天子骄龙

汇编-外中断

我们知道， CPU在计算机系统中，除了能够执行指令，进行运算以外，还应该能够对外部设备进行控制，接收它们的输入，向它们进行输出。也就是说， CPU除了有运算能力外，还要有I/O(Input/Output，输入/输出) 能力。比如，我们按下键盘上的一个键， CPU最终要能够处理这个键。在使用文本编辑器时，按下a键后，我们可以看到屏幕上出现“a”，是CPU将从键盘上输入的键所对应的字符送到显示器上的。

要及时处理外设的输入，显然需要解决两个问题：①外设的输入随时可能发生， CPU 如何得知?②CPU从何处得到外设的输入?
这一章中，我们以键盘输入为例，讨论这两个问题。

接口芯片和端口

PC系统的接口卡和主板上，装有各种接口芯片。这些外设接口芯片的内部有若干寄存器， CPU将这些寄存器当作端口来访问。
外设的输入不直接送入内存和CPU，而是送入相关的接口芯片的端口中； CPU向外设的输出也不是直接送入外设，而是先送入端口中，再由相关的芯片送到外设。CPU还可以向外设输出控制命令，而这些控制命令也是先送到相关芯片的端口中，然后再由相关的芯片根据命令对外设实施控制。
可见， CPU通过端口和外部设备进行联系。

外中断信息

现在，我们知道了外设的输入被存放在端口中，可是外设的输入随时都有可能到达，CPU如何及时地知道，并进行处理呢?更一般地讲，就是外设随时都可能发生需要CPU 及时处理的事件， CPU如何及时得知并进行处理?.
CPU提供中断机制来满足这种需要。前面讲过，当CPU的内部有需要处理的事情发生的时候，将产生中断信息，引发中断过程。这种中断信息来自CPU的内部。
还有一种中断信息，来自于CPU外部，当CPU外部有需要处理的事情发生的时候，比如说，外设的输入到达，相关芯片将向CPU发出相应的中断信息。CPU在执行完当前指令后，可以检测到发送过来的中断信息，引发中断过程，处理外设的输入。
在PC系统中，外中断源一共有以下两类。

1.可屏蔽中断

可屏蔽中断是CPU可以不响应的外中断。CPU是否响应可屏蔽中断，要看标志寄存器的IF位的设置。当CPU检测到可屏蔽中断信息时，如果IF=1，则CPU在执行完当前指令后响应中断，引发中断过程；如果IF=0，则不响应可屏蔽中断。
我们回忆一下内中断所引发的中断过程：

(1)取中断类型码n；
(2)标志寄存器入栈，IF=0，TF=0；

(3)CS、IP入栈；
(4)(IP)=(n*4)，(CS)=(n*4+2)

由此转去执行中断处理程序。
可屏蔽中断所引发的中断过程，除在第1步的实现上有所不同外，基本上和内中断的中断过程相同。因为可屏蔽中断信息来自于CPU外部，中断类型码是通过数据总线送入CPU的；而内中断的中断类型码是在CPU内部产生的。
现在，我们可以解释中断过程中将IF置为0的原因了。将IF置0的原因就是，在进入中断处理程序后，禁止其他的可屏蔽中断。
当然，如果在中断处理程序中需要处理可屏蔽中断，可以用指令将IF置1。8086CPU 提供的设置IF的指令如下：

sti，设置IF=1；
cli，设置IF=0。

2.不可屏蔽中断

不可屏蔽中断是CPU必须响应的外中断。当CPU检测到不可屏蔽中断信息时，则在执行完当前指令后，立即响应，引发中断过程。
对于8086CPU，不可屏蔽中断的中断类型码固定为2，所以中断过程中，不需要取中断类型码。则不可屏蔽中断的中断过程为：
(1)标志寄存器入栈，IF=0，TF=0；
(2)CS、IP入栈；
(3)(IP)=(8)，(CS)=(0AH)。
几乎所有由外设引发的外中断，都是可屏蔽中断。当外设有需要处理的事件(比如说
键盘输入) 发生时，相关芯片向CPU发出可屏蔽中断信息。不可屏蔽中断是在系统中有必须处理的紧急情况发生时用来通知CPU的中断信息。在我们的课程中，主要讨论可屏蔽中断

PC机键盘的处理过程

下面我们看一下键盘输入的处理过程，并以此来体会一下PC机处理外设输入的基本方法。

1.键盘输入

键盘上的每一个键相当于一个开关，键盘中有一个芯片对键盘上的每一个键的开关状态进行扫描。
按下一个键时，开关接通，该芯片就产生一个扫描码，扫描码说明了按下的键在键盘上的位置。扫描码被送入主板上的相关接口芯片的寄存器中，该寄存器的端口地址为60h。
松开按下的键时，也产生一个扫描码，扫描码说明了松开的键在键盘上的位置。松开按键时产生的扫描码也被送入60h端口中。
一般将按下一个键时产生的扫描码称为通码，松开一个键产生的扫描码称为断码。扫描码长度为一个字节，通码的第7位为0，断码的第7位为1，即：
断码=通码+80h
比如，g键的通码为22h，断码为a2h。

2.引发9号中断

键盘的输入到达60h端口时，相关的芯片就会向CPU发出中断类型码为9的可屏蔽中断信息。CPU检测到该中断信息后，如果IF=1，则响应中断，引发中断过程，转去执行int 9中断例程。

3.执行int 9中断例程

BIOS提供了int 9中断例程，用来进行基本的键盘输入处理，主要的工作如下：
(1)读出60h端口中的扫描码；
(2)如果是字符键的扫描码，将该扫描码和它所对应的字符码(即ASCII码) 送入内存中的BIOS键盘缓冲区；如果是控制键(比如Ctrl) 和切换键(比如CapsLock) 的扫描码，则将其转变为状态字节(用二进制位记录控制键和切换键状态的字节)写入内存中存储状态字节的单元；
(3)对键盘系统进行相关的控制，比如说，向相关芯片发出应答信息。
BIOS键盘缓冲区是系统启动后， BIOS用于存放int 9中断例程所接收的键盘输入的内存区。该内存区可以存储15个键盘输入，因为int 9中断例程除了接收扫描码外，还要产生和扫描码对应的字符码，所以在BIOS键盘缓冲区中，一个键盘输入用一个字单元存放，高位字节存放扫描码，低位字节存放字符码。
0040：17单元存储键盘状态字节，该字节记录了控制键和切换键的状态。键盘状态字节各位记录的信息如下。

0：右shift状态，置1表示按下右shift键；

1：左shift状态，置1表示按下左shift键；

2：Ctrl状态，置1表示按下Ctrl键；

3：Alt状态，置1表示按下Alt键；

4：Scroll Lock状态，置1表示Scroll指示灯亮；

5：NumLock状态，置1表示小键盘输入的是数字；

6：CapsLock状态，置1表示输入大写字母；

7：Insert状态，置1表示处于删除态；

编写int 9中断例程

从上面的内容中，可以看出键盘输入的处理过程：①键盘产生扫描码；②扫描码送入60h端口； ③引发9号中断； ④CPU执行int 9中断例程处理键盘输入。
上面的过程中，第1、2、3步都是由硬件系统完成的。我们能够改变的只有int 9中断处理程序。我们可以重新编写int 9中断例程，按照自己的意图来处理键盘的输入。但是，在课程中，我们不准备完整地编写一个键盘中断的处理程序，因为要涉及一些硬件细节，而这些内容脱离了我们的内容主线。
但是，我们却还要编写新的键盘中断处理程序，来进行一些特殊的工作，那么这些硬件细节如何处理呢?这点比较简单，因为BIOS提供的int 9中断例程已经对这些硬件细节进行了处理。我们只要在自己编写的中断例程中调用BIOS的int 9中断例程就可以了。
编程：在屏幕中间依次显示“a”~“z”，并可以让人看清。在显示的过程中，按下Esc键后，改变显示的颜色。
我们先来看一下如何依次显示a---z



assume cs:code
  
code segment 
  start:
		mov ax,0b800h 
		mov es,ax 
		mov ah, 'a'
	  s:mov es:[160*12+40*2],ah 
	    inc ah
		cmp ah,'z'
		jna s

		
		
		mov ax,4c00h
		int 21h
	        
	  
 code ends 
 end start

在上面的程序的执行过程中，我们无法看清屏幕上的显示。因为一个字母刚显示到屏幕上， CPU执行几条指令后，就又变成了另一个字母，字母之间切换得太快，无法看清。
应该在每显示一个字母后，延时一段时间，让人看清后，再显示下一个字母。那么如何延时呢?我们让CPU执行一段时间的空循环。因为现在CPU的速度都非常快，所以循环的次数一定要大，用两个16位寄存器来存放32位的循环次数。如下：



assume cs:code
  
code segment 
  start:
		mov ax,0b800h 
		mov es,ax 
		mov ah, 'a'
	  s:mov es:[160*12+40*2],ah 
	    call delay
		inc ah
		cmp ah,'z'
		jna s

		
		
		mov ax,4c00h
		int 21h
	       
  delay:push ax  ;延时子程序
		push dx 
		
		mov dx,3h ;循环次数，读者可以根据自己机器的速度调整循环次数
		mov ax,0 
		
	 sl:sub ax,1
	    sbb dx,0 
		cmp ax,0 
		jne sl
		cmp dx,0
		jne sl 
		pop dx 
		pop ax 
		ret
		

	  
 code ends 
 end start

显示“a”~“z”，并可以让人看清，这个任务已经实现。那么如何实现，按下Esc键后，改变显示的颜色呢?
键盘输入到达60h端口后，就会引发9号中断， CPU则转去执行int 9中断例程。我们可以编写int 9中断例程，功能如下。
(1)从60h端口读出键盘的输入；

(2)调用BIOS的int 9中断例程，处理其他硬件细节；

(3) 判断是否为Esc的扫描码，如果是，改变显示的颜色后返回；如果不是则直接返回。
下面对这些功能的实现一一进行分析。

1.从端口60h读出键盘的输入

in al,60h

2.调用BIOS的int 9中断例程

有一点要注意的是，我们写的中断处理程序要成为新的int 9中断例程，主程序必须要将中断向量表中的int 9中断例程的入口地址改为我们写的中断处理程序的入口地址。则在新的中断处理程序中调用原来的int 9中断例程时，中断向量表中的int 9中断例程的入口地址却不是原来的int 9中断例程的地址。所以不能使用int指令直接调用。
要能在我们写的新中断例程中调用原来的中断例程，就必须在将中断向量表中的中断例程的入口地址改为新地址之前，将原来的入口地址保存起来。这样，在需要调用的时候，我们才能找到原来的中断例程的入口。
对于我们现在的问题，假设将原来int 9中断例程的偏移地址和段地址保存在ds：[0] 和ds：[2] 单元中。那么我们在需要调用原来的int 9中断例程时候，就可以在ds：[0] 、ds：[2] 单元中找到它的入口地址。
那么，有了入口地址后，如何进行调用呢?
当然不能使用指令int 9来调用。我们可以用别的指令来对int指令进行一些模拟，从而实现对中断例程的调用。
我们来看， int指令在执行的时候， CPU进行下面的工作。

(1)取中断类型码n；

(2)标志寄存器入栈；

(3)IF=0，TF=0；

(4)CS、IP入栈；

(5)(IP)=(n*4)，(CS)=(n*4+2)。
取中断类型码是为了定位中断例程的入口地址，在我们的问题中，中断例程的入口地址已经知道。所以，我们用别的指令模拟int指令时候，不需要做第(1) 步。在假设要调用的中断例程的入口地址在ds：0和ds：2单元中的前提下，我们将int过程用下面几步模拟。
(1)标志寄存器入栈；

(2)IF=0，TF=0；

(3)CS、IP入栈；

(4)(IP)=(ds：0)，(CS)=(ds：2)。

可以注意到第(3) 、(4) 步和call dword ptr ds：[0] 的功能一样， call dword ptr ds：[0] 的功能也是：
(1)CS、IP入栈；
(2)(IP)=((ds)*16+0)，(CS)=((ds)*16+2)。
所以int过程的模拟过程变为：

(1)标志寄存器入栈；

(2)IF=0，TF=0；

(3)call dword ptr ds：[0]

对于(1) ，可用pushf实现；

对于(2)，可用下面的指令实现：

pushf ;标志寄存器入栈

pop ax ;ax=标志寄存器数据

and ah， 11111100b ;IF和TF为标志寄存器的第9位和第8位

push ax

popf

则模拟int指令的调用功能，调用入口地址在ds：0、ds：2中的中断例程的程序为：

pushf ；标志寄存器入栈

;TF=0,IF=0

pushf

pop ax

and ah， 11111100b