外中断
CPU在计算机系统中,除了能够执行指令,进行运算以外,还应该能够对外部设备进行控制,接受它们的输入,向它们进行输出。
CPU除了有运算能力外,还要有I/O能力。
1)外设的输入送入端口
2)向CPU发出外中断(可屏蔽中断)信息
3)CPU检测到可屏蔽中断信息,如果IF = 1,CPU在执行完当前指令后响用中断,执行相应的中断例程。
4)可在中断例程中实现对外设输入的处理
端口的中断机制,是CPU进行I/O的基础。
接口芯片和端口
外设的输入不直接送入内存和CPU,而是送入相关的接口芯片的端口中,CPU向外设的输出也不是直接送入外设,而是先送入端口中,再由相关的芯片送到外设。
CPU还可以向外设输出控制命令,而这些控制命令也是先送到相关芯片的端口中,然后再由相关的芯片根据命令对外设实施控制。
CPU通过端口和外部设备进行联系。
外中断信息
外设的输入被存放在端口中,可是外设的输入随时都有可能到达,CPU提供中断机制来满足这种需要。这种中断来自CPU的外部,当CPU外部有需要处理的事情发生的时候,如外设的输入到达,相关芯片将向CPU发出相应的中断信息。CPU再执行完当前指令后,可以检测发送过来的中断信息,引发中断过程,处理外设的输入。
PC系统中,外中断源一共有一下两类:可屏蔽中断和不可屏蔽中断。
可屏蔽中断
可屏蔽中断是CPU可以不响应的外中断。CPU是否响应可屏蔽中断,要看标志寄存器的IF位的设置。当CPU检测到可屏蔽中断信息时,如果IF = 1,则CPU在执行完当前指令后响应中断,引发中断过程;如果IF = 0,则不响应可屏蔽中断。
外中断引发过程:
1)取中断类型码 n。
2)标志寄存器入栈,IF = 0, TF = 0
3)CS、IP入栈
4)(IP) = (n * 4)
(CS) = (n * 4 + 2)
可屏蔽中断引发的中断过程,除获取中断类型码实现不同外,基本上和内中断的中断过程相同。因为可屏蔽中断信息来自于CPU外部中断类型码是通过数据总线送入CPU的,而内中断的中断类型码是在CPU内部产生的
设置IF的指令:
sti //设置IF = 1
cli //设置IF = 0
不可屏蔽中断
不可屏蔽中断是CPU必须响应的外中断。当CPU检测到不可屏蔽中断信息时,则在执行完当前指令后,立即响应,引发中断过程。
对于8086CPU,不可屏蔽中断的中断类型码固定为2,所以不需要取中断类型码。则不可屏蔽中断的中断过程为:
1)标志寄存器入栈,IF = 0, TF = 0
2)CS、IP入栈
3)(IP) = (8),(CS) = (0AH)
几乎所有由外设引发的外中断,都是可屏蔽中断。当外设有需要处理的事件发生时,相关芯片向CPU发出可屏蔽中断信息。
不可屏蔽中断是在系统中有必须处理的紧急情况发生时用来通知CPU的中断信息。
PC机键盘的处理过程
1)键盘输入
键盘上的每一个键相当于一个开关,键盘中有一个芯片对键盘上的每一个键的开关状态进行扫描。
按下一个键时,开关接通,该芯片就产生一个扫描码,扫描码说明了按下的键在键盘上的位置。扫描码被送入主板上的相关接口芯片的寄存器中,该寄存器的端口地址为60h。
松开按下的键时,也产生一个扫描码,扫描码说明了松开的键在键盘上的位置。松开按键时产生的扫描码也被送入60h端口中。
一般将按下一个键时产生的扫描码称为通码,松开一个键产生的扫描码称为断码。
扫描码长度为一个字节,通码的第7位为0,断码的第7位为1,即:
断码 = 通码 + 80H
例:
g键的通码为22H,断码为a2H
2)引发9号中断
键盘的输入到达60h端口时,相关的芯片就会向CPU发出中断类型码为9的可屏蔽中断信息。CPU检测到该中断信息后,如果IF = 1,则响应中断,引发中断过程,转去执行int 9中断例程。
3)执行 int 9 中断例程
BIOS提供了int 9中断例程,用来进行基本的键盘输入处理:
(1)读出60h端口中的扫描码
(2)如果是字符键的扫描码,将该扫描码和它对应的字符码(ASCII码)送入内存中的BIOS键盘缓冲区,如果是控制键和切换键的扫描码,则将其转变为状态字节(用二进制位记录控制键和切换键状态的字节)写入内存中存储状态字节的单元。
(3)对键盘系统进行相关的控制,比如,向相关芯片发出应答信息。
BIOS键盘缓冲区是系统启动后,BIOS用于存放int 9中断例程所接受的键盘输入的内存区。该内存区可以存储15个键盘输入,因为int 9中断例程除了接收扫描码外,还要产生和扫描码对应的字符码,所以在BIOS键盘缓冲区中,一个键盘输入用一个字单元存放,高位字节存放扫描码,低位字节存放字符码。
0040:17 单元存储键盘状态字节,该字节记录了控制键和切换键的状态。键盘状态字节记录的信息:
0:右shift状态,置1表示按下右shift键。
1:左shift状态,置1表示按下左shift键。
2:Ctrl状态,置1表示按下Ctrl键。
3:Alt状态,置1表示按下Alt键。
4:ScrollLock状态,置1表示Scroll指示灯亮。
5:NumLock状态,置1表示小键盘输入的是数字。
6:CapsLock状态,置1表示输入大写字母。
7:Insert状态,置1表示处于删除状态。
编写int 9中断例程
键盘输入的处理过程:
1)键盘产生扫描码
2)扫描码送入60h端口
3)引发9号中断
4)CPU执行int 9号中断例程处理键盘输入
编程:在屏幕中间依次显示“a”~“z”,并可以让人看清。在显示的过程中,按下Esc键后,改变显示的颜色。
1)依次显示“a” ~ “z”
assume cs:code
code segment
start: mov ax, 0b800H
mov es, ax
mov ah, 'a'
s: mov es:[160 * 12 + 40 * 2], ah
inc ah
cmp ah, 'z'
jna s //不高于则转移
mov ax, 4c00H
int 21H
code ends
end start
上面程序在执行过程中无法看清屏幕上的显示,因为字母之间切换的太快,无法看清。应该在每显示一个字母后,延时一段时间。
2)依次显示“a” ~ “z”,增加延时
assume cs:code
code segment
start: mov ax, 0b800H
mov es, ax
mov ah, 'a'
s: mov es:[160 * 12 + 40 * 2], ah
call delay
inc ah
cmp ah, 'z'
jna s //不高于则转移
mov ax, 4c00H
int 21H
delay: push ax
push dx
mov dx, 1000H //循环次数
mov ax, 0
s1: sub ax, 1 //ax 借位 cf = 1 -1 = 0FFFEH
sbb dx, 0 // 此时dx - cf - 0
cmp ax, 0
jne s1 //不等于则转移
cmp dx, 0
jne s1
pop dx
pop ax
ret
code ends
end start
3)通过按下Esc键后,改变显示颜色
(1)从60h端口读出键盘的输入
(2)调用BIOS的int 9中断例程,处理其他硬件细节
(3)判断是否为Esc的扫描码,如果是,改变显示的颜色后返回,吐过不是则直接返回
要能在我们写的新中断例程中调用原来的中断例程,就必须在将中断向量表中的中断例程的入口地址改为新地址之前,将原来的入口地址保存起来。这样,在需要调用的时候,我们才能找到原来的终端例程的入口。
按下按键就会调用中断int 9,之后显示文字
完整程序实现:
assume cs:code
stack segment
db 128 dup (0)
stack ends
data segment
dw 0,0
data ends
code segmnet
//设置栈
start: mov ax, stack
mov ss, ax
mov sp, 128
//设置数据段
mov ax, data
mov ds, ax
mov ax, 0
mov es, ax
//保存之前int 9中断的地址
push es:[9 * 4] //保存栈
pop ds:[0]
push es:[9 * 4 + 2]
pop ds:[2] //保存到数据段
mov word ptr es:[9 * 4], offset int 9
mov es:[9 * 4 + 2], cs //设置新的入口地址
mov ax, 0b800h
mov es, ax
mov ah, 'a'
s: mov es:[160 * 12 + 40 * 2], ah
call delay
inc ah
cmp ah, 'z'
jna s
mov ax, 0
mov es, ax
push ds:[0]
pop es:[9 * 4]
push ds:[2]
pop es:[9 * 4 + 2] //j将中断向量表中int 9中断例程入口恢复原来的地址
mov ax, 4c00H
int 21h
delay: push ax
push dx
mov dx, 1000H
mov ax, 0
s1: sub ax, 1
cmp ax, 0
jne s1
cmp dx, 0
jne s1
pop dx
pop ax
ret
//新的中断
int9: push ax
push bx
push es
in al, 60H
pushf
call dword ptr ds:[0] //调用原来的int 9 中断例程
cmp al, 1 //判断按下的键位
jne int9ret
mov ax, 0b800h
mov es, ax
inc byte ptr es:[160 * 12 + 40 * 2 + 1] //修改属性值,改变颜色
int9ret: pop es
pop bx
pop ax
iret
code ends
end start
在DOS下,按F1键后改变当前屏幕的显示颜色。(安装新的int 9中断例程)
1)改变屏幕颜色
改变从B8000H开始的4000个字节中的所有奇地址单元中的内容,当前屏幕的显示颜色即发生变化。
mov ax, 0b800h
mov es, ax
mov bx, 1
mov cx, 2000
s: inc byte ptr es:[bx]
add bx, 2
loop s
2)其他键照常处理
可以调用原int 9 中断处理程序,来处理其他的键盘输入。
3)原int 9 中断例程入口地址的保存
因为在编写的新int 9中断例程中要调用原 int 9 中断例程,所以,要保存原int 9中断例程的入口地址。显然不能保存在安装程序中,因为安装程序返回后地址将丢失。所以保存在:200单元处。
4)新的int 9 中断例程的安装
可将新的int 9 中断例程安装在0:204处。
程序:
assume cs:code
stack segment
db 120 dup (0)
stack ends
code segment
//设置栈
start: mov ax, stack
mov ss, ax
mov sp, 120
push cs
pop ds
mov ax, 0
mov es, ax
//安装新的int9
mov si, offset int9
mov di, 204H
mov cx, offset int9end - offset int 9
cld
rep movsb
push es:[9 * 4]
pop es:[200H]
push es:[9 * 4 + 2]
pop es:[202H]
cli
mov word ptr es:[9 * 4], 204h
mov word ptr es:[9 * 4 * + 2], 0
sti
mov ax, 4c00H
int 21h
int9: push ax
push bx
push cx
push es
in al, 60h
pushf
call dword ptr cs:[200h]
cmp al, 3bh
jne int9ret
mov ax, 0b800h
mov es, ax
mov bx, 1
mov cx, 2000
s: inc byte ptr es:[bx]
add bx, 2
loop s
int9ret:pop es
pop cx
pop bx
pop ax
iret
int9end:nop
code ends
end start