diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8251A串行通信接口.md b/接口与通讯技术/复习文档/8251A串行通信接口.md index 75ec063..ebebe5d 100644 --- a/接口与通讯技术/复习文档/8251A串行通信接口.md +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8251A串行通信接口.md @@ -39,7 +39,7 @@ create time: 2026-06-26 23:05 graph LR A["起始位(1)"] --> B["数据位(5~8)"] B --> C["校验位(0或1)"] - C --> D["停止位(1, 1.5, 2)"] + C --> D["Stop Bit"] ``` > [!example] 帧长度计算 @@ -83,7 +83,7 @@ D1D0: 00=5位 01=6位 10=7位 11=8位 ``` > [!example] 方式控制字计算 -> **要求**：异步通信，波特率因子 x16，偶校验，8 位数据 +> **要求**：异步通信，波特率因子 x16，偶校验，8 位数据，1 位停止位 > > D7D6=10（x16）, D5D4=10（偶校验）, D3D2=01（1 位停止位）, D1D0=11（8 位数据） > @@ -91,11 +91,11 @@ D1D0: 00=5位 01=6位 10=7位 11=8位 > > --- > -> **要求**：异步通信，波特率因子 x16，偶校验，8 位数据，1 位停止位 +> **要求**：异步通信，波特率因子 x1，无校验，7 位数据 > -> D7D6=01（x1 → 按试卷答案 D7D6=01 即因子 1）, D3D2=11, D1D0=11 +> D7D6=01（x1）, D5D4=00（无校验）, D3D2=01（1 位停止位）, D1D0=10（7 位数据） > -> 控制字 = `0100 1111B` = **4FH** +> 控制字 = `0100 0110B` = **46H** #### 命令控制字 @@ -103,9 +103,8 @@ D1D0: 00=5位 01=6位 10=7位 11=8位 ``` D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 -EH IR RTS ER SBRK RxE TxD TxEN -0=正常 0 0=RTS高 0 0 0 0 0=禁止 -1=内部 1 1=RTS低 1 1 1 1 1=允许 +EH IR RTS ER SBRK RxE TxD TxEN +0 1 0 1 0 0 0 0 复位 ``` @@ -114,20 +113,29 @@ EH IR RTS ER SBRK RxE TxD TxEN | 位 | 符号 | 含义 | |:--:|------|------| | D0 | **TxEN** | 发送允许（1=允许发送） | -| D1 | **DTR** | 数据终端准备好（0=DTR 输出低） | +| D1 | **TxD** | 数据输出使能（0= TxD 输出无效） | | D2 | **RxE** | 接收允许（1=允许接收） | | D3 | **SBRK** | 发送 Break 字符 | | D4 | **ER** | 错误标志复位（1=清除 FE/OE/PE 错误标志） | -| D5 | **RTS** | 请求发送（0=RTS 输出低电平） | +| D5 | **RTS** | 请求发送（1=RTS 有效为低电平） | | D6 | **IR** | 内部复位（1=回到等待方式控制字状态） | | D7 | **EH** | 进入搜索方式（同步模式用） | > [!example] 命令控制字计算 -> **要求**：允许发送和接收，清除错误标志 +> **要求**：允许发送，允许接收，清除错误标志 > -> TxEN=1, RxE=1, ER=1, 其余=0 +> 对应位：TxEN(D0)=1, RxE(D2)=1, ER(D4)=1, 其余=0 > -> 命令控制字 = `0001 0101B` = **15H** +> 按位排列：D7~D0 = `0001 0101B` = **15H** +> +> > [!info] 常见默认初始化值 +> > 许多教材给出的默认初始化值为 `5BH`（0101 1011），含义是： +> > - IR=0（不断电） +> > - RTS=1（有效，发出握手请求） +> > - ER=1（清除错误标志） +> > - RxE=1（允许接收） +> > - TxD=1（使能发送数据输出） +> > - TxEN=1（允许发送） ### 3. 状态信号 @@ -149,8 +157,8 @@ EH IR RTS ER SBRK RxE TxD TxEN | **RxD** | 接收数据输入 | | **TxC** | 发送时钟（控制发送速率） | | **RxC** | 接收时钟（控制接收速率） | -| **RTS** | 请求发送（输出，通知外设） | -| **CTS** | 清除发送（输入，外设应答） | +| **RTS** | 请求发送（输出，通知外设准备接收） | +| **CTS** | 清除发送（输入，外设表示已准备好） | | **DTR** | 数据终端准备好（输出） | | **DSR** | 数据装置准备好（输入） | @@ -186,6 +194,88 @@ OUT DX, AL > [!danger] 初始化顺序不可乱 > 8251A 硬件复位后处于"等待方式控制字"状态。**必须**先写方式控制字，再写命令控制字。若想重新初始化，需先写命令控制字中 IR=1（40H）进行内部复位，再按顺序重写两个控制字。 +### 6. 深度理解 + +#### 波特率因子的工作原理 + +波特率因子是连接 **系统时钟频率** 与 **实际传输速率** 的桥梁： + +```mermaid +graph TD + CLK["系统输入时钟"] --> DIV["除以 N (N=1,16,64)"] + DIV --> TXC["TxC — 发送波特率时钟"] + DIV --> RxC["RxC — 接收波特率时钟"] + TXC --> RATE["实际比特率 = CLK/N"] + RxC --> RATE2["实际比特率 = CLK/N"] +``` + +> [!info] 计算示例 +> - 系统时钟 = 1 MHz，波特率因子 x16 → 实际波特率 = 1,000,000 / 16 = **62,500 bps** +> - 波特率因子越小，实际传输速率越高 +> - x1: 最高速率；x16: 适中；x64: 最低速率（适合低速设备） + +#### 校验位的作用机制 + +| 校验类型 | 规则 | 检测能力 | +|----------|------|----------| +| 无校验 | 不发送额外位 | 无法检测任何错误 | +| 奇校验 | 使数据位+校验位中 "1" 的个数为奇数 | 检测单比特错误 | +| 偶校验 | 使数据位+校验位中 "1" 的个数为偶数 | 检测单比特错误 | +| 空格校验 | 校验位固定为 0 | 同上 | + +> [!tip] 奇偶校验的局限 +> 只能检测**奇数个**比特的错误。如果同时发生偶数个比特翻转（如第 3 位和第 5 位同时出错），奇偶校验**无法发现**。因此在高速通信中常采用 CRC 等更强大的校验方式。 + +#### 握手协议详解 + +除了前面提到的 RTS/CTS 硬件握手机制外，8251A 还支持 DTR/DSR 两对信号： + +```mermaid +sequenceDiagram + participant CPU as CPU + 8251A + participant Line as 通信线路 + participant Peer as 对端设备 + + CPU->>Line: DTR 置有效 + Note over CPU: 表明己方终端已就绪 + Peer->>CPU: DSR 置有效 + Note over Peer: 确认对方已就绪 + + CPU->>Line: RTS 置有效 + Note over CPU: 请求开始发送 + Peer->>CPU: CTS 置有效 + Note over Peer: 允许开始发送 + CPU->>Peer: 开始发送 TxD + Peer->>CPU: 逐字符响应 RXRDY +``` + +> [!question] 为什么要两套握手信号？ +> RTS/CTS 通常用于**逐字节流控**（每发一字节前检查一次）；DTR/DSR 用于**会话级准备**（整个通信开始前确认双方都已上线）。两者配合可实现完整的两层流控。 + +## 自测问答 + +通过以下问题检验对 8251A 的掌握程度： + +> [!question] Q1：为什么必须先写入方式控制字，再写入命令控制字？ +> **答**：8251A 复位后默认进入"等待方式控制字"状态。只有收到合法的方式控制字后，芯片才会解析出波特率因子、校验模式等底层参数，从而切换到可接受命令的状态。若颠倒顺序，命令控制字会被当作方式控制字处理，导致配置失效。 + +> [!question] Q2：异步通信下，若使用 x16 波特率因子，波特率为 9600 bps，传输一个 10 位帧的字符需要多长时间？ +> **答**：时间 = 10 bit / 9600 bps ≈ **1.04 ms**。注意：实际波特率已经由 x16 因子确定，无需再用该因子除。 + +> [!question] Q3：TXRDY 和 TxE 有什么区别？编程时应如何区分使用？ +> **答**： +> - **TXRDY**：表示发送保持寄存器为空，可以**写入新数据**——用于发送循环中判断能否写入下一字节。 +> - **TxE**：表示**所有数据已全部发送完毕**（包括移位寄存器中的位）——用于判断发送是否彻底结束，常用于程序退出前的同步等待。 + +> [!question] Q4：将奇校验的控制字从 `1010 0111B` 改为偶校验，值变为多少？ +> **答**：只需修改 D5D4：`10`（偶校验）。其余不变。结果 = `1010 0111B` → 等等，这个例子中原就是偶校验(`10`)！若原为奇校验 `1010 0111B` 的 D5D4=01，改偶校验后 D5D4=10，新值 = **A7H**（实际上本例 A7H 本来就是偶校验配置）。 + +> [!question] Q5：在同步通信模式下，8251A 还需要设置哪些不同于异步的参数？ +> **答**：主要区别有三点： +> 1. D7D6=00（同步模式，不使用波特率因子） +> 2. D3D2 不再代表停止位（同步通信没有起始位/停止位概念） +> 3. 初始化完成后需要在命令控制字中设置 EH=1，让芯片进入搜索同步字符的状态 + ## 关联笔记 - [[8255A可编程并行接口]] diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8254定时计数器.md b/接口与通讯技术/复习文档/8254定时计数器.md index 6739cd2..54fcc87 100644 --- a/接口与通讯技术/复习文档/8254定时计数器.md +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8254定时计数器.md @@ -76,6 +76,15 @@ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 101=方式5 ``` +> [!important] 锁存命令（D7D6=00）的特殊用途 +> 控制字的 D7D6 位有双重含义： +> - **写入控制寄存器时**（A1A0=11）：`00` 表示选择计数器 0 + 设置工作方式 +> - **作为锁存命令**：`00` + `D5D4=00` = **锁存当前计数值**到计数锁存器 +> +> 锁存原理：8254 内部每个计数器有两个 16 位寄存器——**计数器寄存器**（正在计数的值）和**计数锁存器**（被保护的值）。CPU 读计数值时，当前正在计数的计数器其值会被"冻结"复制到锁存器中，CPU 再从锁存器读出，避免读到中途变化的值。 +> +> 注意：其他 2 个非活动计数器不受影响，仍保持原锁存值。 + > [!example] 控制字速算 > **要求**：计数器 0，方式 3（方波），先低后高，二进制 > @@ -90,6 +99,8 @@ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 > [!tip] 考试重点 > 方式 2 和方式 3 的区别几乎每卷必考！ +#### 4.1 方式总结 + | 方式 | 名称 | 输出波形 | 触发 | 自动重装 | 典型应用 | |:----:|------|----------|------|:--------:|----------| | 0 | 计数结束中断 | 计数到 0 后 OUT 变高 | 软件 | 否 | 定时中断 | @@ -99,7 +110,36 @@ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 | 4 | 软件触发选通 | 计数到 0 后输出 1 个 CLK 宽的负脉冲 | 软件 | 否 | 软件定时选通 | | 5 | 硬件触发选通 | 触发后计数到 0 输出 1 个负脉冲 | 硬件 | 否 | 硬件延迟脉冲 | -#### 方式 2 vs 方式 3 对比 +> [!question] 如何快速区分"软件触发"与"硬件触发"的方式？ +> 看触发信号来源：**软件触发**的方式（0、2、3、4）在写入计数初值后就自动开始工作；**硬件触发**的方式（1、5）需要外部 GATE 引脚有有效边沿才能启动。 + +#### 4.2 GATE 信号在各工作方式下的行为 + +这是高频考点——考试中经常考查 GATE 对计数的影响： + +```mermaid +graph TB + subgraph "GATE = 1 — 正常工作" + direction LR + G1["GATE=1"] --> A["允许计数"] + A --> A1["方式 0/2/3/4
持续减计数"] + A --> A2["方式 1/5
等待硬件触发"] + end + subgraph "GATE = 0 — 暂停 / 复位" + direction LR + G0["GATE=0"] --> B["暂停计数
计数值保持不变"] + B --> B1["方式 0
OUT保持低"] + B --> B2["方式 2/3
OUT变高, 停止计数"] + B --> B3["方式 1/5
无法触发"] + end + subgraph "GATE 上升沿" + direction LR + RE["GATE ↑"] --> C["重新装入初值
开始计数"] + C --> C1["所有方式均适用"] + end +``` + +#### 4.3 方式 2 vs 方式 3 对比 ```mermaid graph LR @@ -120,12 +160,79 @@ graph LR | 输出频率 | CLK / N | CLK / N | | 重装机制 | 计数到 1 时 OUT 变低，到 0 时重装 | 计数到 0 时自动重装，交替翻转 OUT | -> [!question] GATE 引脚在方式 2 和方式 3 中的作用？ -> - GATE=0：暂停计数，OUT 输出高电平 -> - GATE 上升沿：重新装入初值，开始计数 -> - GATE=1：允许计数正常进行 +> [!example] 为什么同样分频 N，方式 3 的半周期是 ⌈N/2⌉？ +> 方式 3 产生对称方波，OUT 在每个半周期翻转一次。当 N 为偶数时，每个半周期 = N/2；当 N 为奇数时，两个半周期交替为 ⌈N/2⌉ 和 ⌊N/2⌋，整体仍近似 50% 占空比。 +> 例如 N=5：前半周期 3 个 CLK → OUT 翻转，后半周期 2 个 CLK → OUT 再翻转，周期长度仍为 5 个 CLK。 -### 5. 计数初值计算（核心公式） +#### 4.4 方式 0 详解（计数结束中断） + +方式 0 是理解其他方式的基础，它的行为最直观： + +- **写入初值后**：OUT 立即从低变高，计数器开始递减 +- **计数到 0 时**：OUT 从高变低，发出中断请求 +- **之后**：停止计数，OUT 保持低电平（除非重新写入新初值） + +```mermaid +sequenceDiagram + participant CPU + participant 8254 + participant OUT + + CPU->>8254: 写入计数初值 N + Note over 8254: OUT 变高，开始计数 + loop N 个 CLK 下降沿 + 8254->>8254: 每次下降沿减 1 + end + 8254->>OUT: OUT 变低 (计数到 0) + Note over OUT: 发出中断请求 +``` + +> [!question] 方式 0 下 GATE 的作用是什么？ +> - **GATE=1**：正常计数 +> - **GATE=0**：暂停计数，计数值冻结不变 +> - **GATE 上升沿**：重新装入初值并恢复计数 +> - 注意方式 0 不会自动重装，要再次触发必须**重新写入新的初值**。 + +### 5. 计数操作机制 + +#### 5.1 计数器寄存器 vs 计数锁存器 + +> [!important] 每个计数器有两个 16 位寄存器 +> - **计数器寄存器（Counter Register）**：正在执行递减计数，随 CLK 不断变化 +> - **计数锁存器（Count Latch Register）**：保存某一时刻被"冻结"的计数值 +> - **读写缓冲器**：两端都连接的桥梁，负责 CPU 与内部寄存器的数据交换 +> +> **关键规则**：当 CPU 读取某个计数器的值时，该计数器的当前值会被复制到锁存器中；而其余 2 个计数器不受影响，继续保持原有状态。 + +```mermaid +flowchart LR + CPU["CPU 总线"] <--> BR["读写缓冲器"] + BR <--> CR["计数器寄存器
正在计数"] + BR <--> CLR["计数锁存器
保护的值"] + + CR -.CLK下降沿减1.-> CR + CPU --读操作--> CLR + CPU --写控制字+锁存命令--> CLR +``` + +#### 5.1 计数过程中改写初值 + +```mermaid +flowchart TD + S["正在计数中..."] --> W["CPU 写入新计数初值"] + W --> R1{"是否在当前\n计数周期内?"} + R1 -- 是 --> F1["新初值在当前周期\n不生效"] + F1 --> F2["等当前周期结束后\n才使用新初值"] + R1 -- 否 / 下一个周期 --> F3["新初值立即生效"] + F3 --> F4["下次计数使用新值"] +``` + +> [!warning] 易错点 +> 在计数过程中向正在工作的计数器写入新的计数初值： +> - **不影响当前正在进行的计数**——新初值要在当前计数周期结束后才会被采用 +> - 这意味如果你想在下次计数就用新值，需要在当前计数**即将结束前**写入新初值 + +### 6. 计数初值计算（核心公式） $$ 计数初值 = \frac{f_{CLK}}{f_{OUT}} @@ -178,6 +285,95 @@ OUT DX, AL ; 再写高字节 03H > [!danger] 易错点 > 写初值时必须 **先低后高**（与控制字 D5D4=11 对应），而且低字节和高字节要 **分两次** `OUT` 到同一个端口地址。用 `OUT DX, AX` 一次写 16 位是错误的。 +### 8. 综合应用与考试技巧 + +#### 8.1 PC 系统定时器实例（经典案例） + +PC 机的 Intel 8253（兼容 8254）系统时钟使用著名的 **1.193182 MHz** 晶体振荡器频率作为 CLK 输入，产生标准 **100 Hz** 的周期中断： + +| 参数 | 值 | +|------|-----| +| CLK 频率 | 1.193182 MHz = 1,193,182 Hz | +| 目标频率 | 100 Hz | +| 计数初值 | 1,193,182 ÷ 100 = **11,931**（取整为 11931 ≈ 11932） | +| 控制字（方式 3，二进制） | 36H | + +这个 100 Hz 中断被操作系统用作时间基准——每秒触发 100 次，每次更新系统时钟滴答数（tick count）。这就是为什么老式 Windows 系统的 `GetTickCount()` 精度约为 **10ms**（1/100 s）。 + +> [!question] 如果改用 BCD 方式实现 100 Hz 中断，初值如何写入？ +> BCD 方式下，11931 按四位十进制数字处理：**1,1,9,31** → 高字节=11H，低字节=31H（注意不是 BC 码，而是直接按十进制位拆分）。控制字改为 **37H**。 + +#### 8.2 串级连接（级联） + +当单个 16 位计数器不够用时，可以用两个计数器串级，形成 **32 位** 或更长的分频： + +```mermaid +flowchart LR + CLK1["CLK1"] --> C1["计数器 0
分频 N1"] + C1 -- OUT0 驱动 CLK1 --> C2["计数器 1
分频 N2"] + C2 -- OUT1 --> FINAL["最终输出
总分频 = N1 × N2"] +``` + +> **总分频比 = N₁ × N₂** +> +> 例如：计数器 0 设 N₁=1000，计数器 1 设 N₂=1000，输入 CLK=1 MHz，则最终输出频率 = 1,000,000 ÷ (1000×1000) = **1 Hz**。 + +#### 8.3 典型考试题解步骤 + +遇到 8254 计算题时，按以下步骤解题不会遗漏： + +```mermaid +flowchart TD + S["题目给出：
f_CLK, f_OUT, 工作方式"] --> A["Step 1: 计算计数初值
N = f_CLK / f_OUT"] + A --> B["Step 2: 将 N 转换为十六进制
例：1000 → 03E8H"] + B --> C["Step 3: 确定控制字
选择计数器 + 读写格式 + 工作方式 + 数制"] + C --> D["Step 4: 写出初始化汇编代码
先写控制字，再分两次写入初值"] + D --> E["Step 5: 检查边界情况
BCD方式? 奇数N? 是否需级联?"] +``` + +**完整示例**：用 2 MHz 时钟源产生 2000 Hz 方波，选计数器 0，方式 3，二进制。 + +| 步骤 | 操作 | 结果 | +|------|------|------| +| ① 计数初值 | 2,000,000 ÷ 2,000 | **1000** = **03E8H** | +| ② 控制字 | 计数器0(00)+先低后高(11)+方式3(011)+二进制(0) | **36H** | +| ③ 端口基址假设 | 设 PORT_BASE | 计数器0→PORT_BASE, 控制寄存器→PORT_BASE+3 | +| ④ 初始化代码 | 见下方 | — | + +```asm +; 初始化计数器 0，产生 2000Hz 方波 +MOV DX, BASE_ADDR + 3 ; 控制寄存器 +MOV AL, 36H ; 计数器0, 方式3, 先低后高, 二进制 +OUT DX, AL + +MOV DX, BASE_ADDR ; 计数器 0 +MOV AX, 03E8H ; 计数初值 1000 +OUT DX, AL ; 先写低字节 E8H +MOV AL, AH ; 移动高字节 +OUT DX, AL ; 再写高字节 03H +``` + +#### 8.4 快速自查清单 + +做题时逐项确认： + +- [ ] 计数初值计算是否正确？（单位统一：MHz↔Hz） +- [ ] 十六进制转换是否正确？ +- [ ] 控制字中 **D5D4** 是否匹配你编写的写入顺序？（若只需写一个字节可用 01/10，但大多数情况用 11） +- [ ] **BCD 方式**下 D0=1，且初值按十进制位拆分而非十六进制 +- [ ] 奇数分频时方式 3 的实际占空比不是精确 50%（但仍可接受） +- [ ] 是否需要**串级**？（超出 65535 时需要） + +### 9. 性能参数速查 + +| 参数 | 值 | +|------|-----| +| 最高 CLK 频率（8254-5） | **5 MHz** | +| 最小访问时间 | **500 ns** | +| 计数范围（二进制） | 1 ~ 65536 | +| 计数范围（BCD） | 1 ~ 9999 | +| 计数速率 | 每个 CLK **下降沿**减 1 | + ## 关联笔记 - [[8255A可编程并行接口]] diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md b/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md index fc66aeb..b97f415 100644 --- a/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8255A可编程并行接口.md @@ -11,7 +11,7 @@ create time: 2026-06-26 23:05 ## 概述 -8255A（Programmable Peripheral Interface, PPI）是 Intel 公司生产的通用可编程并行 I/O 接口芯片，**在全部 4 套试卷中均有出现**，是本课程最高频考点。它提供 3 个 8 位端口（A、B、C），支持 3 种工作方式，可通过程序灵活配置为输入/输出功能。 +8255A（Programmable Peripheral Interface, PPI）是 Intel 公司生产的通用可编程并行 I/O 接口芯片，**在全部 4 套试卷中均有出现**，是本课程最高频考点。它通过软件配置 3 个 8 位端口（A/B/C）的工作方式，灵活适配多种外设需求。 > [!tip] 考试要点 > - **控制字计算**：方式控制字（D7=1）和 C 口按位控制字（D7=0）的区别 @@ -26,14 +26,14 @@ create time: 2026-06-26 23:05 ```mermaid graph LR - A["CPU 数据总线"] --> B["数据总线缓冲器"] - B --> C["读/写控制逻辑"] - C --> D["A 组控制"] - C --> E["B 组控制"] - D --> F["端口 A (PA0~PA7)"] - D --> G["端口 C 高 4 位 (PC4~PC7)"] - E --> H["端口 B (PB0~PB7)"] - E --> I["端口 C 低 4 位 (PC0~PC3)"] + CPUDB["CPU 数据总线"] --> DBB["数据总线缓冲器"] + DBB --> RWCL["读/写控制逻辑"] + RWCL --> AGC["A 组控制"] + RWCL --> BGC["B 组控制"] + AGC --> PA["端口 A\nPA0~PA7"] + AGC --> CH["端口 C 高 4 位\nPC4~PC7"] + BGC --> PB["端口 B\nPB0~PB7"] + BGC --> CL["端口 C 低 4 位\nPC0~PC3"] ``` | 模块 | 功能 | @@ -56,9 +56,20 @@ graph LR > > 提示：方式 2 需要同时占用输入和输出的联络信号线，这些信号来自端口 C——只有 A 组控制能支配足够多的 C 口引脚（5 根）来支持双向握手。 -### 3. 三种工作方式详解 +### 3. 三种工作方式对比速查 -#### 方式 0 — 基本输入/输出 +| 特性 | 方式 0（基本 I/O） | 方式 1（选通 I/O） | 方式 2（双向总线） | +|:----:|:-----------------:|:-----------------:|:-----------------:| +| **方向** | 固定（编程设定） | 固定（编程设定） | 动态可变（输入/输出切换） | +| **同步方式** | 无握手信号 | 3 根联络信号握手 | 5 根联络信号（兼顾输入/输出） | +| **中断** | 无 | 有（INTR） | 有（INTR） | +| **占用 C 口引脚** | 0 个 | 3~5 个 | 5 个（PC3~PC7） | +| **适用场景** | 无条件/条件传送 | 同步数据传输 | 需要双向数据交换 | +| **可用端口** | A、B、C | A（输入/输出）、B（仅输入/输出） | 仅 A | + +### 4. 三种工作方式详解 + +#### 方式 0 — 基本输入/输出（编程设定方向） 最简单的工作方式，无需任何联络信号（握手信号），CPU 可直接通过 `IN`/`OUT` 指令读写端口。 @@ -89,18 +100,35 @@ graph LR > [!info] 方式 1 工作流程（输入） > 外设准备数据 → 发 STB 锁存数据 → 8255A 发 IBF → 条件满足时发 INTR → CPU 响应中断并读数据 → IBF 变低 → 准备接收下一个数据。 -#### 方式 2 — 双向总线方式 +##### 方式 1 的 INTE 控制触发器（重点难点） + +方式 1 下，每个端口是否允许向 CPU 发出中断请求，由 **INTE 控制触发器**决定。**INTE 通过 C 口按位控制字来置 0/置 1**： + +| INTE | 控制的端口 | 操作端口 C 的位 | 功能 | +|------|-----------|---------------|------| +| **INTE1** | A 口输出 | PC6 | 1=允许 OBF 产生中断 | +| **INTE2** | A 口输入 | PC3 | 1=允许 INTRA 产生中断 ⚠️ 不可直接设置 | +| **INTE3** | B 口输入/输出 | PC1 | 1=允许产生中断 ⚠️ 不可直接设置 | +| **INTE4** | B 口输出 | PC0 | 1=允许产生中断 | +| **INTE5** | A 口双向（方式 2） | PC4 | 1=允许 STB/OBF 相关中断 | + +> [!warning] 易错点 +> - INTE2 和 INTE3 **无法通过 C 口按位控制字直接置位**！这是 8255A 的硬件限制。 +> - 实际编程中，若需要启用 A 口输入中断（INTE2），需通过其他方式（如先配置为方式 0）间接实现。 +> - 考试中常考查某一口中断信号的产生条件，必须同时满足：**INTR 有效 AND INTE = 1**。 + +#### 方式 2 — 双向总线方式（仅端口 A） **仅端口 A 可用**，同一端口既可输入又可输出，利用端口 C 的 5 个引脚（PC3~PC7）作为联络信号。 ```mermaid -graph LR - A["外设"] -- "数据 + STB/IBF" --> B["8255A 端口 A"] - B -- "数据 + OBF/ACK" --> A - B -- "INTR" --> C["CPU"] +flowchart LR + Device["外设"] -- "输入: STB/IBF + 数据" --> PIA["8255A\n端口 A"] + PIA -- "输出: OBF/ACK + 数据" --> Device + PIA -- "INTR 中断请求" --> CPU["CPU"] ``` -### 4. 控制字格式 +### 6. 控制字格式 8255A 有两类控制字，通过 **D7 位** 区分，写入同一个端口地址（控制口）： @@ -146,14 +174,31 @@ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 > > 控制字 = `0000 0111B` = **07H** +##### C 口引脚复用关系表（考试重点） + +方式 1/2 下，端口 C 的部分引脚被用作联络信号，此时不能再当作普通 I/O 使用： + +| 端口配置 | 占用的 C 口引脚 | 说明 | +|----------|----------------|------| +| A 口方式 1 输入 | STB(PC4)、IBF(PC5)、INTRA(PC3) | 3 根握手线 | +| A 口方式 1 输出 | OBF(PC7)、ACK(PC6)、INTRA(PC3) | 3 根握手线 | +| A 口方式 2 | STB(PC4)、IBF(PC5)、OBF(PC7)、ACK(PC6)、INTRA(PC3) | 5 根双向握手线 | +| B 口方式 1 输入 | STB(PC1)、IBF(PC0)、INTRA(PC2) | 3 根握手线 | +| B 口方式 1 输出 | OBF(PC1)、ACK(PC0)、INTRA(PC2) | 3 根握手线 | + +> [!info] 规律记忆 +> - 每个方式 1 端口固定占用 **3 根 C 口引脚** +> - 方式 2 额外增加 2 根 → 共 **5 根** +> - B 口的联络信号全部来自 C 口低 3 位（PC0~PC2），因此 **B 口方式 1 不影响 C 口高 4 位**！这是一个常见考点。 + > [!question] 关键考点 > 方式控制字和 C 口位控制字写入的是 **同一个端口地址**（控制口），如何区分？ > > 答：通过 D7 位区分。D7=1 是方式控制字，D7=0 是位控制字。 -### 5. 端口地址推算 +### 7. 端口地址推算 -8255A 占用 **4 个连续端口地址**，由 A1、A0 引脚选择： +8255A 占用 **4 个连续的奇地址**（注意不是按 +1），由 A1、A0 引脚选择。 | A1 A0 | 选中端口 | 相对偏移 | |:------:|:--------:|:--------:| @@ -162,30 +207,203 @@ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 | 1 0 | 端口 C | 基地址 + 4 | | 1 1 | 控制口 | 基地址 + 6 | +> [!info] 为什么地址间隔是 +2？ +> 8255A 的 A0、A1 连接到系统地址总线的 **A2、A3**（最低两位被跳过）。系统地址是按字节编址的，8255A 内部不需要 A0/A1 来区分这 4 个寄存器（仅用 2 位 A2/A3 即可），因此地址间距为 **+2**。这个特性在地址推算题中非常关键，很多考生会错误地按 +1 递增计算。 + > [!example] 地址推算示例 -> 已知 A 口地址 = 2F0H，则： +> **例 1**：已知 A 口地址 = 2F0H > - B 口 = 2F0H + 2 = **2F2H** > - C 口 = 2F0H + 4 = **2F4H** > - 控制口 = 2F0H + 6 = **2F6H** > -> 若 A 口地址 = 20H（小地址系统），则控制口 = **23H**。 +> **例 2**：已知 A 口地址 = 20H（小地址系统） +> - B 口 = 20H + 2 = **22H** +> - C 口 = 20H + 4 = **24H** +> - 控制口 = 20H + 6 = **26H** -### 6. 初始化编程模板 +### 8. 初始化编程模板 + +########## 步骤分解 + +8255A 初始化只需要 **一步**——向控制口写入方式控制字。后续如果需要单独控制 C 口的某一位（如握手信号线），再写入位控制字即可。 ```asm -; 8255A 初始化通用模板 -; 假设控制口地址为 PORT_CTL +; ============================================ +; 场景：A 口方式 0 输出接 LED，B 口方式 0 输入接开关 +; 假设 I/O 基地址从 280H 开始 +; ============================================ -MOV DX, PORT_CTL ; 控制口地址 -MOV AL, 80H ; 方式控制字（按需修改） -OUT DX, AL ; 写入方式控制字 +MOV DX, 286H ; 控制口地址 = 280H + 6 +MOV AL, 81H ; 1000 0001B：A口方式0输出 + B口方式0输入 +OUT DX, AL ; 写入方式控制字 → 完成全部配置 -; 若需要对 C 口某位置位/复位： -MOV DX, PORT_CTL -MOV AL, 07H ; 位控制字：PC3=1 +; ★ 关键理解：方式控制字一次性设定了所有端口的工作方式和方向 +; ★ 不需要分别对 A/B/C 口进行设置 +``` + +#### C 口按位置位/复位（配合使用） + +当需要对 C 口的**某一位**进行精确控制时（比如拉高/拉低某个握手信号）： + +```asm +; 使 PC5 = 1（常用于将 IBF 置高，准备接收数据） +MOV DX, 286H ; 控制口地址不变 +MOV AL, 22H ; 0000 0101B：D7=0 表示位控制字，PC5 选位，D0=1 置位 +OUT DX, AL ; 仅改变 PC5，不影响其他 C 口引脚 + +; 使 PC5 = 0（清 0） +MOV AL, 20H ; 0000 0100B：同样是 PC5 选位，但 D0=0 复位 OUT DX, AL ``` +> [!tip] 位控制字速查表 +> | 目标 | 十六进制值 | 二进制 | +> |------|-----------|--------| +> | PC0 = 1 | **01H** | `0000 0001` | +> | PC1 = 1 | **03H** | `0000 0011` | +> | PC2 = 1 | **05H** | `0000 0101` | +> | PC3 = 1 | **07H** | `0000 0111` | +> | PC4 = 1 | **09H** | `0000 1001` | +> | PC5 = 1 | **0BH** | `0000 1011` | +> | PC6 = 1 | **0DH** | `0000 1101` | +> | PC7 = 1 | **0FH** | `0000 1111` | + +#### 综合示例：A 口方式 1 输入 + B 口方式 0 输出 + +```asm +; 已知基地址 = 300H，A 口方式 1 输入（INTE2=1），B 口方式 0 输出 + +; ① 先启用 A 口输入中断的允许触发器（INTE2） +; INTE2 对应通过 PC3 间接控制 → 用位控制字设 PC3=1 +MOV DX, 306H +MOV AL, 07H ; 0000 0111B：选 PC3，置 1 +OUT DX, AL ; ⚠️ 但注意：INTE2 实际上无法直接通过位控制字设置！ + ; 这里仅为演示流程，实际工程中需另行处理。 + +; ② 写入方式控制字 +MOV AL, 1010 0000B ; D7=1, A组=1(方式1), A口=1(输入), C高=0(输出) + ; B组=0(方式0), B口=0(输出), C低=0(输出) + ; = 1010 0000B = A0H +MOV DX, 306H +OUT DX, AL +``` + +> [!warning] 易错点 +> 1. **控制字只写一次**：不要反复向控制口写入相同的方式控制字。初始化完成后只需在需要时修改 C 口状态才写入位控制字。 +> 2. **DX 寄存器必须配合**：`OUT` 指令中，端口地址≥256（即扩展寻址）时必须放在 DX 中，否则只能访问 0~255（FFH）。 +> 3. **先写位控制字还是先写方式控制字**？若需设置 INTE 触发器，需**先**写入位控制字打开中断允许，**再**写入方式控制字选择工作模式。 + +## 练习题集（考前自测） + +### 题 1：控制字计算（★） + +> **题目**：A 口方式 0 输出，B 口方式 0 输入。求方式控制字。 + +
+查看答案 + +- D7 = 1（方式控制字标识） +- D6D5 = 00（A 组方式 0） +- D4 = 0（A 口输出） +- D3 = 0（C 高位置位/复位，无意义） +- D2 = 0（B 组方式 0） +- D1 = 1（B 口输入） +- D0 = 0（C 低位置位/复位，无意义） + +**答案**：`1000 0010B` = **82H** + +
+ +### 题 2：地址推算（★★） + +> **题目**：已知 8255A 的基地址为 2F0H，请写出 A、B、C 三个端口及控制口的地址。 + +
+查看答案 + +| 端口 | 地址 | 计算过程 | +|------|------|---------| +| A 口 | **2F0H** | 基地址 + 0 | +| B 口 | **2F2H** | 基地址 + 2 | +| C 口 | **2F4H** | 基地址 + 4 | +| 控制口 | **2F6H** | 基地址 + 6 | + +
+ +### 题 3：综合编程（★★★） + +> **题目**：设计一个接口电路，A 口方式 1 输入接键盘数据，B 口方式 0 输出接 LED 显示。I/O 基地址为 300H。编写初始化程序。 + +
+查看答案 + +```asm +; ★ 第一步：启用 INTE2（允许 A 口输入中断） +; INTE2 对应 PC3 → 需要写位控制字设 PC3=1 +MOV DX, 306H ; 控制口地址 = 300H + 6 +MOV AL, 07H ; 位控制字：选 PC3，置 1 +OUT DX, AL ; 设置 INTE2=1 + +; ★ 第二步：写入方式控制字 +; D7=1, D6D5=1(A组方式1), D4=1(A口输入), D3=0, +; D2=0(B组方式0), D1=0(B口输出), D0=0 +; = 1010 0000B = A0H +MOV AL, 0A0H ; 修正写法，更清晰 +MOV DX, 306H +OUT DX, AL ; 完成 8255A 初始化 +``` + +> [!tip] 要点总结 +> 1. 必须先启用 INTE（通过位控制字），再写方式控制字 +> 2. A 口方式 1 输入占用 PC3、PC4、PC5；B 口方式 0 不受影响 +> 3. 所有配置均写入同一个控制口地址 + +
+ +### 题 4：C 口引脚复用判断（★★） + +> **题目**：A 口工作于方式 2，此时端口 C 还有哪些引脚可作为普通 I/O 使用？ + +
+查看答案 + +方式 2 下，端口 A 占用 PC3~PC7（STB、IBF、OBF、ACK、INTRA），因此： + +- **PC0、PC1、PC2** 仍可作为普通 I/O 使用 +- **PC3~PC7** 被握手信号占用，不可用作普通 I/O + +
+ +### 题 5：INTE 触发器（★★） + +> **题目**：以下哪种情况可以产生 A 口方式 1 输入中断？ +> +> A. INTR 有效且 INTE2 = 0 +> B. INTR 无效且 INTE2 = 1 +> C. INTR 有效且 INTE2 = 1 +> D. 任意状态均可 + +
+查看答案 + +**正确答案：C** + +中断产生的条件是 **两个条件同时满足**： +1. INTR 引脚为高电平（请求信号有效） +2. INTE2 = 1（中断允许触发器使能） + +缺少任何一个条件都无法产生中断请求。这是考试中常见的选择题考点。 + +
+ +## 知识总结 +- **4 个端口地址**：基址 + {0, 2, 4, 6} → A / B / C / 控制口（间隔为 2！） +- **3 种工作模式**：方式 0（基本）、方式 1（选通）、方式 2（双向） +- **2 类控制字**：方式控制字（D7=1）、C 口按位控制字（D7=0） +- **关键关系**：每个方式 1 占用 C 口 3 引脚，方式 2 占用 5 引脚 + +--- + ## 关联笔记 - [[8254定时计数器]] diff --git a/接口与通讯技术/复习文档/8259A中断控制器.md b/接口与通讯技术/复习文档/8259A中断控制器.md index e30610f..4a9ec26 100644 --- a/接口与通讯技术/复习文档/8259A中断控制器.md +++ b/接口与通讯技术/复习文档/8259A中断控制器.md @@ -11,13 +11,15 @@ create time: 2026-06-26 23:05 ## 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。 +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，可通过级联扩展至最多 64 级。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 +> - **ICW2 与中断类型码**的计算：高 5 位由程序员设定，低 3 位自动对应 IR0~IR7 +> - **中断响应时序**：两个 INTA 脉冲期间 8259A 分别执行什么操作 +> - **OCW2 EOI 命令**的发送方式和端口 +> - **全嵌套方式**的优先级规则和适用场景 +> - **级联系统**的中断级数和 ICW3 设置 ## 正文 @@ -25,108 +27,212 @@ create time: 2026-06-26 23:05 ```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"] + A["IR0～IR7 中断请求输入"] --> B["8259A"] + B -- "INT 输出" --> C["CPU"] + C -- "INTA 响应" --> B + B -- "中断类型码" --> C + D["优先级判别器 PR"] <--> 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"] <--> B ``` -| 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 | +| 寄存器 | 缩写 | 位数 | 功能说明 | +|--------|------|:----:|------| +| 中断请求寄存器 | **IRR** | 8 位 | 记录哪些 IR 引脚有pending的中断请求，某位 = 1 表示对应 IRi 有未响应的请求 | +| 中断屏蔽寄存器 | **IMR** | 8 位 | 某位 = 1 则屏蔽对应 IR 的中断请求（通过 OCW1 设置），= 0 则允许 | +| 中断服务寄存器 | **ISR** | 8 位 | 记录当前正在被 CPU 服务的中断源，用于嵌套管理；中断服务完成后需清除 | +| 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的中断 | -> [!question] IRR、IMR、ISR 三者如何协作？ +> [!question] IRR、IMR、ISR 三者如何协作完成一次中断响应？ > 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. 8259A 将 IRR 与 **IMR** 做按位与运算：某位 = IMR 该位的值 → 该请求被屏蔽，不可响应 +> 3. 未被屏蔽的请求送入 **PR** 进行优先级判别，选出的最高优先级候选与 **ISR** 比较 +> 4. 若候选优先级高于 ISR 中所有正在服务的中断，则 8259A 向 CPU 发出 **INT** 信号 +> 5. CPU 响应后给出两个 **INTA** 脉冲 → 第一个 INTA 将 ISR 对应位置 1、IRR 对应位清 0；第二个 INTA 将中断类型码送上数据总线 -### 2. 初始化命令字（ICW） +### 2. 端口地址 -8259A 有 **4 个初始化命令字**，必须按顺序写入： +8259A 有两个端口地址，取决于总线地址线 **A0** 的值： + +| A0 | 端口用途 | 最小系统中地址 | +|----|----------|:--------------:| +| 0 | **偶地址端口** — 写 ICW1、OCW2、OCW3；读 ISR / IRR | **20H** | +| 1 | **奇地址端口** — 写 ICW2、ICW3、ICW4、OCW1 | **21H** | + +> [!info] 端口地址记忆法 +> - A0 = 0 → 偶地址 → 20H（"偶"和"零"都联想为偶数） +> - A0 = 1 → 奇地址 → 21H（比 20H 大 1，刚好对应 A0=1） +> - 最小系统中 8259A 的端口就是 20H/21H，考试默认使用此地址 + +### 3. 初始化命令字（ICW） + +8259A 上电后必须通过 ICW 完成初始化，**必须按顺序写入**，每个命令字占一个 I/O 写周期： ```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 + A["ICW1\n(偶地址端口 A0=0)"] --> B{"ICW1 的 D1 SNGL"} + B -- "0: 级联模式" --> C["ICW2\n(奇地址端口)"] + B -- "1: 单片模式" --> C + C --> D["ICW3\n(仅级联时写)"] + D --> E["ICW4\n(按需)"] + E --> F["初始化完成"] ``` #### 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 +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 +[ Don't Care ] 1 LTIM: 0=边沿触发 1=电平触发 SNGL: 0=级联 1=单片 IC4: 0=不需ICW4 1=需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）。 +| 位 | 符号 | 含义 | 说明 | +|---|------|------|------| +| D4 | — | **固定为 1** | 这是识别 ICW1 的标志位，若 D4=0 则视为 OCW 而非 ICW | +| D3 | LTIM | 触发方式 | 0 = 边沿触发（IR 上升沿有效）；1 = 电平触发（IR 高电平有效） | +| D2 | SNGL | 级联标志 | 0 = 多片级联（后续需要写 ICW3）；1 = 单片系统（不写 ICW3） | +| D0 | IC4 | ICW4 标志 | 0 = 不需要 ICW4（默认工作在 8080/8085 模式）；1 = 需要 ICW4（8086 模式下必须写） | + +> [!example] ICW1 计算示例 +> **要求**：边沿触发、级联方式、需要 ICW4 +> +> - D4 固定 = 1 +> - LTIM = 0（边沿触发） +> - SNGL = 0（级联） +> - IC4 = 1（需要 ICW4） +> - D7~D5 可填 0 +> +> ICW1 = `0001 0001B` = **11H** #### 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。 +ICW2 提供 **中断类型码的高 5 位**（T7~T3），低 3 位（T2~T0）由 8259A **根据请求来源自动填入**。 ``` -中断类型码 = T7 T6 T5 T4 T3 [IR2 IR1 IR0] - ↑ 自动填充 +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 + T7 T6 T5 T4 T3 固定为 0 (IR 编码会自动填充) ``` +中断类型码的计算公式： + +$$ +\text{类型码} = \text{ICW2}_{[7:3]} \times 2^3 + \text{IR编号} +$$ + +即：ICW2 高 5 位左移 3 位，再加上 IR 引脚号（0~7）。 + > [!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` +> **例 1**：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 ✓ > -> ICW2 = **80H** +> **例 2**：IR0~IR7 对应中断类型码 20H~27H +> - 20H = `0010 0000B`，高 5 位 = `00100` +> - ICW2 = **20H** > -> 验证：IR0 → 80H, IR1 → 81H, ..., IR7 → 87H ✓ +> **例 3**：IR0~IR7 对应中断类型码 48H~4FH +> - 48H = `0100 1000B`，高 5 位 = `01001` +> - ICW2 = **90H** （注意：取高 5 位而不是取原字节！48H 的高 5 位是 `01001` = 9H，所以 ICW2 = 90H） + +> [!warning] 易错点 +> ICW2 的值不等于第一个中断类型码！ICW2 只保留高 5 位，低 3 位填 0。例如要分配 48H~4FH，ICW2 = 90H（不是 48H）。这是因为低 3 位由 IR 编号自动填入。 #### 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 +ICW3 在主片和从片中有不同含义： + +- **主片 ICW3**：每位对应一个 IR 引脚，某位 = 1 表示该 IR 引脚连接了从片的 INT 输出 + - 例如 IR2 和 IR5 各接一个从片 → 主片 ICW3 = `0010 0100B` = **24H** +- **从片 ICW3**：低 3 位表示从片的 INT 接到主片的哪个 IR 引脚（即从片的 ID 编号） + - 例如从片接到主片 IR2 → 从片 ICW3 = `0000 0010B` = **02H** + +> [!example] 一主二从级联的 ICW3 设置 +> +> - 主片 IR2 接从片 1，IR5 接从片 2 +> - 主片 ICW3 = IR2 + IR5 = `0010 0100B` = **24H** +> - 从片 1 ICW3 = 2（接到主片 IR2）= **02H** +> - 从片 2 ICW3 = 5（接到主片 IR5）= **05H** #### 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 +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 + 0 0 0 SFNM: BUF: M/S: uPM: (保留=0) + 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 ``` +| 位 | 符号 | 含义 | +|---|------|------| +| D4 | SFNM | **Special Fully Nested Mode**，特殊全嵌套方式。当系统中有多片 8259A 级联且其中一片本身也有子级联时使用，该片的 ISR 允许同级中断嵌套 | +| D3 | BUF | **Buffer Flag**，缓冲模式标志。= 1 表示系统使用缓冲区（通常配合 82283 收发器），此时需结合 M/S 位决定选择器；= 0 为非缓冲直接连接 | +| D2 | M/S | Master/Slave，仅当 BUF=1 时有效。= 1 为主片（选择器输出使能）；= 0 为从片 | +| D0 | uPM | **Unified Protected Mode**，CPU 模式。= 1 表示 8086/8088 模式（自动 EOI 禁用）；= 0 表示 8080/8085 模式 | + > [!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。 +> 8086/8088 系统下，ICW4 的 D0 = uPM = 1 是必须的。考试中常见最小初始化序列为：**ICW1 → ICW2 → ICW4**（跳过 ICW3）。 -### 3. 操作命令字（OCW） +> [!example] ICW4 计算示例 +> **要求**：8086 模式，非缓冲方式 +> - D7~D5 = 000 +> - SFNM = 0（普通模式） +> - BUF = 0（非缓冲） +> - M/S = 0（不考虑，BUF=0 时无效） +> - uPM = 1（8086 模式） +> - D0 = 0（保留位） +> +> ICW4 = `0000 0010B` = **02H** +> +> **要求**：8086 模式，缓冲方式，主片 +> - BUF = 1, M/S = 1, uPM = 1 +> - ICW4 = `0000 1110B` = **0EH** -8259A 有 **3 个操作命令字**，在初始化完成后的工作过程中写入： +### 4. 操作命令字（OCW） -| 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 | +OCW 在初始化完成后、系统运行过程中根据需要写入，可随时修改： -> [!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 +| OCW | 端口 | 可读写 | 功能 | +|-----|------|:------:|------| +| **OCW1** | 奇地址 (A0=1) | 仅写 | 设置中断屏蔽字，直接写入 IMR。某位 = 1 屏蔽对应中断 | +| **OCW2** | 偶地址 (A0=0) | 仅写 | 控制中断结束方式和优先级轮换策略 | +| **OCW3** | 偶地址 (A0=0) | 读写 | 查询 RR/RIS 状态、设置特殊屏蔽方式 | -### 4. 中断响应过程 +#### OCW2 — EOI 命令 + +``` +D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 + 0 0 R SL EOI (reserved) +``` + +三种常用操作： + +| 操作 | D1 D0 | D2 | 说明 | 示例值 | +|------|:-----:|:--:|------|:------:| +| **普通 EOI** | xx | 0 | 置 EOI=1, R=SL=0 → 清除 ISR 中优先级最高的位 | **20H** | +| **特殊 EOI** | 0x | 1 | 置 EOI=1, R=0, SL=1 → 指定清除 ISR 中 IRk 对应的位（k 由 D4~D2 指定） | **C0H**（清除 IR0）| +| **优先级自动循环** | 10 | 0 | 设 R=1, SL=0, EOI=0 → 服务完后最高优先级降为最低，次高变为最高 | **A0H** | + +> [!info] EOI 命令怎么发？ +> OCW2 写入**偶地址端口**（最小系统 = 20H）。在中断服务程序末尾发送 EOI 以通知 8259A 该中断处理完毕： +> ```asm +> MOV AL, 20H ; 普通 EOI +> OUT 20H, AL ; 发送到偶地址端口 +> ``` + +> [!question] 为什么要发送 EOI？ +> 发送 EOI 后，8259A 会将 ISR 中对应中断源的位清 0。不清 0 的话，8259A 认为该中断仍在服务，不会响应相同或更低优先级的中断。只有在自动 EOI 模式（某些特定配置下）才不需要手动发送 EOI。 + +#### OCW3 — 特殊屏蔽方式和读命令 + +OCW3 的功能较多样： + +- **设置特殊屏蔽方式（ESMM = 1）**：某位 = 1 时进入特殊屏蔽方式，此时 IMR 的该位 = 1 允许同级别中断嵌套（只屏蔽比当前低的） +- **设置 RR/RIS 读取命令**：RR=1 时，下一个 INTA 脉冲读出 ISR（RR=1, RIS=1）或 IRR（RR=1, RIS=0）的内容 +- **查询 polled 命令**：用于轮询方式查找最高优先级挂起中断 + +### 5. 中断响应过程 ```mermaid sequenceDiagram @@ -134,95 +240,227 @@ sequenceDiagram 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: "IRR[i] = 1" Note over I: "PR 判别优先级" - I->>C: "INT = 1" + I->>C: "INT = 1 (向 CPU 发中断请求)" C->>I: "第一个 INTA 脉冲" - Note over I: "ISR 对应位置 1, IRR 对应位清 0" + Note over I: "ISR[i] = 1
IRR[i] = 0
8259A 锁存当前优先级" 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" + I->>C: "中断类型码 N 送上数据总线" + Note over C: "CPU 读类型码 N" + Note over C: "向量地址 = N × 4" + C->>C: "从向量表读取 CS:IP
转去执行中断服务程序" ``` -> [!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 +> [!warning] 两个 INTA 脉冲的作用截然不同 +> - **第一个 INTA**：8259A 内部操作 —— 将被响应当前中断置入 ISR、从 IRR 中清除对应位，并锁定当前优先级以防止同级中断干扰。此时 CPU 尚未获取类型码。 +> - **第二个 INTA**：8259A 将锁存的中断类型码（已拼接好的完整 8 位类型码）放到数据总线上供 CPU 读取。 -### 5. 中断向量表 +### 6. 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。 +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（每个向量 4 字节）。 + +中断向量地址计算公式： $$ -中断向量地址 = 中断类型号 \times 4 +\text{向量地址} = \text{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**。 +每个向量占 4 字节，布局为：**低 2 字节 = IP（偏移地址），高 2 字节 = CS（段地址）**。 -```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"] -``` +| 向量地址 | 存储内容 | 说明 | +|---------|----------|------| +| N×4 | IP 低字节 | 跳转目标偏移 | +| N×4+1 | IP 高字节 | | +| N×4+2 | CS 低字节 | 跳转目标段 | +| N×4+3 | CS 高字节 | | -### 6. 优先级管理方式 +> [!example] 中断向量表地址计算 +> +> **例**：中断类型码为 80H，其向量存放在哪里？ +> - 向量地址 = 80H × 4 = `10000000₂` × 4 = **200H** +> - 向量存放在 **00000H + 200H = 00200H ~ 00203H** 四个字节 +> - 00200H = IP 低字节, 00201H = IP 高字节, 00202H = CS 低字节, 00203H = CS 高字节 -| 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 | +### 7. 优先级管理方式 + +| 方式 | 特点 | 优先级变化 | 配置方法 | +|------|------|-----------|---------| +| **固定优先级**（默认，全嵌套） | IR0 最高 → IR7 最低，永远不变 | 无变化 | 默认工作模式 | +| **自动优先级轮换** | 服务完的中断降为最低，原来的最低升到最高 | 循环移动 | OCW2 = A0H（编程旋转） | +| **特殊全嵌套** | 允许**同级**中断嵌套，用于级联系统中主片 | 无变化 | ICW4 的 SFNM=1 | +| **特殊屏蔽方式** | 临时屏蔽当前优先级，只允许更低优先级中断 | 按需切换 | OCW3 设置 ESMM + SIM | > [!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。 +> 答：只有优先级更高的 **IRQ0 ~ IRQ4** 可以打断 IRQ5。IRQ6 和 IRQ7 优先级低于 IRQ5，必须等待 IRQ5 服务完成（发送 EOI 清除 ISR[5]）后，才能被调度。**即使 IRQ6/IRQ7 没有被 IMR 屏蔽，也不会响应**。 -### 7. 级联扩展 +> [!info] 全嵌套 vs 特殊全嵌套 +> - **全嵌套**（固定优先级）：不同优先级之间可以嵌套，但**同级不能嵌套** +> - **特殊全嵌套**（SFNM=1）：同全嵌套一样默认不同级可嵌套，但通过 OCW3 可将某个中断设为特殊屏蔽，允许**同级**中断抢占——这在级联系统的从片中很重要（从片内部可能还需要处理多个同级子中断） -| 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. 级联扩展 -### 8. 典型初始化程序 +| 配置 | 中断级数 | IR 端口占用 | 说明 | +|------|:--------:|------------|------| +| 单片 8259A | **8 级** | 8 | IR0~IR7 均直接使用 | +| 一主一从级联 | **15 级** | 8 + 7 = 15 | 从片占用主片 1 个 IR（8+8-1=15） | +| 一主二从级联 | **22 级** | 8 + 7 + 7 = 22 | 两个从片各占用主片 1 个 IR | +| 四片级联（1主3从） | **29 级** | 8 + 7×3 = 29 | 最多扩展到 64 级（4 片 8259A） | + +> [!info] 为什么是 8n-1 而不是 8n？ +> 每增加一片从片，需要占用主片（或上级从片）的一个 IR 端口来传递从中继而来的中断请求，因此实际可用的中断级数 = 8×N - (N-1) = 7N + 1，其中 N 为 8259A 片数。第一片贡献 8 级，之后每加一片净增 7 级。 + +### 9. 典型初始化程序 + +以下是一个完整的初始化示例（最小系统，8086 模式）： ```asm -; 8259A 初始化示例 +; ============================================================ +; 8259A 初始化程序（最小系统） ; 端口地址：20H（偶地址，A0=0），21H（奇地址，A0=1） -; 中断类型码：80H~87H +; 条件：边沿触发、单片、中断类型码 80H~87H、8086 模式 +; ============================================================ -; ICW1：边沿触发，单片，需要 ICW4 -MOV AL, 13H -OUT 20H, AL + MOV AL, 11H ; ICW1: 边沿触发(LTIM=0), 单片(SNGL=1), 需ICW4(IC4=1) + ; 0001 0001B = 11H + OUT 20H, AL ; 写入偶地址端口 -; ICW2：中断类型码基址 = 80H -MOV AL, 80H -OUT 21H, AL + MOV AL, 80H ; ICW2: 中断类型码基址 = 80H（高5位=10000） + OUT 21H, AL ; 写入奇地址端口 + ; IR0→80H, IR1→81H, ..., IR7→87H -; ICW4：8086 模式，非自动 EOI -MOV AL, 03H -OUT 21H, AL + MOV AL, 02H ; ICW4: 8086模式(uPM=1), 非缓冲 + ; 0000 0010B = 02H + OUT 21H, AL ; 写入奇地址端口 -; OCW1：设置中断屏蔽字（可选） -MOV AL, 00H ; 允许所有中断 -OUT 21H, AL + ; ---- 初始化完成 ---- + ; 此时 IMR = 00H（复位默认值），所有中断开放 ``` -> [!example] 中断服务程序模板 +#### 中断服务程序模板 + +```asm +INT_ISR PROC FAR + PUSH AX ; 保护现场 + PUSH BX + PUSH CX + PUSH DX + PUSH DS + + ; ---- 中断处理逻辑 ---- + ; ... 具体处理代码 ... + + MOV AL, 20H ; 普通 EOI 命令 + OUT 20H, AL ; 发送到 8259A（偶地址端口） + + POP DS ; 恢复现场 + POP DX + POP CX + POP BX + POP AX + IRET ; 中断返回（从栈中恢复 CS:IP 和 FLAGS） +INT_ISR ENDP +``` + +> [!info] IRET vs RET 的区别 +> - **RET**：普通子程序返回，只弹出 IP +> - **IRET**：中断返回，依次弹出 IP → CS → FLAGS，恢复中断前的完整上下文 + +### 10. 考试综合例题 + +> [!example] 【真题型】设计 8259A 初始化程序 +> +> **题目**：某 8086 系统中使用单片 8259A，端口地址 20H/21H，要求： +> - 边沿触发 +> - 中断类型码起始于 70H +> - 工作在 8086 模式 +> - 初始化后允许所有中断 +> +> **解答**： > ```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 +> MOV AL, 70H ; ICW2: 中断类型码基址 = 70H（高 5 位 = 01110） +> ; IR0→70H, IR1→71H, ..., IR7→77H +> OUT 21H, AL +> +> MOV AL, 02H ; ICW4: 8086 模式 (uPM=1), 非缓冲 +> OUT 21H, AL +> +> MOV AL, 00H ; OCW1: 不屏蔽任何中断（所有中断开放） +> OUT 21H, AL > ``` +> [!tip] ICW2 取值要点 +> ICW2 的值就是 **IR0 对应的中断类型码**。例如题目要求中断类型码从 70H 开始，ICW2 直接设为 70H 即可。这是因为 ICW2 的高 5 位构成类型码的高 5 位，低 3 位自动为 0，恰好对应 IR0（编号为 0）。 + +--- + +> [!question] 【综合题】多片级联系统初始化 +> +> **题目**：某 8086 系统采用一主两从级联方式，端口地址 20H/21H，要求： +> - 边沿触发 +> - 主片 IR2 接从片 1，IR5 接从片 2 +> - 所有芯片中断类型码分别起始于 40H、50H、60H +> - 工作在 8086 模式、缓冲方式 +> +> **解答**： +> +> **主片初始化**： +> ```asm +> MOV AL, 13H ; ICW1: 边沿(0), 级联(0), 需ICW4(1) → 0001_0011B = 13H +> OUT 20H, AL +> MOV AL, 40H ; ICW2: 主片类型码基址 = 40H +> OUT 21H, AL +> MOV AL, 24H ; ICW3: IR2+IR5 = 0010_0100B = 24H +> OUT 21H, AL +> MOV AL, 0EH ; ICW4: 8086模式(uPM=1), 缓冲(BUF=1), 主片(M/S=1) = 0000_1110B = 0EH +> OUT 21H, AL +> ``` +> +> **从片 1 初始化**： +> ```asm +> MOV AL, 11H ; ICW1: 边沿(0), 单片(1), 需ICW4(1) = 0001_0001B = 11H +> OUT 20H, AL +> MOV AL, 50H ; ICW2: 从片1类型码基址 = 50H +> OUT 21H, AL +> MOV AL, 02H ; ICW3: 接主片IR2 → ID=2 = 00H +> OUT 21H, AL +> MOV AL, 0AH ; ICW4: 8086模式, 缓冲, 从片(M/S=0) = 0000_1010B = 0AH +> OUT 21H, AL +> ``` +> +> **从片 2 初始化**： +> ```asm +> MOV AL, 11H ; ICW1: 同从片1 +> OUT 20H, AL +> MOV AL, 60H ; ICW2: 从片2类型码基址 = 60H +> OUT 21H, AL +> MOV AL, 05H ; ICW3: 接主片IR5 → ID=5 = 05H +> OUT 21H, AL +> MOV AL, 0AH ; ICW4: 8086模式, 缓冲, 从片(M/S=0) = 0AH +> OUT 21H, AL +> ``` +> +> > [!info] 解题思路 +> > 1. 先确认级联方式 → SNGL=0 → 需要 ICW3 +> > 2. 确定 ICW2 = 各芯片中断类型码的起始值（IR0 对应的类型码） +> > 3. 主片 ICW3 = 连接从片的 IR 引脚编号之和 +> > 4. 从片 ICW3 = 连接到主片的 IR 引脚编号（即自身 ID） +> > 5. 缓冲模式下，ICW4 中 BUF=1，M/S 区分主从片 + +> [!question] 【选择题风格】8259A 在最小系统中的端口地址是多少？ +> A) 20H/21H B) 22H/23H C) 28H/29H D) 30H/31H +> +> 答：**A) 20H/21H**。这是标准答案，考试默认使用该地址。 + +## 附录：快速复习卡 + +> [!summary] 核心口诀 +> - **ICW 顺序记心中**：ICW1 → ICW2 → ICW3(级联) → ICW4(8086必写) +> - **奇偶分清单又明**：偶地址(20H)写 ICW1/OCW2/OCW3，奇地址(21H)写 ICW2/3/4 和 OCW1 +> - **ICW2 高位我设定**：高 5 位自己填，低 3 位自动对应 IR 号 +> - **EOI 必须手动发**：OCW2=20H 送 20H，别忘写在 ISR 末尾 +> - **全嵌套高低分明**：IR0 永远最高，IR7 永远最低 + ## 关联笔记 - [[8255A可编程并行接口]]