*／ 

／*0xOb是具体的OCW3，二进制值为0000101l*／ 

s irr=inportb(OxaO)；      ／*这里的OxaO是从片的ISR的口地址*／ 

下面的c语句是读主片的IMR： 

m isr=inportb(0x21)；    ／*0x21是主片的IMR的口地址，*／ 

下面的c语句是读从片的IMR： 

s isr=inportb(0xal)；    ／*0xal是从片的IMR的口地址，*／ 

从上面介绍的8259A的初始化命令字和操作命令字可以看出，它是一种功能相当强的中断控制器。8259A是本教材介绍的第一种可编程芯片，和其他可编程芯片一样，芯片设计者在设计时，总是尽量考虑到多种用户的需要、多种应用的需求，功能尽可能全一些，对某一个具体的应用场合，可能只用到其中一部分功能，甚至只用到一小部分功能(对后面要介绍的可编程接口芯片尤为如此)。请读者注意可编程芯片的这一特点。 

I/O许可位图:

TSS中的“I/O位图基值”指向一个以TSS的地址为基值的偏移，指向的便是"I/O许可位图".它的每一位表示一个字节的端口地址是否可用，若某一位为0则对应的端口地址可用。I/O许可位图必须以0FF结尾。如果I/O位图基值大于或等于TSS的段界限，就表示没有I/O许可位图，如果CPL》=IOPL,则所有I/O指令都会引起异常。

外部可屏蔽中断：

只有IF位为1且IMR相应的位为0才可以发生中断。发生中断时，IF位被CPU复位；如果要继续接收中断：一是要用sti指令置IF位，二是向8259发送EOI告知中断处理结束。

补充:

1.发送EOI：

mov al,20h

out 20h,al ;往20h端口置EOI位，告知8259控制器中断结束。

2.EOI位：即OCW2的5位，写20h或A0h端口可以改变它

3.I/O指令：in、ins、out、outs、cli、sti。这些指令只有在CPL<=IOPL时才能执行。可用改变

4.IOPL：是eflags寄存器（0-31位）的12、13位，IF是eflags寄存器的9位。Sti/cli指令置/复IF位。可以改变IOPL的只有popf和iretd指令，但只有运行在ring0的程序才能将其改变。指令popf同样可以用来改变IF。只有在CPL<=IOPL时popf才可以改变IF。

5.CPL：是当前CS寄存器的RPL

不可屏蔽中断（NMI）：

中断向量号2对应的是不可屏蔽中断。