(三十二)外中断--汇编笔记

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Posted by YiMiTuMi on May 15, 2020

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

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