3.13. Организация системы прерываний

МП ВМ86/ВМ88 имеют простую, но эффективную систему прерываний. Каждому прерыванию поставлен в соответствие некоторый номер TYPE, идентифицирующий его тип. Тип прерывания может принимать значения от 0 до 255, что обуславливает возможность обработки 256 различных прерываний. Все прерывания делятся на внешние и внутренние.

3.13.1. Внешние прерывания

Внешние прерывания инициируются внешними по отношению к МП устройствами по входам INTR или NMI.

Прерывания по входу INTR являются маскируемыми и могут быть программно запрещены путем сброса флага IF. Как правило, к входу INTR МП подключается контроллер прерывания ВН59А, на входы которого подаются запросы прерывания от внешних устройств. Контроллер прерывания воспринимает эти запросы и генерирует сигнал INTR, поступающий в МП. Если прерывания разрешены (IF=1), то МП переходит к обслуживанию этого прерывания. При этом прежде всего генерируются циклы подтверждения прерывания INTA, в результате которых из контроллера прерывания считывается код типа прерывания TYPE, соответствующий активному запросу с максимальным приоритетом. Этот код используется для определения начального адреса соответствующей подпрограммы обработки прерывания.

Прерывания по входу NMI являются немаскируемыми и не могут быть запрещены программным путем. Как правило, они используются для реакции на катастрофические события в системе (аварии в системе питания, ошибки в ОЗУ и т.п.). Прерывания по входу NMI имеют фиксированный тип TYPE=2. Код этого типа автоматически формируется в МП. Поэтому по запросу NMI циклы подтверждения прерывания INTA не генерируются, и подпрограмма обработки прерывания сразу вызывается по начальному адресу, соответствующему типу 2.

3.13.2. Внутренние прерывания

Внутренние прерывания являются немаскируемыми и не могут быть запрещены программным путем. Они возникают либо по инициативе МП при наличии некоторых ситуаций, либо по инициативе программиста с помощью команд прерываний INT TYPE.

Первые пять типов прерываний (от 0 до 4) зарезервированы для системных целей и использовать их как-либо иначе не рекомендуется.

Прерывания с типами 0 и 1 вызываются по инициативе МП.

Тип 0 имеет прерывание по ошибке деления, которое инициируется автоматически при выполнении команд деления в случае деления на 0 или в случаях, когда формат частного превышает формат приемника результата.

Тип 1 имеет прерывание пошагового режима. Оно инициируется автоматически после выполнения каждой команды при установленном флаге трассировки (TF=1).

Прерывания с типами 3 и 4 вызываются по инициативе программиста с помощью команд прерываний INT и INTO (см. подраздел 3.11.4"Команды прерываний").

Прерывания с типами от 5 до 255 являются прерываниями пользователя и служат различным целям. Тип прерывания может указываться в командах прерывания INT TYPE (например, INT 10h, INT 21h, INT 150) и всегда используется для определения начального адреса подпрограммы его обработки.

3.13.3. Обслуживание прерываний

При одновременном возникновении нескольких запросов на прерывания они обслуживаются в порядке их приоритетов, представленных в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Приоритет прерываний

Вид прерывания	Тип прерывания	Приоритет
По ошибке деления	0	1
По команде INT	3	1
По команде INTO	4	1
По команде INT TYPE	5 255	1
По входу NMI	2	2
По входу INTR	5 255	3
По флагу TF	1	4

В этой таблице уровень 1 является высшим, а 4 низшим уровнем приоритета. Наличие нескольких источников прерываний высшего приоритета обусловлено тем, что все они являются следствием команд, которые не могут выполняться одновременно. Очевидно, что прерывание пошагового режима (по флагу TF) имеет низший приоритет, и, следовательно, в пошаговом режиме все остальные прерывания исполняются обычным образом.

Переходя к обслуживанию некоторого прерывания, МП прекращает выполнение текущей программы и переходит к выполнению подпрограммы обработки, соответствующей типу прерывания. Связь между типом прерывания и начальным адресом подпрограммы устанавливается таблицей векторов прерываний, приведенной на рис. 3.16.

Таблица векторов прерываний расположена в самом начале адресного пространства памяти и включает в себя 256 элементов. Каждый элемент таблицы содержит двойное слово, называемое вектором прерывания. Вектор прерывания представляет собой начальный логический адрес подпрограммы обработки прерывания в формате segment:offset. В каждом векторе слово с большим адресом содержит базовый адрес сегмента segment, а слово с меньшим адресомсмещение подпрограммы offset относительно начала этого сегмента.

При переходе к обслуживанию любого прерывания МП прежде всего сохраняет в стеке содержимое регистров F, CS, IP и сбрасывает флаги IF, TF. Тем самым исключаются пошаговый режим выполнения подпрограммы и возможность возникновения несанкционированных вложенных прерываний.

Рис. 3.16. Таблица векторов прерываний

После этого формируется адрес вектора прерывания путем умножения его типа на 4, так как каждый элемент таблицы векторов составляет 4 байта. По этому адресу считывается вектор прерывания и загружается в регистры CS:IP, что и соответствует переходу к подпрограмме обработки прерывания. При обращении к таблице векторов прерываний сегментные регистры не используются.

Таким образом, подпрограмма обработки прерывания всегда имеет тип FARи вызывается косвенно из любой точки адресного пространства.

Новое содержимое регистров CS:IP определяет начальный адрес подпрограммы, по которому выбирается ее первая команда и т.д. Любая подпрограмма обработки прерывания должна начинаться с сохранения в стеке изменяемых ею регистров МП. В конце подпрограммы эти регистры восстанавливаются из стека.

Подпрограмма обработки прерывания должна завершаться командой IRET, восстанавливающей из стека содержимое регистров IP, CS, F, что обеспечивает полное восстановление состояния МП и возврат к команде основной программы, которая выполнялась бы при отсутствии прерывания.

Для корректного вызова подпрограмм обработки прерываний все используемые вектора должны быть инициализированы на соответствующие адресные значения. При инициализации векторов маскируемые прерывания должны быть запрещены.

Пример 3.119:

ВычислитьS=A+B,где A и B некоторые слова в памяти,по прерыванию с типом83.

Для общности введем поименованную константу IntType=83. С учетом этого текст программы для решения поставленной задачи будет иметь вид:

IntType EQU 83

. . . . . . .

AddWInt PROC FAR;Подпрограмма обработки ;прерывания

PUSH AX ;Сохранение используемых ;регистров

MOV AX, A ;Вычисление S=A+B

ADD AX, B

MOV S, AX

POP AX ;Восстановление регистров

IRET ;Возврат из подпрограммы

AddWInt ENDP

. . . . . . .

Start: . . . . . . .

;Инициализация вектора прерывания

CLI ;Запрет маскируемых ;прерываний

PUSH DS ;Сохранение регистра DS

XOR AX, AX ;Подготовка обращения к

MOV DS, AX ;таблице векторов прерываний

MOV BX, 4IntType ;Загрузка адреса вектора

LEA AX, AddWInt ;Запись смещения offset

MOV [BX], AX ;подпрограммы

MOV AX, SEG AddWInt ;Запись адреса segment

MOV [BX+2], AX ;подпрограммы

POP DS ;Восстановление регистра DS

STI ;Разрешение маскируемых ;прерываний

После выполнения этого фрагмента при инициализации прерывания с типом 83 (по входу INTR или командой INT 83) управление будет передано подпрограмме AddWInt, после выполнения которой осуществится возврат в основную программу.

В персональных компьютерах некоторые вектора прерываний инициализированы операционной системой (например, прерывания от клавиатуры, таймера и т.п.). При необходимости выполнения нетиповых действий по этим прерываниям интересующие прерывания перехватываются. Суть перехвата заключается в переопределении соответствующего вектора прерывания так, чтобы он указывал не на стандартную процедуру операционной системы, а на подпрограмму пользователя. Тогда при возникновении этого прерывания будет вызываться подпрограмма пользователя, выполняющая необходимые действия.