趙琳娜

摘要：中斷屏蔽技術(shù)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中解決多重中斷的一項(xiàng)重要技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)可以靈活處理在某中斷源服務(wù)中，響應(yīng)新的中斷源請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)次序問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不同層級(jí)的屏蔽技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)外設(shè)更為有效的控制。該文通過(guò)實(shí)例對(duì)中斷屏蔽技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析，為程序設(shè)計(jì)人員編寫(xiě)中斷服務(wù)程序提供幫助。

關(guān)鍵詞：多重中斷;中斷服務(wù)優(yōu)先級(jí);中斷屏蔽;中斷屏蔽字

中圖分類(lèi)號(hào)：TP312 ? 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）02-0107-02

1 中斷屏蔽技術(shù)

中斷屏蔽技術(shù)主要用于處理多重中斷[1-2]。所謂多重中斷又稱(chēng)為中斷嵌套，是指CPU在執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)程序時(shí)，當(dāng)另一中斷源提出了新的中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU暫停正在運(yùn)行的中斷服務(wù)程序，響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行新的中斷服務(wù)程序的過(guò)程[1-3]，即在一個(gè)中斷服務(wù)程序執(zhí)行中嵌套執(zhí)行了另一個(gè)中斷服務(wù)程序。這種中斷嵌套一般應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)條件，其一，CPU在執(zhí)行被嵌套的中斷服務(wù)程序時(shí)處于開(kāi)中斷的狀態(tài)[4-5]，即CPU響應(yīng)外部可屏蔽中斷請(qǐng)求的中斷允許位在中斷服務(wù)程序中通過(guò)開(kāi)中斷指令置為1，允許CPU響應(yīng)外部可屏蔽中斷，在此我們將其稱(chēng)之為一級(jí)屏蔽層;其二，欲中斷原中斷服務(wù)程序的新的中斷源優(yōu)先級(jí)別應(yīng)高于正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序的中斷源[5-6]。這一嵌套條件使得在已設(shè)置好優(yōu)先級(jí)別的多級(jí)中斷系統(tǒng)中，CPU對(duì)外部事件可以按照事件的輕重緩急有次序地進(jìn)行處理，由于此條件所需設(shè)置的優(yōu)先級(jí)別是在CPU之外的中斷接口中實(shí)現(xiàn)的，在此我們將其稱(chēng)之為二級(jí)屏蔽層。

在二級(jí)屏蔽層中，為提升CPU對(duì)外設(shè)的響應(yīng)速度，一般中斷系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)別采用硬件鏈?zhǔn)脚抨?duì)電路，外設(shè)一旦確定了在排隊(duì)電路中的位置次序，優(yōu)先權(quán)的響應(yīng)級(jí)別不能夠改變[4]，這樣就會(huì)造成優(yōu)先級(jí)別高的中斷源持續(xù)占據(jù)CPU服務(wù)權(quán)，其他低級(jí)別的中斷源難以得到有效服務(wù)的極端情況，為此可以通過(guò)中斷屏蔽技術(shù)對(duì)中斷源的服務(wù)級(jí)別進(jìn)行臨時(shí)重置，從而實(shí)現(xiàn)低級(jí)別中斷源得到優(yōu)先中斷服務(wù)的可能。對(duì)中斷源服務(wù)優(yōu)先級(jí)別的重置可以通過(guò)在中斷服務(wù)程序中設(shè)置中斷屏蔽字實(shí)現(xiàn)，例如某中斷系統(tǒng)的外部可屏蔽中斷源共8個(gè)，按照降序優(yōu)先級(jí)別排序（中斷源1>中斷源2>...中斷源8），若在中斷源1的中斷服務(wù)程序中設(shè)置中斷屏蔽字10000000B，該屏蔽字的設(shè)置用于控制對(duì)外部中斷源進(jìn)行管理的中斷控制器，令中斷控制器的中斷屏蔽寄存器對(duì)外部中斷源實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷源1屏蔽新中斷，其他中斷源均允許中斷的控制方式，即在CPU為中斷源1執(zhí)行中斷服務(wù)期間對(duì)中斷源1以外的任何中斷源均處于允許嵌套的狀態(tài)，相當(dāng)于通過(guò)屏蔽字的設(shè)置，臨時(shí)改變了服務(wù)優(yōu)先級(jí)別，將中斷源1的服務(wù)優(yōu)先級(jí)別降為最低。在此屏蔽字設(shè)置后，若在中斷源1服務(wù)時(shí)，比其響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別低的中斷源3提出中斷請(qǐng)求，且CPU處于開(kāi)中斷狀態(tài)，則CPU將暫停中斷源1的服務(wù)程序，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷源3的服務(wù)程序，從而實(shí)現(xiàn)低級(jí)別中斷嵌套高級(jí)別中斷的過(guò)程。

2 利用屏蔽技術(shù)管理外部中斷源及實(shí)例分析

中斷屏蔽技術(shù)除在多重中斷中用以實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌套的靈活處理外，利用該技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部中斷源（外部設(shè)備）的管理控制，使外設(shè)與CPU的數(shù)據(jù)交互更為有效。

在此以86系列微機(jī)系統(tǒng)為例，舉實(shí)例分析說(shuō)明。若86系列微機(jī)系統(tǒng)需要每隔3秒采樣一次外部設(shè)備的輸入信息并進(jìn)行關(guān)鍵值判斷，采樣到該關(guān)鍵值信息時(shí)，停止采樣，否則按上述周期循環(huán)采樣，其中3秒的定時(shí)由外部定時(shí)器完成。在此應(yīng)用實(shí)例中，涉及兩個(gè)外設(shè)，一個(gè)為輸入信息的設(shè)備，一個(gè)為實(shí)現(xiàn)定時(shí)的設(shè)備，這兩個(gè)設(shè)備中，定時(shí)外設(shè)為可向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的中斷源（每隔3秒定時(shí)時(shí)間到，向CPU發(fā)出請(qǐng)求，要求CPU做對(duì)輸入外設(shè)采樣數(shù)據(jù)的服務(wù)）。

分析上面實(shí)例可以發(fā)現(xiàn)，在此定時(shí)器為循環(huán)工作的中斷源（每隔3秒提出一次服務(wù)請(qǐng)求），若想令其在采樣到關(guān)鍵信息后提出的周期性采樣請(qǐng)求不再被CPU響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)的方法大致有兩種。其一，在一級(jí)屏蔽層進(jìn)行對(duì)該中斷源的屏蔽。在中斷服務(wù)程序返回主程序前執(zhí)行CLI指令實(shí)現(xiàn)（關(guān)閉CPU的中斷允許標(biāo)志位IF），即CPU屏蔽了所有的外部中斷源，包括外部定時(shí)器的中斷服務(wù)請(qǐng)求，但是在此這種方法不可能達(dá)到屏蔽中斷源的操作要求，因?yàn)槊總€(gè)中斷服務(wù)程序的最后一條結(jié)束指令均為IRET，該指令在恢復(fù)主程序斷點(diǎn)地址的同時(shí)，也恢復(fù)原主程序中斷時(shí)的各項(xiàng)標(biāo)志位，而主程序中斷時(shí)的中斷允許標(biāo)志位IF一定是1的設(shè)置值（否則不能響應(yīng)定時(shí)器的中斷請(qǐng)求），因此，即使在中斷服務(wù)程序中編制CLI指令，暫時(shí)使得IF=0，屏蔽了各中斷源的中斷請(qǐng)求，但隨著最后一條IRET指令的執(zhí)行，返回到主程序后，對(duì)定時(shí)器中斷的請(qǐng)求又被開(kāi)放了響應(yīng)權(quán)，因此一級(jí)中斷層的屏蔽技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)定時(shí)器請(qǐng)求的屏蔽處理。其二，在二級(jí)屏蔽層進(jìn)行對(duì)該中斷源的屏蔽。當(dāng)在某個(gè)3秒周期的采樣中斷服務(wù)程序中檢測(cè)到關(guān)鍵信息時(shí)，采用向二級(jí)屏蔽層中斷控制器設(shè)置屏蔽字的方式，在中斷服務(wù)程序中通過(guò)向20H端口（中斷屏蔽寄存器）寫(xiě)入屏蔽字，將定時(shí)器對(duì)應(yīng)的中斷屏蔽位由主程序中設(shè)置的0（允許中斷，不屏蔽）改為1（屏蔽該中斷源），使得定時(shí)器在中斷管理的中間環(huán)節(jié)（中斷控制器）受到屏蔽的控制，失去向CPU提出中斷服務(wù)請(qǐng)求的可能。

為實(shí)現(xiàn)該實(shí)例編寫(xiě)的主程序相關(guān)程序段及中斷服務(wù)程序如下：

主程序部分代碼

START ? PROC NEAR

;將中斷服務(wù)程序入口地址裝入中斷向量表（省略代碼）

;對(duì)輸入外設(shè)接口的初始化（省略代碼）

MOV DX，CS8253

MOV AL，01110110B

OUT DX，AL

MOV DX，COUNT1

MOV AX，307

OUT DX，AL

MOV AL，AH

OUT DX，AL

MOV DX，CS8253

MOV AL，10110110B

OUT DX，AL

MOV DX，COUNT2

MOV AX，6000

OUT DX，AL

MOV AL，AH

OUT DX，AL ? ?;對(duì)外部定時(shí)設(shè)備8253循環(huán)定時(shí)3秒的初始化

MOV AL，01111111B

OUT 21H，AL ? ? ?; 在此進(jìn)行二級(jí)屏蔽層中斷允禁設(shè)置，假設(shè)定時(shí)器中斷請(qǐng)求送入了中斷控制器的第7個(gè)引腳，該位值設(shè)為0，允許定時(shí)器外設(shè)中斷

STI ? ? ? ? ? ? ;在此進(jìn)行一級(jí)屏蔽層設(shè)置，CPU開(kāi)中斷

JMP $ ? ? ? ? ? ;等待外部中斷源的中斷

START   ENDP

中斷服務(wù)程序主要代碼：

IRQ7 ? ?PROC NEAR

STI ? ? ? ;開(kāi)中斷，將CPU在中斷響應(yīng)過(guò)程中自動(dòng)關(guān)閉的IF再次開(kāi)放，為中斷服務(wù)過(guò)程中的嵌套做屏蔽技術(shù)的準(zhǔn)備

. ? ? ?;外部設(shè)備數(shù)據(jù)采集輸入（省略代碼）

.

. ? ? ? ;判斷輸入數(shù)據(jù)是否為關(guān)鍵信息，不是跳轉(zhuǎn)到rount地址標(biāo)號(hào)處執(zhí)行

MOV AL，11111111B

OUT 21H，AL ? ? ? ?;是關(guān)鍵信息，則進(jìn)行二級(jí)中斷屏蔽設(shè)置，將外設(shè)定時(shí)器的中斷請(qǐng)求屏蔽

rount： ? ?MOV AL，20H ? ? ?;寫(xiě)中斷結(jié)束命令

OUT 20H，AL

IRET

IRQ7 ? ?ENDP

3 中斷屏蔽技術(shù)的其他作用

屏蔽技術(shù)還能給程序控制帶來(lái)更大的靈活性。例如，在浮點(diǎn)運(yùn)算中，當(dāng)程序員估計(jì)到執(zhí)行某段程序時(shí)可能出現(xiàn)“階上溢”，但又不希望因“階上溢”而使機(jī)器停機(jī)，為此可設(shè)一屏蔽字，使對(duì)應(yīng)“階上溢”的屏蔽位為“1”，這樣，即使出現(xiàn)“階上溢”，機(jī)器也不停機(jī)。

另外除了上述在CPU和I/O中斷控制器中設(shè)置的兩個(gè)中斷屏蔽級(jí)別外，在I/O設(shè)備與系統(tǒng)直接相連接的接口部件中，還可以進(jìn)行二級(jí)屏蔽層之外的三級(jí)屏蔽層。三級(jí)屏蔽層設(shè)置可以改變外設(shè)和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送方式，例如在與并行外設(shè)相連的并行接口8255 芯片中，其C端口的屏蔽位（如PC4/PC2位）設(shè)置為0時(shí)，則該并行I/O設(shè)備通過(guò)接口8255與CPU傳送數(shù)據(jù)時(shí)不可以采用中斷傳送控制方式[4]，只能采用無(wú)條件或查詢(xún)傳送方式。

4 總結(jié)

學(xué)習(xí)掌握中斷屏蔽技術(shù)，理解不同層級(jí)的屏蔽技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)及對(duì)外設(shè)控制的影響，應(yīng)用中斷屏蔽技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)并行、快速、靈活的處理，對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員有著重要意義。

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【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】

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