17. Основные режимы функционирования микропроцессорной системы. Обработка прерываний и исключений

Микропроцессорная система может находиться в одном из следующих режимов работы:

∙ выполнение основной программы;

∙ вызов подпрограмм;

∙ обработка прерываний и исключений;

∙ прямой доступ к памяти.

Обработка прерываний и исключений. При работе микропроцессорной системы появляются события (например ввод данных от ВУ, или сработавший системный таймер), которые требуют немедленной реакции на них, для чего необходимо прервать текущую выполняемую программу и запустить подпрограмму обработки возникшего события. Такие события называютсяпрерываниями (interrupt), или исключениями.

Механизм обработки прерываний похож на механизм перехода в подпрограмму. При появлении сигнала прерывания процессор должен сохранить текущее состояние (контекст):

∙ регистр PC для обеспечения возможности возврата к выполнению основной программы;

∙ регистры состояния процессора (флаги АЛУ и т. п.);

∙ регистры общего назначения;

∙ специальные регистры.

После этого процессор передает управление обработчику прерывания, который производит необходимые действия для обеспечения реакции системы на прерывание и возвращает управление основной программе. Затем процессор возвращает контекст основной программы и продолжает выполнение с точки останова.

18. Системы с циклическим опросом. Блок приоритетных прерываний

Система прерывания должна сформировать сигнал общего запроса на прерывание и код номера запроса на прерывание, по которому можно определить, каким образом обрабатывать данное прерывание. Если в вычислительной системе находится несколько устройств, которым требуется работа с процессором, то можно организовать систему с циклическим опросом. В такой системе все линии, по которым в процессор поступают запросы на прерывание, опрашиваются по очереди с помощью специальной аппаратуры:

По сигналу reset выход триггера T и счетчик CT обнуляются, счетчик начинает считать. Кодовое слово с него поступает на дешифратор, на выходе которого присутствует только один активный уровень, соответствующий коду. Если данный активный уровень совпадает с запросом на прерывание, то на триггер поступает сигнал, который переключает его в единичное состояние. Счетчик перестает считать, и на его выходе формируется код, соответствующий номеру запроса на прерывание.

Таким образом, данная система формирует общий запрос на прерывание INT и код номера запроса на прерывание, который, как правило, является номером регистра, содержимое которого используется для формирования начального адреса обработчика прерывания. После передачи управления обработчику прерывания счетчик и триггер сбрасываются в нуль, и процедура опроса запросов возобновляется, начиная с первого входа.

Программируемый блок приоритетных прерываний:

Программируемый блок приоритетных прерываний позволяет обеспечить ранжирование запросов на прерывание по их важности или уровню.

Ключевыми элементами ПБПП являются:

∙ цепочечная однотактная схема определения приоритетного запроса;

∙ шифратор номера приоритетного запроса и формирователь кода номера запроса на прерывание;

∙ цифровой компаратор CMP.

На выходе цепочечной схемы определения приоритетного запроса формируются запрос на прерывание INT 1 и номер приоритетного запроса, который попадает в шифратор. Шифратор формирует код номера запроса, принятого к обслуживанию. Порог прерывания задается командой выполняемой программы, устанавливающей в регистре порога прерывания код уровня прерывания. Если код номера запроса, поступившего на обслуживание, больше кода уровня прерывания, то формируется общий сигнал прерывания INT 2; если нет, то поступивший запрос откладывается до тех пор, пока не будет выполнена текущая программа.

ПБПП имеет два режима работы: активный и неактивный. Активный режим характеризуется тем, что шифратор занимается поисками очередного запроса на прерывание, при этом вычислительная система может обрабатывать какой-либо запрос на прерывание. При отыскании очередного запроса на прерывание шифратор формирует соответствующий код номера запроса на прерывание, который поступает на компаратор. В неактивном режиме ПБПП останавливается и ждет, когда будет обработан вновь поступивший запрос, если он по уровню ниже текущего.