MCS-96系列單片機中斷優(yōu)先級的控制方法

1、前　言

在許多文獻(xiàn)［1,2,3］中，雖指出了MCS—96系列單片機的中斷優(yōu)先級可用軟件的方法加以改變這一事實，但并未對此作必要深入的闡述。事實上，該系列單片機的中斷系統(tǒng)頗具特色，其中斷優(yōu)先級的控制極具靈活性，用戶可采用軟、硬件結(jié)合的方法隨心所欲地安排各類中斷源的優(yōu)先級。

2、MCS—96系列單片機中斷

優(yōu)先級結(jié)構(gòu)的特點

MCS—96系列單片機中斷系統(tǒng)的硬件優(yōu)先級排隊電路為各類中斷源規(guī)定了優(yōu)先級順序。這種中斷優(yōu)先級的結(jié)構(gòu)有如下特點。

(1)硬件排隊電路并不能保證各中斷源的優(yōu)先級。這是因為在某個中斷源的中斷請求被CPU響應(yīng)后，INT-PENDING 中的相應(yīng)位即被清零，這意味著正在被服務(wù)的中斷源不能參加有新的中斷請求后的優(yōu)先權(quán)比較，倘未采取一定措施，就會造成級別高的中斷服務(wù)被級別較低的中斷申請所打斷的后果。譬如外中斷（優(yōu)先級最高）和定時器溢出中斷（優(yōu)先級最低）同時產(chǎn)生，在系統(tǒng)已開放中斷的情況下，外中斷的申請將首先被CPU所響應(yīng)，進(jìn)入其中斷服務(wù)程序后，定時器溢出的中斷申請又被優(yōu)先權(quán)編碼電路加以比較，由于INT-PRNDING中對應(yīng)外中斷的位已被清零，這時參與優(yōu)先級比較的僅有定時器溢出中斷，因而外中斷的服務(wù)過程被打斷，CPU轉(zhuǎn)向定時器溢出的中斷服務(wù)程序，直到服務(wù)完畢后，才返回為外中斷繼續(xù)服務(wù)。不難看出，在多個中斷源提出中斷申請的情況下，事實上最先得到完整服務(wù)的將是級別最低的中斷源，級別最高的中斷服務(wù)反而要等到最后才可完成。這也意味著最高級別的中斷源實質(zhì)上變成了最低級別。

(2)可采用軟、硬件結(jié)合的方法實現(xiàn)特定的優(yōu)先級別順序。雖然如上所述，硬件排隊電路不能保證按指定優(yōu)先級的高低順序?qū)崿F(xiàn)中斷嵌套，但可采取一定的軟件措施來實現(xiàn)設(shè)計人員所預(yù)想的優(yōu)先級排隊順序。

3、實現(xiàn)預(yù)定的優(yōu)先級排隊

順序的軟件措施

為實現(xiàn)特定的中斷優(yōu)先級順序，需在軟件上采取相應(yīng)的措施，下面分四種情況予以討論。

3.1　實現(xiàn)硬件規(guī)定的優(yōu)先級順序

硬件電路規(guī)定了8種中斷源的優(yōu)先級順序，即外中斷的優(yōu)先級最高，串行口中斷次之，……，而定時器溢出中斷的級別最低。實現(xiàn)硬件所規(guī)定的這種優(yōu)先級有兩種含義：一是在多個中斷源提出中斷申請時，CPU優(yōu)先響應(yīng)級別最高的請求；二是高級別的申請可打斷低級別的服務(wù)過程，但反之不可，其具體做法如下：

（1）首先在主程序中設(shè)置INT—MASK，執(zhí)行指令LDB INT—MASK，#0FFH，使其內(nèi)容為全1，以開放全部的中斷，使任一中斷源或多個中斷源提出中斷申請時，CPU全部予以響應(yīng)。

（2）在每一中斷服務(wù)程序的開始便執(zhí)行DI或PUSHF指令，以禁止所有的中斷，而后將INT-MASK中優(yōu)先級低于本次中斷的所有位清零，而高于本次中斷的所有位置1，再執(zhí)行EI指令開放中斷。如此做之后，在該中斷服務(wù)程序執(zhí)行的過程中，低級別的中斷不可能實現(xiàn)中斷嵌套而高級別的中斷則可以。在中斷服務(wù)程序的結(jié)尾處，應(yīng)再次將INT-MASK置為FFH，以使CPU在中斷返回后能再次響應(yīng)任何中斷。這樣就保證了硬件所規(guī)定的優(yōu)先權(quán)順序。

下面是采用上述方法的HSO中斷服務(wù)程序的開始和結(jié)束處所需使用的指令示例。
　　INT-SHO：PUSHF
　　　　　　　LDB INT-MASK，#0F0H
　　　　　　　EI
　　　　　　　.
　　　　　　　.
　　　　　　　.
　　　　　　　POPF
　　　　　　　RET

PUSHF指令的作用是保護PSW的內(nèi)容并關(guān)總中斷開關(guān)；由于HSO事件中斷對應(yīng)INT-MASK中的D3位，因此LDB INT-MASK，#0F0H指令的作用是只允許高于HSO事件的中斷；POPF的指令是恢復(fù)PSW，這樣也使INT-MASK=0FFH，因為在主程序中原已將FFH送入該寄存器。

3.2　不允許任何中斷打斷正在

運行的中斷服務(wù)程序

做法比較簡單，在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后便關(guān)中斷（使PSW.9=0)，直至中斷服務(wù)程序結(jié)束時才開中斷。程序示例如下：
　　INTSUB：PUSHF(或DI)
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　POPF(或EI)
　　　　　　RET

PUSHF使PSW.9=0，從而禁止了所有中斷。在中斷服務(wù)程序的運行過程中不準(zhǔn)開放中斷，直到程序結(jié)束。這樣就保證了任何中斷申請都不能打斷正在進(jìn)行的服務(wù)過程。

3.3　使任意的中斷源成為最高級別

這是指用戶安排特定的中斷源的中斷申請能夠打斷任何中斷服務(wù)程序而實現(xiàn)中斷嵌套，保證在任何情況下這一指定的中斷源都能得到優(yōu)先的服務(wù)。具體做法是在每一中斷服務(wù)程序的開始先關(guān)總中斷，而后設(shè)置INT-MASK，只開放設(shè)定為最高級別的中斷。

假設(shè)指定A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷能夠中斷任何服務(wù)過程，則外中斷的中斷服務(wù)程序設(shè)計如下：
　　EXTINT：PUSHF　　?。魂P(guān)總中斷
　　　　　　LDB INT_MASK, # 02H??；只允許A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷
　　　　　　EI　　　　　　 ；開中斷
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　POPF
　　　　　　RET

3.4　任意安排各中斷源的優(yōu)先級別

可根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，重新安排各中斷源的優(yōu)先級，使之不同于硬件所規(guī)定的中斷優(yōu)先級。具體做法是在每一中斷服務(wù)程序的開始即關(guān)中斷，然后對INT-MASK進(jìn)行設(shè)置，只開放預(yù)定的高級別的中斷。假設(shè)需設(shè)定優(yōu)先級由高至低的順序依次為：定時器溢出中斷、外中斷、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷，則對應(yīng)的三個中斷服務(wù)程序可設(shè)計如下：
　　TIMERV：PUSHF　　；定時器溢出的中斷服務(wù)程序
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　POPF
　　　　　　RET
　　EXTINT：PUSHF　　??；外中斷的中斷服務(wù)程序
　　　　　　LDB INT_MASK, # 01H?。恢婚_放定時器溢出中斷
　　　　　　EI
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　.
　　　　　　POPF
　　　　　　RET
AD-INT：PUSHF　　　　??；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷服務(wù)程序
　　　　LDB INT_MASK, # 81H??；開放定時器溢出中斷及外中斷
　　　　EI
　　　　.
　　　　.
　　　　.
　　　　POPF
　　　　RET

在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷服務(wù)程序中開放了定時器溢出中斷和外中斷，則這兩類中斷均可打斷該程序的運行；在外中斷的中斷服務(wù)程序中只開放了定時器溢出中斷；而在定時器溢出的中斷服務(wù)程序的運行中則禁止任何中斷，這樣便保證了預(yù)定的中斷嵌套的實現(xiàn)。

4、MCS—96系列單片機中斷

優(yōu)先級控制小結(jié)

如前所述，MCS—96系列單片機具有與眾不同的中斷結(jié)構(gòu)，其中斷優(yōu)先級的控制極具靈活性。硬件排隊電路雖為各類中斷源規(guī)定了優(yōu)先級，但由于正在被服務(wù)的中斷源不參加有新的中斷申請時的優(yōu)先級的比較，這就造成了高級別的服務(wù)過程可能會被低級別的申請所打斷的結(jié)果。但正如前面所討論的，可采取一定的軟件措施實現(xiàn)預(yù)定的優(yōu)先級排隊方案，即根據(jù)不同的情況在中斷的服務(wù)程序中通過關(guān)、開中斷及設(shè)置中斷屏蔽寄存器INT-MASK來達(dá)到目的。顯然這種方法可使用戶隨心所欲地安排中斷源的優(yōu)先級順序，具有很大的靈活性，為中斷系統(tǒng)的設(shè)計、軟件編程帶來了方便。

5、參考文獻(xiàn)
　[1]金磐石，王永明.INTEL96系列單片微型機應(yīng)用詳解.北京：電子工業(yè)出版社，1992
　[2]張振安，張培仁.MCS—96系列單片微機原理與實踐.合肥：中國科技大學(xué)出版社，1993
　[3]朱曉強，姚志石.8096/8098單片機原理及應(yīng)用.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1993