微型计算机原理-8259A

作为一种可编程中断控制器，8259A可以通过一组初始化命令字和操作命令字确定其工作方式和操作模式。8259A有四个初始化命令字和三个操作命令字，分别用ICW₁～ICW₄、OCW₁～OCW₃来表示。在微机系统中，一片8259A占用两个I/O端口，由片选信号和端口选择线A₀共同确定。由于通常端口选择线A₀连接到CPU的地址线A₀，故两个I/O端口的地址通常为2n和2n+1，分别称为偶地址端口和奇地址端口。其中，ICW₁、OCW₂和OCW₃写入偶地址端口，其余命令字写入奇地址端口。

1.初始化命令字

8259A初始化命令字有四个，分别用ICW₁～ICW₄表示，用于系统初始化时对8259A进行初始化设置，它们有着固定的写入次序。

1）ICW₁

ICW₁格式如图6-3所示。ICW₁主要用来设定中断请求的触发方式，是否级联，初始化过程中是否使用ICW₄等。

图6-3 ICW₁格式

ICW₁写入8259A的偶地址端口，且其D₄位必须为1，以标识该命令字为初始化命令字ICW₁。D₇～D₅位和D₂位用于8080/8085系统，在X86系统中无效（通常以0填充）。D₃位LTIM用于选择中断请求信号的触发方式，1为电平触发，0为边沿触发。D₁位SNGL用来表示8259A是否级联使用，1代表系统中只有一片8259A，0代表有多片8259A级联使用。D₀位IC₄用来表示是否需要写入初始化命令字ICW₄，对于X86微机系统，该指令字是必需的，即IC₄必须为1。

2）ICW₂

ICW₂格式如图6-4所示，用来设置预置的中断类型码。

图6-4 ICW₂格式

ICW₂又称为中断向量字节，在用于8086/8088系统时，该命令字的高5位规定中断向量的高5位，即同一片8259A的8级中断的中断向量的高5位是相同的，而低3位是对应IR线的编码（000～111）。ICW₂的低3位可以任意取值，一般取0。

3）ICW₃

当系统中使用多片8259A级联时才需要写入ICW₃，对于主片和从片，ICW₃具有不同的格式。对于主片，ICW₃的格式如图6-5所示。

图6-5 主片ICW₃格式

对于从片，ICW₃的格式如图6-6所示。

图6-6 从片ICW₃格式

在系统中存在多片8259A级联的情况下，从片的INT端连接到主片的IR_i输入端，并且紧随ICW₂将ICW₃写入各8259A的奇地址端口，以说明各8259A之间的连接关系。对于主片，S_i为1代表相应的IR_i连接有从8259A，否则对应IR_i连接着中断源设备或未连接。对于从片，ID₂～ID₀用来说明从片连接到了主片的那个IR_i端。例如，在PC/AT以上的X86微机系统中，两片8259A级联，从片连接到主片的IR₂端，此时主片必须被送入ICW₃命令字00000100（S₂=1），从片则需要送入ICW₃命令字00000010（2）。

4）ICW₄

ICW₄是一个用于综合设置的初始化指令字（见图6-7），在ICW₁的IC₄位为1时，ICW₄会在ICW₃（多片8259A级联）或ICW₂（只有一片8259A）之后送到8259A的奇地址端口。

图6-7 ICW₄格式

ICW₄的D₇～D₅位填充为0，其后的D₄位SFNM用来说明8259A的嵌套方式，SFNM=1表示8259A使用特殊全嵌套方式，为0表示8259A使用一般全嵌套方式。D₃位BUF=1表示8259A工作在缓冲方式下，与系统数据总线之间通过总线驱动器相连，为0表示8259A工作在非缓冲方式，直接与系统数据总线相连。D₂位M/S用于缓冲方式下工作的8259A，用来确定该片是主片还是从片。D₁位AEOI用来选择中断结束方式，AEOI=1代表使用自动中断结束方式，AEOI=0代表使用一般EOI方式或特殊EOI方式。D₀位用来描述8259A芯片的CPU环境，μPM=0代表8259A使用在以8080/8085为CPU的系统中，在以X86为CPU的微机系统中，μPM位必须置1。

8259A的四个初始化指令字在写入时必须遵循一定的次序，其中ICW₁和ICW₂是必须写入的，ICW₃和ICW₄则与8259A的应用环境有关。8259A的初始化过程如图6-8所示。(www.xing528.com)

图6-8 8259A初始化过程

在类似PC/AT这样的使用多片8259A级联的微机系统中，各8259A必须分别被初始化，只有所有的8259A都得到初始化之后，整个硬件中断系统才能够正常工作。

2.操作命令字

经过初始化编程后，8259A即进入设定的工作状态，接受IR₀～IR₇的中断请求。在运行过程中，用户还可以通过向8259A写入一些操作命令字来进一步对其进行控制。8259A支持三个操作命令字OCW₁～OCW₃。

1）OCW₁

OCW₁用于设定8259A的中断屏蔽寄存器IMR，故称中断屏蔽字。OCW₁写入8259A的奇地址，其每一位M_i对应于一个IR_i的中断屏蔽状态，当M_i=1时，IR_i上的中断请求将被屏蔽（见图6-9）。

图6-9 OCW₁格式

2）OCW₂

OCW₂用于控制8259A的中断结束和在中断结束的同时改变优先级的排序，故称中断结束命令字（见图6-10）。OCW₂是一个组合命令字，写入8259A的偶地址。

图6-10 OCW₂格式

中断结束命令字中D₄和D₃位为00，是OCW₂的标志，其D₇位R代表是否采用优先级循环方式，D₆位SL代表L₂～L₀三位是否有效，D₅位EOI=1代表中断结束命令，用来清除ISR中的某个位，这三个位具有8种不同的组合，它们代表了8种不同的操作。D₂～D₀三个位的L₂～L₀编码用来表示一个IR_i，仅当SL位为1时方有效。R、SL和EOI三个位的8种不同组合如图6-11所示。

图6-11 OCW₂中R、SL、EOI位的组合功能

例如，在X86微机系统中，8259A使用一般EOI，固定优先级，故需要使用R=0、SL=0、EOI=1的中断结束命令来实现中断的结束。这就要求所有的硬件中断服务程序在IRET指令之前向8259A的偶地址端口（20H或A0H）写一个中断结束指令字00100000，也就是20H。

3）OCW₃

OCW₃写入8259A的偶地址，其D₄和D₃位为01，是OCW₃的标志，其余各位用来实现三个不同的功能（见图6-12）。

图6-12 OCW₃格式

OCW₃分为三个部分，D₆和D₅两个比特用来设置/取消特殊屏蔽方式。当ESMM位为1时，代表进行特殊屏蔽设置/取消操作，设置/取消特殊屏蔽方式由SMM位为1还是为0决定（SMM=1时设置特殊屏蔽方式，SMM=0时取消特殊屏蔽方式），ESMM为0代表不改变屏蔽方式。

OCW₃的第二部分是其D₂位，P=1是一条查询命令，代表下一次对偶地址的读操作可以得到8259A的中断状态字，在该状态字中，最高位用来表示当前是否有中断请求，如果最高位为1，则最低的三位用来表示当前响应的中断源编码。当P=1时，RR位和RIS位无效。

OCW₃的第三部分是其D₁和D₀位，这两位的组合只有当P=0时才有效，用于对8259A中IRR和ISR寄存器进行读取。当RR=1时，代表下一次对偶地址的读操作可以得到8259A的某一个寄存器的当前值，而读取哪个寄存器则由RIS位确定，RIS=0代表读取IRR，RIS=1代表读取ISR。

IMR寄存器的读取不需要事先写入任何指令字，在8259A完成初始化操作后，任何时刻都可以通过对奇地址端口进行读操作获得8259A中断屏蔽寄存器IMR的内容。