中断的概述

中断是为处理器对外界异步事件具有处理能力而设置的,中断技术的引入把计算机的发展和应用大大地推进一步。因此中断功能的强弱已成为衡量一台计算机性能的重要指标。
1、中断
中断是指计算机在执行某一程序的过程中,由于计算机系统内、外的某种原因,而必须终止原程序的执行,转去执行相应的处理程序,待处理结束之后,再回来继续执行被终止的原程序过程。
中断技术能实现cpu与外部设备的并行工作,提高cpu的利用率以及数据的输入/输出效率;中断技术也能对计算机运行过程中突然发生的故障做到及时发现并进行自动处理如:硬件故障、运算错误及程序故障等;中断技术还能使我们通过键盘向计算机发出请求,随时对运行中的计算机进行干预,而不用先停机,然后再重新开机等等。
2、中断源
中断源是指在计算机系统中向cpu发出中断请求的来源,中断源可以人为设定,也可以是为响应突发性随机事件而设置。如定时器中断,它的中断源即是定时器。
3、中断优先级
由于在实际的系统中,往往有多个中断源,且中断申请是随机的,有时可能会有多个中断源同时提出中断申请,但cpu一次只能响应一个中断源发出的中断请求,这时cpu应响应那个中断请求?这就需要用软件或硬件按中断源工作性质的轻重缓急,给它们安排一个优先顺序,即所谓的优先级排队。中断优先级越高,则响应优先权就越高。当cpu正执行中断服务程序时,又有中断优先级更高的中断申请产生,如果cpu能够暂停对原来的中断处理程序,转而去处理优先级更高的中断请求,处理完毕后,再回到原低级中断处理程序,这一过程称为中断嵌套。具有这种功能的中断系统称为多级中断系统;没有中断嵌套功能的则称为单级中断系统。具有二级中断服务程序嵌套的中断过程如图1所示。
图1 中断嵌套示意图
4、中断响应的过程
(1)在每条指令结束后系统都自动检测中断请求信号,如果有中断请求,相应的中断允许位为真(允许中断),相应的总中断允许位为真(允许中断),则响应中断。
(2)保护现场,cpu一旦响应中断,中断系统会自动的保存当前的pc和sr寄存器(入栈)进入中断服务程序地址入口,中断服务程序中可以通过入栈保护原程序中用到的数据,保护现场前,一般要关中断以防止现场被破坏。保护现场一般是将堆栈指令将原程序中用到的寄存器推入堆栈,在保护现场之后要开中断,以响应更高优先级的中断申请。
(3)中断服务,即为相应的中断源服务。
(4)清相应的中断请求标志位,以免cpu总是执行该中断。
(5)恢复现场,用堆栈指令将保护在堆栈中的数据弹出来,在恢复现场前要关中断,以防止现场被破坏,在恢复现场后应及时开中断。
(6)返回,此时cpu将pc指针和sr内容出栈恢复断点,从而使cpu继续执行刚才被中断的程序。
在单片机中,中断技术主要用于实时控制。所谓实时控制,就是要求单片机能及时地响应被控对象提出的分析、计算和控制等请求,使被控对象保持在*工作状态,以达到预定的控制效果。由于这些控制参量的请求都是随机发出的,而且要求单片机必须作出快速响应并及时处理,对此,只有靠中断技术才能实现。
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