Ввод-вывод

Программирование контроллера прерываний i8259А

Программирование контроллера прерываний i8259А

Большая популярность применения этой микросхемы в качестве диспетчера аппаратных прерываний в компьютерах на базе микропроцессоров Intel объясняется наличием большого количества различных режимов ее работы, что позволяет сделать подсистему прерываний достаточно гибкой и эффективной. Действительно, если посмотреть на развитие аппаратной части компьютеров, начиная, например, с i8088/8086, то видно, что менялись самые разные компоненты, но подсистема прерываний, основанная на микросхеме i8259А, так и осталась неизменной.
В процессе загрузки компьютера и в дальнейшем во время работы контроллер прерываний настраивается на работу в одном из четырех режимов:

  1. FNM (Fully Nested Mode) - режим вложенных прерываний. В этом режиме каждому входу (уровню) irq0...irq7 присваивается фиксированное значение приоритета, причем уровень irq0 имеет наивысший приоритет, а irq7 - наименьший. Приоритетность прерываний определяет их право на прерывание обработки менее приоритетного прерывания более приоритетным (при условии, конечно, что IF = 1).
  2. ARM (Automatic Rotation Mode) - режим циклической обработки прерываний. В этом режиме значения приоритетов уровней прерываний также линейно упорядочены, но уже не фиксированным образом, а изменяются после обработки очередного прерывания по следующему принципу: значению приоритета последнего обслуженного прерывания присваивается наименьшее значение. Следующий по порядку уровень прерывания получает наивысшее значение, и поэтому при одновременном приходе запросов на прерывания от нескольких источников преимущество будет иметь этот уровень. Это дает возможность обеспечить «равноправие» при обработке прерываний.
  3. SRM (Specific Rotation Mode) - режим адресуемых приоритетов. Этот режим можно рассматривать как вариант режима ARM. В режиме SRM программист или система самостоятельно могут назначить уровень прерывания с наивысшим приоритетом.
  4. PM (Polling Mode) - режим опроса. Этот режим запрещает контроллеру автоматически прерывать работу микропроцессора при появлении прерывания от некоторого внешнего устройства. Для того чтобы микропроцессор смог узнать о наличии того или иного запроса на прерывание, он должен сам обратиться к i8259А для получения содержимого IRR, проанализировать его и далее действовать по своему алгоритму. Данный режим моделирует так называемую опросную дисциплину обработки прерываний. Мы упоминали о ней в начале урока. Согласно этому подходу, инициатором обработки прерывания становится не само прерывание, как при векторной дисциплине, а микропроцессор, причем в определяемые им (точнее, операционной системой, выполняемой на нем) моменты времени.

Программирование контроллера прерываний осуществляется через адресное пространство ввода-вывода посредством двух 8-битовых портов с адресами 20h и 21h. Управление контроллером осуществляется путем посылки в определенной последовательности в эти порты специальных приказов двух типов:

  • ICW (Initialization Control Word) - управляющее слово инициализации. Всего имеются четыре таких слова с жесткой внутренней структурой - ICW1...ICW4. Эти слова предназначены для задания режима работы контроллера. Количество этих слов (4) определено количеством режимов (см. выше).
  • OCW (Operation Control Word) - операционное управляющее слово. Таких слов всего три, и они несут информационную нагрузку для определенных выше режимов работы контроллера прерываний. Обычно их обозначают OCW1...OCW3.

Как вы уже, наверное, успели понять, процесс программирования контроллера жестко регламентирован. Поэтому рассмотрим вначале формат приказов управления, а затем их практическое применение.

Первое.ICW1 - определить особенности последовательности приказов

Состояние битов этого приказа (табл ниже) определяет особенности в последовательности приказов при инициализации контроллера. Данный приказ посылается в порт 20h.

 

Второе. ICW2 - определение базового адреса

Настало время прояснить еще один принципиальный момент, до этого времени сознательно замалчиваемый. Он связан с принципом определения числового диапазона адресов векторов прерываний для аппаратных прерываний, замкнутых на контроллер прерываний. В реальном режиме работы микропроцессора для хранения указателей (векторов) на процедуры-обработчики прерываний используется специальная область памяти - таблица векторов прерываний. Эта таблица начинается с нулевого адреса оперативной памяти и занимает 1 Кбайт. Среди векторов есть, конечно, и вектора, указывающие на процедуры-обработчики тех прерываний, которые замкнуты на контроллер. Эти вектора располагаются в таблице последовательно, одной группой, и их нумерация начинается с некоторого номера вектора, называемого базовым. Приказ ICW2 (табл. 15.2) позволяет задать номер этого базового вектора для контроллера прерываний в соответствии с тем номером, который назначен соответствующему вектору в таблице векторов прерываний. В реальном режиме работы микропроцессора BIOS в процессе начальной загрузки системы инициализируется ведущий контроллер значением 08h, а ведомый - значением 70h. Теперь понятно, почему обработчику прерываний от таймера соответствует номер вектора 08h в таблице векторов прерываний, хотя физически он замкнут на уровень 0 контроллера i8259A. При желании мы вполне можем изменить значение базового номера на любой не используемый в системе номер, к примеру - 90h. Также следует учитывать, что некорректная установка нового номера этим приказом может полностью нарушить работу всей системы.
Данный приказ посылается в порт 21h.

 

Как видно, для задания номера базового вектора используются биты с 3 по 7 приказа ICW2. Объяснить это можно тем, что на контроллер замыкаются 8 источников прерываний. Выше мы отметили, что номера векторов, соответствующих прерываниям, замкнутых на контроллер, имеют последовательные номера, начиная с базового. Так, для контроллера, инициализированного значением базового номера 08h, номера векторов в таблице векторов прерываний будут 08h, 09h, 0ah, 0bh и т. д. Отсюда и получается, что для задания базового номера биты 0...2 использовать нельзя, так как они применяются для формирования адресов векторов прерываний следующих после базового уровней.

 



Sitelinkx by eXtro-media.de

Третье. ICW3 - связь контроллеров

Этот приказ предназначен для связи контроллеров в системе с несколькими контроллерами прерываний.
Вариант работы с одной микросхемой i8259А, позволяющий обрабатывать запросы от 8 источников, использовался в ранних системах на базе микропроцессоров i8088/86 (в архитектуре XT). Но i8259А позволяет организовать так называемое каскадное соединение этих микросхем, при котором выход INT одной микросхемы подается на вход одного из уровней irq другой микросхемы (см. рис. 15.1). Это позволяет организовать обработку запросов от большего числа источников. При этом один контроллер является ведущим, а другой - ведомым (тот, который подключен ко входу irq ведущего). Ниже мы разберемся с каскадированием более подробно. Сейчас отметим, что формат приказа ICW3 зависит от того, какой контроллер инициализируется - ведущий (табл. 15.3) или ведомый (табл. 15.4). При инициализации ведущего контроллера ICW3M сообщает, к каким его входам irq подсоединены ведомые контроллеры. Соответственно, при инициализации ведомого контроллера нужна другая форма этого приказа, которая несет информацию о том, к какому входу ведущего подключен данный ведомый контроллер.
Приказ ICW3 посылается в порт 21h.

 

Четвёртое. ICW4 - дополнительные особенности обработки прерываний

Этот приказ (см. таблицу ниже) определяет дополнительные особенности обработки прерываний контроллером i8259А. Данный приказ посылается в порт 21h.

 

Таким образом, приказы инициализации задают контроллеру режимы работы в условиях вложенных прерываний. Если требуется конкретизировать порядок обработки для отдельных уровней прерываний, необходимо использовать специальные операционные управляющие слова - OCW, назначение и форматы которых мы рассмотрим ниже.

 

 

Яндекс.Метрика