Аппаратное обеспечение IBM PC

8.6. Контроллер прерываний 8259

Программируемый контроллер прерываний 8259 (отечественный аналог - КР1810ВН59А) предназначен для обработки до восьми приоритетных уровней прерываний. Возможно каскадирование микросхем, при этом общее число уровней прерываний будет достигать 64.

Контроллер 8259 имеет несколько режимов работы, которые устанавливаются программным путем. В персональных компьютерах XT и AT за первоначальную установку режимов работы микросхем 8259 отвечает BIOS. У программиста скорее всего не возникнет потребность перепрограммировать контроллер - это небезопасно, так как неправильное программирование контроллера приведет к нарушению логики работы всей системы.

Однако часто возникает необходимость изменения текущего режима работы (запрет или разрешение прерываний определенного или всех уровней, обработка конца прерывания) или опроса состояния внутренних регистров контроллера. Для этого необходимо ознакомиться со справочными данными на микросхему 8259, где детально описано как первоначальное программирование контроллера, так и управление им во время работы.

Каждому приоритетному уровню прерывания микросхема ставит в соответствие определенный, задаваемый программно, номер прерывания. В разделе книги, посвященном особенностям обработки аппаратных прерываний, приводится такое соответствие для машин типа XT и AT.

Если контроллеры 8259 каскадированы, то ведомой микросхеме присваивается код (выдачей в микросхему соответствующего командного слова). Этот код равен номеру входа IRQ ведущей микросхемы, с которым соединен выход запроса прерывания INT ведомой микросхемы. Внутри микросхемы приоритет зависит от номера IRQ и задается программно. Для компьютеров XT и AT самым высоким приоритетом внутри группы, обслуживаемой каждым контроллером, является вход IRQ0. Однако возможно программное изменение приоритетов в рамках так называемого приоритетного кольца. При этом дно приоритетного кольца имеет самый низкий приоритет.

Приведем возможные варианты задания приоритетов:

Вход    Уровни приоритета
IRQ0    7 6 5 4 3 2 1 0
IRQ1    0 7 6 5 4 3 2 1
IRQ2    1 0 7 6 5 4 3 2
IRQ3    2 1 0 7 6 5 4 3
IRQ4    3 2 1 0 7 6 5 4
IRQ5    4 3 2 1 0 7 6 5
IRQ6    5 4 3 2 1 0 7 6
IRQ7    6 5 4 3 2 1 0 7

Наиболее высокий приоритет у входа IRQ с обозначением 0 приоритетного кольца, наиболее низкий - с обозначением 7.

Для обработки прерываний контроллер имеет несколько внутренних регистров. Это регистр запросов прерываний IRR, регистр обслуживания прерываний ISR, регистр маски прерываний IMR. В регистре IRR хранятся запросы на обслуживание прерываний от аппаратуры. После выработки сигнала прерывания центральному процессору соответствующий разряд регистра ISR устанавливается в единичное состояние, что блокирует обслуживание всех запросов с равным или более низким приоритетом. Устранить эту блокировку можно либо сбросом соответствующего бита в ISR, либо командой специального маскирования.

Имеется два типа команд, посылаемых программой в контроллер 8259 - команды инициализации и команды операции. Возможны следующие операции:

• индивидуальное маскирование запросов прерывания;
• специальное маскирование обслуженных запросов;
• установка статуса уровней приоритета (по установке исходного состояния, по обслуженному запросу, по указанию);
• операции конца прерывания (обычный конец прерывания, специальный конец прерывания, автоматический конец прерывания);
• чтение регистров IRR, ISR, IMR.

Мы не будем подробно описывать команды инициализации контроллера 8259, так как программистам они скорее всего не понадобятся. Желающих разобраться во всех тонкостях задания начального режима работы контроллера прерываний мы отсылаем к справочной литературе по микросхеме 8259 или ее отечественному аналогу.

Рассмотрим команды операций. Существуют три типа команд операций:

• Маскирование запросов прерывания.
• Команды обработки конца прерывания.
• Опрос регистров и специальное маскирование.

Байты команды маскирования запросов прерывания выводятся соответственно в порты 21h и A1h для первого и второго контроллера 8259 компьютера AT. Команды операций второго и третьего типа используют порты с адресами 20h и A0h.

Маскирование запросов прерываний мы уже описывали в главе, посвященной прерываниям. Для маскирования какого-либо уровня прерывания надо записать в регистр маски IMR по адресу 21h или A1h единицу в соответствующий разряд регистра.

Команды обработки конца прерывания приведем в виде таблицы:

Биты байта команды              Описание
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0  0  1  0  0  0  0  0          Обычный конец прерывания.
0  1  1  0  0  B2 B1 B0         Специальный конец прерывания, 
                                B0...B2 - двоично-десятичный код
                                сбрасываемого разряда в регистре
                                обслуживания прерывания ISR.
1  0  1  0  0  X  X  X          Циклический сдвиг уровней приоритета с 
                                обычным концом прерывания. 
                                Дно приоритетного кольца 
                                устанавливается по обслуженному запросу.
1  1  1  0  0  B2 B1 B0         Циклический сдвиг уровней приоритета 
                                со специальным концом прерывания, 
                                B0...B2 - двоично-десятичный код дна 
                                приоритетного кольца.
1  0  0  0  0  X  X  X          Разрешение вращения уровней приоритета.
0  0  0  0  0  X  X  X          Сброс разрешения вращения уровней 
                                приоритета.
1  1  0  0  0  B2 B1 B0         Циклический сдвиг уровней приоритета 
                                без завершения прерывания, 
                                B0...B2 - двоично-десятичный код дна 
                                 приоритетного кольца

Команды третьего типа выдаются также в порты с адресами 20h и A0h. Они имеют следующий формат:

Биты байта команды          Описание
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0  0  0  0  1  1  X  X      Установка режима опроса.
0  0  0  0  1  0  1  1      Разрешение чтения регистра ISR.
0  0  0  0  1  0  1  0      Разрешение чтения регистра IRR.
0  1  1  0  1  0  0  0      Разрешение триггера специального маскирования.
0  1  0  0  1  0  0  0      Сброс триггера специального маскирования.

По команде обычного конца прерывания устанавливается в нулевое состояние разряд ISR, соответствующий последнему обслуженному запросу.

Команда специального конца прерывания устанавливает в нулевое состояние тот разряд ISR, номер которого указан в разрядах B0...B2 команды.

Команда циклического сдвига уровней приоритета с обычным концом прерывания устанавливает в ноль разряд ISR, соответствующий последнему обслуженному запросу и этому же номеру запроса присваивается низший уровень приоритета.

Аналогично работает команда циклического сдвига уровней приоритета со специальным концом прерывания, только низший уровень приоритета присваивается тому входу IRQ, номер которого указан в разрядах B0...B2 команды.

Команда циклического сдвига уровней приоритета устанавливает статус уровней приоритета без выполнения операции конца прерывания. Разряды B0...B2 указывают дно приоритетного кольца.

После выполнения команд разрешения чтения регистров ISR или IRR при выполнении команды ввода из порта 20h и A0h считывается соответственно содержимое регистров ISR и IRR. Для получения содержимого регистра IMR необходимо выполнить чтение портов с адресами соответственно 21h и A1h.

Команда разрешения триггера специального маскирования блокирует действие тех разрядов ISR, которые замаскированы командой типа 1 (маскирования индивидуальных приоритетных уровней запроса прерывания). Специальное маскирование используется для обслуживания такого запроса, который блокируется старшим или равным по уровню приоритета обслуженным запросом, хранящимся в ISR, не сбрасывая последний.

Чтение регистров ISR и IRR может использоваться резидентными программами при проверке возможности своей активизации - можно проверить, не выполняется ли в настоящий момент обработка какого-нибудь прерывания, которая может конфликтовать с действиями резидентной программы.