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  - 接口与通讯技术
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  - 中断控制器
  - 可编程芯片
create time: 2026-06-26 23:05
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# 8259A 中断控制器

## 概述

8259A 是 Intel 公司生产的可编程中断控制器（Programmable Interrupt Controller, PIC），**在全部 4 套试卷中均有出现**。它负责管理和控制 8086 系统中的外部中断请求，支持 8 级优先级中断，可通过级联扩展。本芯片的知识点主要集中在 **初始化命令字（ICW）编写**、**中断响应过程** 和 **优先级管理** 三个方面。

> [!tip] 考试要点
> - **ICW 写入顺序**：ICW1 → ICW2 → ICW3（可选）→ ICW4（可选）
> - **ICW2 与中断类型码**的关系
> - **中断响应时序**：两个 INTA 脉冲期间 8259A 做了什么
> - **全嵌套方式**的优先级规则

## 正文

### 1. 8259A 的核心功能

```mermaid
graph TB
    A["IR0~IR7 中断请求输入"] --> B["8259A"]
    B -- "INT" --> C["CPU"]
    C -- "INTA" --> B
    B -- "中断类型码 D0~D7" --> C
    B --> D["优先级判别器"]
    B --> E["中断屏蔽寄存器 IMR"]
    B --> F["中断服务寄存器 ISR"]
    B --> G["中断请求寄存器 IRR"]
```

| 寄存器 | 缩写 | 功能 |
|--------|------|------|
| 中断请求寄存器 | **IRR** | 记录哪些 IR 引脚有中断请求（8 位，对应 IR0~IR7） |
| 中断屏蔽寄存器 | **IMR** | 某位=1 则屏蔽对应 IR 的中断请求（通过 OCW1 设置） |
| 中断服务寄存器 | **ISR** | 记录当前正在被服务的中断（用于嵌套管理） |
| 优先级判别器 | **PR** | 从 IRR 中未被 IMR 屏蔽的请求里选出最高优先级 |

> [!question] IRR、IMR、ISR 三者如何协作？
> 1. 外设在 IRi 引脚产生中断请求 → **IRR** 对应位置 1
> 2. **IMR** 检查该位是否被屏蔽（=1 则忽略）
> 3. 未屏蔽的请求送入 **PR** 进行优先级判别
> 4. 若当前无更高优先级中断正在服务（查 **ISR**），则 8259A 向 CPU 发出 INT 信号

### 2. 初始化命令字（ICW）

8259A 有 **4 个初始化命令字**，必须按顺序写入：

```mermaid
graph LR
    A["ICW1 写入偶地址"] --> B["ICW2 写入奇地址"]
    B --> C{"需要级联?"}
    C -- "是" --> D["ICW3 写入奇地址"]
    C -- "否" --> E{"需要 ICW4?"}
    D --> E
    E -- "是" --> F["ICW4 写入奇地址"]
    E -- "否" --> G["初始化完成"]
    F --> G
```

#### ICW1（偶地址端口，A0=0）

```
D7 D6 D5 D4  D3     D2 D1 D0
[A7 A6 A5] 1 [LTIM] [SNGL] [IC4]
              0=边沿  0=级联  0=不需要ICW4
              1=电平  1=单片  1=需要ICW4
```

> [!info] ICW1 标志位
> D4 位 **固定为 1**，这是识别 ICW1 的标志。写入时 A0 必须为 0（偶地址端口）。

#### ICW2（奇地址端口，A0=1）

ICW2 提供 **中断类型码的高 5 位**（T7~T3），低 3 位由 8259A 自动填入 IR 编码。

```
中断类型码 = T7 T6 T5 T4 T3 [IR2 IR1 IR0]
                              ↑ 自动填充
```

> [!example] ICW2 计算示例
> **要求**：IR0~IR7 对应中断类型码 80H~87H
>
> 80H = `1000 0000B`，高 5 位 = `10000`
>
> ICW2 = **80H**
>
> 验证：IR0 → 80H, IR1 → 81H, ..., IR7 → 87H ✓

#### ICW3（奇地址端口，仅级联时需要）

- **主片**：某位=1 表示对应 IR 引脚连接了从片
- **从片**：低 3 位表示从片的 INT 输出接到主片的哪个 IR 引脚

#### ICW4（奇地址端口，按需）

```
D7 D6 D5  D4        D3 D2    D1      D0
 0  0  0  [SFNM]   [BUF]  [M/S]   [uPM]
           0=普通    0=非缓冲 0=从片   0=8080/8085
           1=特殊全嵌套 1=缓冲 1=主片   1=8086/8088
```

> [!warning] 8086 系统中 ICW4 必须写
> 8086/8088 系统下，ICW4 的 D0=1（uPM=1，表示 8086 模式）是必须的。考试中常见最小初始化序列为：ICW1 → ICW2 → ICW4。

### 3. 操作命令字（OCW）

8259A 有 **3 个操作命令字**，在初始化完成后的工作过程中写入：

| OCW | 端口 | 功能 |
|-----|------|------|
| **OCW1** | 奇地址 (A0=1) | 设置中断屏蔽字（直接写入 IMR） |
| **OCW2** | 偶地址 (A0=0) | 控制中断结束方式和优先级轮换 |
| **OCW3** | 偶地址 (A0=0) | 设置特殊屏蔽、读寄存器命令 |

> [!info] EOI 命令
> OCW2 中的 **EOI（End of Interrupt）** 命令用于在中断服务程序结束时清除 ISR 中对应的位：
> - **普通 EOI**：OCW2 = 20H（非自动 EOI 模式下必须手动发送）
> - **特殊 EOI**：指定要清除的 ISR 位

### 4. 中断响应过程

```mermaid
sequenceDiagram
    participant P as "外设"
    participant I as "8259A"
    participant C as "CPU"
    P->>I: "IRi 引脚产生中断请求"
    Note over I: "IRR 对应位置 1"
    Note over I: "PR 判别优先级"
    I->>C: "INT = 1"
    C->>I: "第一个 INTA 脉冲"
    Note over I: "ISR 对应位置 1, IRR 对应位清 0"
    C->>I: "第二个 INTA 脉冲"
    I->>C: "送出中断类型码 (D0~D7)"
    Note over C: "根据类型码查向量表, 跳转 ISR"
```

> [!warning] 两个 INTA 脉冲的作用不同
> - **第一个 INTA**：8259A 内部操作（置 ISR、清 IRR），CPU 此时还未获取类型码
> - **第二个 INTA**：8259A 将中断类型码送上数据总线，CPU 读取后计算向量表地址

### 5. 中断向量表

8086 的中断向量表位于内存最低地址 **00000H~003FFH**（共 1KB），可存放 256 个中断向量。

$$
中断向量地址 = 中断类型号 \times 4
$$

每个向量占 4 字节：**低 2 字节 = IP，高 2 字节 = CS**。

```mermaid
graph LR
    A["类型号 N"] -- "x4" --> B["向量地址 N*4"]
    B --> C["IP 低字节"]
    B --> D["IP 高字节"]
    B --> E["CS 低字节"]
    B --> F["CS 高字节"]
```

### 6. 优先级管理方式

| 方式 | 特点 | 适用场景 |
|------|------|----------|
| **全嵌套**（默认） | IR0 最高 → IR7 最低，固定不变 | 大多数应用 |
| **自动轮换** | 服务完的中断降为最低优先级 | 公平服务 |
| **特殊全嵌套** | 允许同级中断嵌套 | 级联系统的主片 |

> [!question] 全嵌套方式下，IRQ5 正在服务，哪些中断可以打断它？
> 答：只有优先级更高的 IRQ0~IRQ4 可以打断。IRQ6 和 IRQ7 必须等待 IRQ5 服务完成后才能获得响应。

### 7. 级联扩展

| 配置 | 中断级数 | 说明 |
|------|:--------:|------|
| 单片 8259A | 8 级 | IR0~IR7 |
| 一主一从级联 | 15 级 | 从片占用主片 1 个 IR 端口（8+8-1=15） |

### 8. 典型初始化程序

```asm
; 8259A 初始化示例
; 端口地址：20H（偶地址，A0=0），21H（奇地址，A0=1）
; 中断类型码：80H~87H

; ICW1：边沿触发，单片，需要 ICW4
MOV AL, 13H
OUT 20H, AL

; ICW2：中断类型码基址 = 80H
MOV AL, 80H
OUT 21H, AL

; ICW4：8086 模式，非自动 EOI
MOV AL, 03H
OUT 21H, AL

; OCW1：设置中断屏蔽字（可选）
MOV AL, 00H          ; 允许所有中断
OUT 21H, AL
```

> [!example] 中断服务程序模板
> ```asm
> INT_ISR PROC FAR
>     PUSH AX              ; 保护现场
>     PUSH BX
>     ; ... 中断处理逻辑 ...
>     MOV AL, 20H          ; 普通 EOI 命令
>     OUT 20H, AL          ; 发送到 8259A
>     POP BX               ; 恢复现场
>     POP AX
>     IRET                 ; 中断返回
> INT_ISR ENDP
> ```

## 关联笔记

- [[8255A可编程并行接口]]
- [[8254定时计数器]]
- [[8251A串行通信接口]]
- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]]