[发明专利]可编程中断控制器

说明书

本发明总的涉及计算机系统的可编程中断控制器，尤其是具有多个中断请求输入、每个输入可编程为能检测沿触发或者电平触发的中断请求的中断控制器。

许多计算机都设计成可以和一个以上的外围设备接口。计算机系一般都包含中央处理器（CPU），它与包括数据线、地址线和控制线的总线相接。总线与其它计算机系统部件，比如程序存贮器相连，並且也通过适当接口与外围设备相接。接口也可以包括进行电压或信号格式转换的接口装置，以使计算机系统与接口装置相兼容。通常需要使用适当的接口连接器。CPU与外围设备间的通信可以包括检测或命令信息。准确地说，作为检测器的外设可以产生表征外围检测装置所检测参数的数据信号，比如，温度、电压或者其它参数。这种数据信号可被变成适当的形式，並被CPU通过读该接口，提供给CPU关于该被检测参数的数据。另一情况是，外围设备可以是控制器。通过向外设控制装置写适当命令，CPU可控制外围控制装置。然后该外设根据该命令完成适当动作。

在包含多个外设的系统中，CPU与外设间的频繁或连续通信常常是必须的。保持CPU与外设的联系可采用各种方案。第一种方案称为查询。在查询方案中，CPU在给定的时间间隔执行查询程序。通常用硬件定时器使CPU周期性地执行查询程序。在执行查询程序期间，CPU读取关于外设的状态信息，它指出所检测参数的状态是否改变，或者是否需要给外设发送一个命令。根据查询程序所得到的给定外设的状态信息，CPU采取适当动作，比如给外设发送命令或者更新贮存在计算机系统存贮器中的该外设的状态记录。查询通常用于与大量外设接口的计算机系统中。但是，查询的缺点是查询程序必须要频繁执行，因而浪费大量CPU处理时间。在大多数情况下，从外设读出的状态信息表示不需要采取什么动作。因而，回想起来执行查询程序所化的时间表明是徒劳的。在包括大量活动或实时应用的计算机系统中，重复执行查询程序所化的时间会降低处理效率。

作为替代查询的方法，计算机系统常常用中断来为外设服务。在中断系统中，当检测到要求CPU服务的某种请求时，外设就发出称为中断请求的信号。许多CPU的设计都包括有中断请求输入线。具有这种中断请求输入的CPU在其中断请求线上检测到予定电压的信号时，就执行中断服务程序。因此，CPU与外设间的接口中应包括检测该外设的要求服务的状态的电路，並向CPU发出适当的中断请求信号。

由于只在需要时才执行中断服务程序，所以这种中断驱动的系统具有改善的处理效率。但是，常常要求CPU为多个外设服务。在这类系统中，如收到中断请求，就会出现怎样确定需要服务的外设的问题。並且，若几个外设同时发出了中断请求信号，就有一个应确实首先给谁服务的方法问题。为了提供这些问题的实际答案，已设计出了可编程控制器並与计算机系统一起使用。典型的中断控制器具有一个中断请求输出，它与CPU的中断请求输入相连。中断控制也有多个中断请求输入。每一中断请求输入与外设相连。这样，当外设请求服务时，它产生适当的中断请求信号被中断控制器所接收。然后，中断控制器中断CPU並使之执行相应的中断服务程序。

一个熟知的中断控制器的例子是Intel公司制造的可编程中断控制器8259A。8259A的设计是要适应以两种不同的方式支持多个中断请求输入的不同类型的微处理器。第一类是Intel    8080/8085微处理器，它通过执行以子程序地址为操作数的调用子程序软件指令来对中断请求服务。第二类是Intel    8086微处理器，它利用8位矢量从贮存在一个连续页面的存贮器的地址表中挑选中断服务程序的入口地址面对中断请求服务。根据所用的微处理器的不同，8259A可被编程为得其在响应中断请求输入时，它能中断CPU，並且或者在CPU的系统总线上提供子程序调用指令后面跟以子程序入口地址，或者提供8位中断矢量。这样，在任一情况下，8259A都向CPU提供了所要执行的中断服务程序的有关信息，从而保证CPU能对以适当方式请求中断的外设进行服务。

8259可以被编程为检测其中断请求输入线上的低到高电压跳变或高电压电平的输入中断请求信号。换言之，8259A的中断输入可被配置成或是沿触发的，或者是电平触发的。许多外设被设计成产生低到高电压跳变形式的沿触发中断请求信号。准确地说，沿触发中断请求是在给定时间限制内从可识别的低电压到可识别的高电压的跳变。但是，用高电压电平请求服务的外设越来越普遍。因此，人们希望能检测沿触发中断的中断控制器也能使用于电平触发中断请求的外设，因而提供接口设计的较大灵活性。人们期望计算机的中断控制器具有足够的灵活性，以容纳较新的、产生电平触发中断请求的外设但又与较老的、产生沿触发中断请求的外设相兼容。