Контроллер приоритетных прерываний

Прерывание - один из наиболее дефицитных ресурсов в микропроцессорной системе. Микропроцессор имеет только 2 входа для приема запросов прерываний: вход INT - по нему принимаются запросы, обработка которых может быть замаскирована сбросом флага IF в регистре флагов, - и вход немаскируемых прерываний NMI. Вход NMI фактически закреплен за запросами прерываний от схем контроля питания. Поэтому при такой архитектуре микропроцессора в микропроцессорной системе обязательно должны использоваться средства, которые позволяют предварительно обрабатывать и передавать на вход маскируемых прерываний INT микропроцессора запросы от многочисленных внешних устройств, входящих в состав микропроцессорной системы. В качестве такой схемы используется контроллер приоритетных прерываний(КПП).

Мы рассмотрим его функционирование на примере БИС i8259, которая, с одной стороны, имеет самостоятельное значение, а с другой стороны, фактически без изменений входит в состав современных чипсетов.

Его структура представлена на рис. 7.5.

Функции контроллера приоритетных прерываний:

• восприятие и фиксация до 8 запросов прерываний (IRQ0 - IRQ7), поступающих по внешним входам;
• выделение наиболее приоритетного из поступивших запросов, включая возможность маскирования отдельных запросов;
• выдача на шину данных (по требованию микропроцессора) типа выбранного прерывания.

При использовании КПП обработка запросов немаскируемых прерывание проходит следующие этапы:

1. Системная периферия на системной плате или устройство ввода/вывода на внешней шине активирует одну из линий IRQx.

Рис. 7.5. Структура контроллера приоритетных прерываний

2. В регистре запросов прерываний IRR, который предварительно настраивается на восприятие запросов по спаду или низкому уровню сигнала, происходит установка соответствующих разрядов в "1".

3. Незамаскированные в регистре маски IMR запросы передаются в приоритетный арбитр, замаскированные блокируются.

4. В соответствии с выбранной в процессе инициализации дисциплиной обслуживания приоритетный арбитр выделяет наиболее приоритетный запрос. При системном сбросе контроллера самый высокий приоритет устанавливается для запроса, приходящего по входу IRQ0, а самый низкий - по входу IRQ7.

5. Приоритет выделенного запроса сравнивается с приоритетом запроса, который в данный момент может обрабатываться микропроцессором (его номер установлен в регистре обслуживания прерыванийISR). Если приоритет нового запроса выше либо в данный момент обслуживаемых запросов нет, то контроллер формирует сигнал прерывания INT в микропроцессор, в противном случае обработка запроса откладывается. В регистре типа прерывания формируется тип принятого к обработке запроса прерывания.

6. МП воспринимает запрос прерывания, и если флаг IF = 1, то по завершении текущей команды выполняет 2 цикла подтверждения прерывания, выдавая сигналы на выход INTA:

o в 1-м цикле запрещается запись в IRR. В ISR устанавливается разряд, соответствующий принятому к обработке запросу, и сбрасывается разряд в IRR ;

o во 2-м цикле тип прерывания передается в МП по разрядам D0D7 шины данных. Разрешается запись в IRR;

7. МП принимает тип прерывания и использует его в качестве индекса при обращении к соответствующей таблице прерываний(таблице векторов или таблице дескрипторов прерываний в зависимости от режима работы МП).

8. В соответствии с установленным в микропроцессоре режимом работы (реальном или защищенном) и механизмом вызова программы - обработчика прерывания МП сохраняет необходимую информацию о прерываемой программе и переходит к выполнению обработчика прерывания.

9. Команда IRET, завершающая обработчик прерываний, восстанавливает прежнее состояние микропроцессора и передает управление прерванной программе.