中斷的概述

中斷是為處理器對外界異步事件具有處理能力而設(shè)置的，中斷技術(shù)的引入把計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用大大地推進(jìn)一步。因此中斷功能的強(qiáng)弱已成為衡量一臺計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)。

1、中斷

中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一程序的過程中，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因，而必須終止原程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束之后，再回來繼續(xù)執(zhí)行被終止的原程序過程。

中斷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的并行工作，提高CPU的利用率以及數(shù)據(jù)的輸入/輸出效率；中斷技術(shù)也能對計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中突然發(fā)生的故障做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行自動處理如：硬件故障、運(yùn)算錯(cuò)誤及程序故障等；中斷技術(shù)還能使我們通過鍵盤向計(jì)算機(jī)發(fā)出請求，隨時(shí)對運(yùn)行中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行干預(yù)，而不用先停機(jī)，然后再重新開機(jī)等等。

2、中斷源

中斷源是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中向CPU發(fā)出中斷請求的來源，中斷源可以人為設(shè)定，也可以是為響應(yīng)突發(fā)性隨機(jī)事件而設(shè)置。如定時(shí)器中斷，它的中斷源即是定時(shí)器。

3、中斷優(yōu)先級

由于在實(shí)際的系統(tǒng)中，往往有多個(gè)中斷源，且中斷申請是隨機(jī)的，有時(shí)可能會有多個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷申請，但CPU一次只能響應(yīng)一個(gè)中斷源發(fā)出的中斷請求，這時(shí)CPU應(yīng)響應(yīng)那個(gè)中斷請求？這就需要用軟件或硬件按中斷源工作性質(zhì)的輕重緩急，給它們安排一個(gè)優(yōu)先順序，即所謂的優(yōu)先級排隊(duì)。中斷優(yōu)先級越高，則響應(yīng)優(yōu)先權(quán)就越高。當(dāng)CPU正執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，又有中斷優(yōu)先級更高的中斷申請產(chǎn)生，如果CPU能夠暫停對原來的中斷處理程序，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級更高的中斷請求，處理完畢后，再回到原低級中斷處理程序，這一過程稱為中斷嵌套。具有這種功能的中斷系統(tǒng)稱為多級中斷系統(tǒng)；沒有中斷嵌套功能的則稱為單級中斷系統(tǒng)。具有二級中斷服務(wù)程序嵌套的中斷過程如圖1所示。

圖1 中斷嵌套示意圖

4、中斷響應(yīng)的過程

（1）在每條指令結(jié)束后系統(tǒng)都自動檢測中斷請求信號，如果有中斷請求，相應(yīng)的中斷允許位為真（允許中斷），相應(yīng)的總中斷允許位為真（允許中斷），則響應(yīng)中斷。

（2）保護(hù)現(xiàn)場，CPU一旦響應(yīng)中斷，中斷系統(tǒng)會自動的保存當(dāng)前的PC和SR寄存器（入棧）進(jìn)入中斷服務(wù)程序地址入口,中斷服務(wù)程序中可以通過入棧保護(hù)原程序中用到的數(shù)據(jù)，保護(hù)現(xiàn)場前，一般要關(guān)中斷以防止現(xiàn)場被破壞。保護(hù)現(xiàn)場一般是將堆棧指令將原程序中用到的寄存器推入堆棧，在保護(hù)現(xiàn)場之后要開中斷，以響應(yīng)更高優(yōu)先級的中斷申請。

（3）中斷服務(wù)，即為相應(yīng)的中斷源服務(wù)。

（4）清相應(yīng)的中斷請求標(biāo)志位，以免CPU總是執(zhí)行該中斷。

（5）恢復(fù)現(xiàn)場，用堆棧指令將保護(hù)在堆棧中的數(shù)據(jù)彈出來，在恢復(fù)現(xiàn)場前要關(guān)中斷，以防止現(xiàn)場被破壞，在恢復(fù)現(xiàn)場后應(yīng)及時(shí)開中斷。

（6）返回，此時(shí)CPU將PC指針和SR內(nèi)容出棧恢復(fù)斷點(diǎn)，從而使CPU繼續(xù)執(zhí)行剛才被中斷的程序。

在單片機(jī)中，中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)控制。所謂實(shí)時(shí)控制，就是要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)被控對象提出的分析、計(jì)算和控制等請求，使被控對象保持在*工作狀態(tài)，以達(dá)到預(yù)定的控制效果。由于這些控制參量的請求都是隨機(jī)發(fā)出的，而且要求單片機(jī)必須作出快速響應(yīng)并及時(shí)處理，對此，只有靠中斷技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。

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