EL CONTROLADOR DE INTERRUPCIONES 8259
COMO Y POR QUE DE LAS INTERRUPCIONES
Los ordenadores se comunican con el exterior por medio de los dispositivos de entrada y salida. Estos dispositivos son normalmente lentos en comparación con la elevada velocidad de la unidad central. Un ejemplo típico puede ser el teclado: entre las pulsaciones de cada tecla hay un espacio de tiempo impredecible y dependiente del usuario. Una manera simple de gestionar los dispositivos de E/S consiste en comprobar continuamente si alguno de ellos tiene un dato disponible o lo está solicitando. Sin embargo, esto supone una importante pérdida de tiempo para el microprocesador, que mientras tanto podría estar haciendo otras cosas. En una máquina multitarea y/o multiusuario, resulta más interesante que los periféricos puedan interrumpir al microprocesador para solicitarle una operación de entrada o salida en el momento necesario, estando la CPU liberada de la misión de comprobar cuándo llega ese momento. Cuando se produce la interrupción, el microprocesador ejecuta la correspondiente rutina de servicio y después continúa con su tarea normal. Los compatibles PC poseen un hardware orientado por completo a la multitarea (otra cosa es que el 8086 y el DOS no la aprovechen) y la entrada/salida se gestiona casi por completo mediante interrupciones en todas las máquinas. Por ejemplo, en las operaciones de disco, cuando acaba la transferencia de datos se produce una interrupción de aviso y una rutina de la BIOS activa una variable que lo indica, en el segmento de memoria 40h. Las propias funciones de la BIOS para acceder al disco se limitan a chequear continuamente esa variable hasta que cambie, lo que significa un evidente desaprovechamiento de las posibilidades que la gestión por interrupciones pone a nuestra disposición.
Las interrupciones añaden cierta complejidad al diseño del hardware: en principio, es necesario jerarquizarlas de alguna manera para decidir cuál se atiende en el caso de que se produzcan dos simultáneamente. También es importante el control de prioridad para el caso de que se produzca una interrupción mientras se está procesando otra: sólo se la atenderá si es de mayor prioridad. En este capítulo sólo consideraremos las interrupciones hardware, no las de software ni las excepciones del procesador.
DESCRIPCIÓN DEL INTEGRADO 8259
Este circuito integrado está especialmente diseñado para controlar las interrupciones en sistemas basados en el 8080/8085 y en el 8086. Puede controlar hasta 8 interrupciones vectorizadas. Además, a un 8259 se le pueden conectar en cascada un máximo de 8 chips 8259 adicionales, lo que permite gestionar sistemas con hasta 64 interrupciones, como veremos. El significado e interpretación de las señales se muestra:
-CS: Habilita la comunicación con la CPU.
-WR: Permite al 8259 aceptar comandos de la CPU.
-RD: Permite al 8259 dejar la información en el bus de datos.
-D7..D0: Bus de datos bidireccional, por el que se transmite la información de control/estado y el número de vector de interrupción.
-CAS0..CAS2: Líneas de cascada, actúan como salida en el 8259 maestro y como entrada en los 8259 esclavos, en un sistema con varios 8259 interconectados, constituyendo un bus local.
-SP/-EN: Pin de doble función: en el buffered mode del 8259 actuará como -EN, para habilitar los buffers del bus; en el modo normal indicará si el 8259 es maestro o esclavo (-SP).
-INT: Conectado a la patilla INT de la CPU para producir la interrupción cuando llegue el momento.
-IR0..IR7: Líneas asíncronas de petición de interrupción. Una petición de interrupción se ejecuta manteniendo IR en alto hasta que se recibe el reconocimiento (modo por flancos) o simplemente poniendo en alto la línea IR (modo por niveles).
-INTA: Línea de reconocimiento de interrupción, por medio de esta línea se fuerza al 8259 a depositar en el bus la información del vector de interrupción. INTA es independiente de -CS.
-A0: En conjunción con -CS, -WR y -RD es empleada para enviar las palabras de comando al 8259 y para solicitar información al mismo. Suele ir conectada a la línea A0 de la CPU.
DESCRIPCIÓN FUNCIONAL
El diagrama funcional del 8259, con la estructura interna de las diversas partes que lo componen, es el siguiente:
Los principales registros internos del 8259 son el IRR (Interrupt Request Register) y el ISR (In Service Register).
El IRR almacena todas las peticiones de interrupción pendientes
El ISR almacena todas las interrupciones que están siendo atendidas en un momento dado.
La lógica de gestión de prioridad determina qué interrupción, de las solicitadas en el IRR, debe ser atendida primero: cuando lleguen las señales INTA dicha interrupción será la primera procesada y su bit correspondiente se activará en el ISR.
El buffer del bus de datos conecta el 8259 con el bus de datos de la placa principal del ordenador: su diseño en 3 estados permite desconectarlo cuando sea necesario; a través de este bus circulan las palabras de control y la información de estado.
La lógica de lectura y escritura acepta los comandos que envía la CPU: aquí hay registros para almacenar las palabras de inicialización y operación que envía el procesador; también sirve para transferir el estado del 8259 hacia el bus de datos. El buffer de cascada/comparador almacena y compara las identificaciones de todos los 8259 que posea el sistema: el 8259 maestro envía la identificación del 8259 esclavo en las líneas CAS, los 8259 esclavos la leen y el implicado en la operación coloca en el bus de datos la dirección (vector) de la rutina que atenderá la interrupción en los 2 próximos (o el próximo) ciclos INTA.
FUNCIONAMIENTO DEL 8259
El funcionamiento del 8259 varía ligeramente en función del sistema en que esté instalado, según sea este un 8086 o un 8080/8085. Veremos primero el caso del 8086:
1) Una o más líneas IR son activadas por los periféricos, lo que pone a 1 el correspondiente bit del IRR.
2) El 8259 evalúa la prioridad de estas interrupciones y solicita la interrupción a la CPU (línea INT) si es necesario.
3) Cuando la CPU reconoce la interrupción, envía la señal -INTA.
4) Nada más recibida la señal -INTA de la CPU, el 8259 activa el bit correspondiente a la interrupción de mayor prioridad (la que va a ser procesada) en el ISR y lo borra en el IRR. En este ciclo, el 8259 aún no controla el bus de datos.
5) Cuando la CPU envía un segundo ciclo -INTA, el 8259 deposita en el bus de datos un valor de 8 bits que indica el número de vector de interrupción del 8086, para que la CPU lo pueda leer.
6) En el modo AEOI del 8259, el bit de la interrupción en el ISR es borrado nada más acabar el segundo pulso -INTA; en caso contrario, ese bit permanece activo hasta que la CPU envíe el comando EOI al final de la rutina que trata la interrupción (caso más normal).
En el caso de sistemas basados en el 8080/8085, el funcionamiento es idéntico hasta el punto (3), pero a continuación sucede lo siguiente:
4) Nada más recibida la señal -INTA de la CPU, el 8259 activa el bit correspondiente a la interrupción de mayor prioridad (la que va a ser procesada) en el ISR y lo borra en el IRR. En este ciclo, el 8259 deposita en el bus de datos el valor 11001101b, correspondiente al código de operación de la instrucción CALL del 8080/85.
5) Esta instrucción CALL provoca que la CPU envíe dos pulsos -INTA.
6) El 8259 utiliza estos dos pulsos -INTA para depositar en el bus de datos, sucesivamente, la parte baja y alta de la dirección de memoria del ordenador de la rutina de servicio de la interrupción (16 bits).
7) Esto completa la instrucción CALL de 3 bytes. En el modo AEOI del 8259, el bit de la interrupción en el ISR es borrado nada más acabar el tercer pulso -INTA; en caso contrario, ese bit permanece activo hasta que la CPU envíe el comando EOI al final de la rutina que trata la interrupción.
Si en el paso (4), con ambos tipos de microprocesador, no está presente la petición de interrupción (por ejemplo, porque ha sido excesivamente corta) el 8259 envía una interrupción de nivel 7 (si hubiera un 8259 conectado en IR7, las líneas CAS permanecerían inactivas y la dirección de la rutina de servicio de interrupción sería suministrada por el 8259 maestro).
PROGRAMACIÓN DEL 8259
El 8259 acepta dos tipos de comandos generados por la CPU: los ICW (Inicialization Command Word) que inicializan el 8259, y los OCW (Operation Command Word) que permiten programar la modalidad de funcionamiento. Antes de que los 8259 de un sistema comiencen a trabajar deben recibir una secuencia de ICW que los inicialice. Los ICW y OCW constan de secuencias de 2 a 4 comandos consecutivos que el 8259 espera recibir secuencialmente, unos tras otros, a través del bus de datos, según sea necesario (el propio 8259 se encarga de contarlos midiendo los pulsos de la línea -WR). Los OCW pueden ser enviados en cualquier momento, una vez realizada la inicialización.
La comunicación con el 8259 emplea las líneas -WR y -RW, así como A0. El hecho de que exista una sola línea de direcciones implica que el 8259 sólo ocupa dos direcciones de puerto de E/S en el espacio de entrada y salida del ordenador.
ICWS (Inicialization Command Words).
ICW1: Cuando un comando es enviado con A0=0 y D4=1, el 8259 lo interpreta como la primera palabra de la inicialización (ICW1) e inicia dicha secuencia de inicialización, lo que implica lo siguiente:
- Se resetea el circuito sensible a los niveles, lo que quiere decir que hasta nueva orden las líneas IR serán sensibles por flancos de transición bajo-alto.
- Se limpia el IMR.
- A la línea IR7 se le asigna un nivel de prioridad 7.
- Se desactiva el Special Mask Mode. Se queda listo para devolver IRR en la próxima lectura OCW3.
- Si IC4 (bit D0) es 0, todas las funciones seleccionadas en ICW4 serán puestas a 0 (non buffered mode, no AEOI, sistema 8080/85) e ICW4 no será necesaria.
Notas: Si SNGL es 1 significa que el 8259 es único en el sistema y no será enviada ICW3. Si IC4 es 0, tampoco será enviada ICW4. En el 8080/85, las diversas interrupciones generan CALL's a 8 direcciones adyacentes separadas 4 u 8 bytes (según indique ADI): para componer la dirección, el 8259 inserta A0..A4 (o A0..A5) convenientemente, según la interrupción que se trate. En el 8086, A7..A5 y ADI son ignoradas.
ICW2: Se envía con A0=1, para diferenciarlo de ICW0 (hacer OUT a la siguiente dirección de puerto).
Notas:En el 8080/85, A15..A8 completan la dirección de la rutina de servicio; en el 8086, T7..T3 determinan los cinco bits más significativos del número de vector de interrupción a invocar (los 3 bajos los suministra el 8259 según la interrupción que se trate).
ICW3: Se envía sólo en el caso de que haya más de un 8259 en el sistema (bit SNGL de ICW1 a cero), en caso contrario en su lugar se enviaría ICW4 (si procede).
Formato de ICW3 a enviar a un 8259 maestro:
Formato de ICW3 a enviar a un 8259 esclavo para que memorice de qué línea IR del maestro cuelga:
ICW4: Se envía sólo si IC4=1 en ICW1, con objeto de colocar el 8259 en un modo de operación distinto del establecido por defecto (que equivale a poner a cero todos los bits de ICW4).
Notas:El Special Fully Nested Mode, el buffered mode y la modalidad AEOI serán explicadas más tarde. Nótese que con el 8086 es obligatorio enviar ICW4 para seleccionar esta CPU.
OCWS (Operation Command Words).
Una vez inicializado, el 8259 está listo para procesar las interrupciones que se produzcan. Sin embargo, durante su funcionamiento normal está capacitado para recibir comandos de control por parte de la CPU.
OCW1:
Este comando activa y borra bits en el IMR (Interrupt Mask Register). Los bits M0..M7 de OCW1 se corresponden con sus correspondientes bits del IMR. Un bit a 1 significa interrupción enmascarada (inhibida) y a 0, interrupción habilitada.
OCW2:
OCW3:
TRABAJANDO CON EL 8259
En las ICW y, sobre todo, en las OCW, se han introducido un aluvión de elementos nuevos que serán explicados a continuación.
Fully Nested Mode.
Por defecto, el 8259 opera en esta modalidad (modo de anidamiento completo), a menos que se le programe de otra manera. En este modo las interrupciones quedan ordenadas, por prioridades, de 0 (máxima) a 7 (mínima). Cuando se produce un reconocimiento de interrupción por parte de la CPU, el 8259 evalúa cuál es la interrupción pendiente de mayor prioridad, coloca su número de vector en el bus y activa su bit correspondiente en el ISR. Este bit permanece activo hasta que el 8259 recibe el comando EOI (situación más normal); sin embargo, en el modo AEOI, ese bit se bajaría inmediatamente después del último -INTA. Mientras el bit del ISR esté activo, todas las interrupciones de igual o menor prioridad que lleguen permanecen inhibidas; sin embargo, las de mayor prioridad podrán interrumpir. En el caso del 8086, cuando comienza el tratamiento de la interrupción, un bit del registro de estado de la CPU mantiene inhibidas todas las interrupciones: lo normal es que el programa de control comience con STI para permitir que el 8086 envíe nuevas señales INTA al 8259, así el 8259 podrá enviar las interrupciones de mayor prioridad que le lleguen. Tras la secuencia de inicialización, las interrupciones quedan ordenadas de mayor (IR0) a menor prioridad (IR7), aunque este orden puede modificarse en la modalidad de prioridad rotatoria o con el comando de asignación de prioridad. Nótese que cuando se utiliza el modo AEOI o el Special Mask Mode no se respeta el modo Fully Nested Mode (debido a que una interrupción de menor prioridad podría interrumpir a una rutina que gestiona otra de mayor prioridad).
Special Fully Nested Mode.
Se emplea en sistemas que tienen varios 8259 conectados. Sólo el 8259 maestro es programado en este modo, lo que implica las siguientes diferencias respecto al Fully Nested Mode normal:
- Cuando se atiende una interrupción de un 8259 esclavo, si viene otra de mayor prioridad de ese mismo 8259 esclavo, se provoca una interrupción al maestro (normalmente, el 8259 esclavo estaría enmascarado mientras se procesa una de sus interrupciones).
- Cuando acaba la rutina de servicio de interrupción, hay que enviar un EOI no-específico al 8259 esclavo; además hay que leer a continuación su ISR y comprobar si es cero: en ese caso, hay que enviar además otro EOI al 8259 maestro (si no es cero significa que aún hay interrupciones en proceso en el 8259 esclavo).
Modos de EOI.
El EOI (End Of Interrupt) sirve para bajar el bit del ISR que representa la interrupción que está siendo procesada. El EOI puede producirse automáticamente (AEOI) al final de la última señal INTA que envía la CPU al 8259 para una interrupción dada (tercer ciclo INTA en el 8080/85 y segundo en el 8086); sin embargo, la mayoría de los sistemas requieren una gestión de prioridades en las interrupciones, lo que significa que es más conveniente que EOI lo envíe el propio procesador al 8259, a través de OCW2, cuando acabe la rutina de gestión de interrupción, para evitar que mientras se gestiona esa interrupción se produzcan otras de igual o menor prioridad. En un sistema con varios 8259, el EOI debe ser enviado no sólo al 8259 esclavo implicado sino también al maestro. Hay dos modalidades de EOI: la específica y la no-específica. En el EOI no específico, el 8259 limpia el bit más significativo que esté activo en el ISR, que se supone que es el correspondiente a la última interrupción producida (la de mayor prioridad y que está siendo procesada). Esto es suficiente para un sistema donde se respeta el Fully Nested Mode. En el caso en que no fuera así, el 8259 es incapaz de determinar cuál fue el último nivel de interrupción procesado, por lo que la rutina que gestiona la interrupción debe enviar un EOI específico al 8259 indicándole qué bit hay que borrar en el ISR.
Rotación de prioridades.
Hay sistemas en que varios periféricos tienen el mismo nivel de prioridad, en los que no interesa mantener un orden de prioridades en las líneas IR. En condiciones normales, nada más atender una interrupción de un periférico, podría venir otra que también se atendería, mientras los demás periféricos se cruzarían de brazos. La solución consiste en asignar el menor nivel de prioridad a la interrupción recién atendida para permitir que las demás pendientes se procesen también. Para ello se envía un EOI que rote las prioridades: si, por ejemplo, se había procesado una IR3, IR3 pasará al menor nivel de prioridad e IR4 al mayor, quedando las prioridades ordenadas (de mayor a menor): IR4, IR5, IR6, IR7, IR0, IR1, IR2, IR3. Existe también una rotación específica de prioridades, a través de OCW2, que puede realizarse en un comando EOI o independientemente del mismo (comando para asignar prioridad).
Special Mask Mode.
Hay ocasiones en las que mientras se ejecuta una rutina de servicio de interrupción es necesario permitir que se produzcan ciertas interrupciones de menor prioridad en algunos momentos, o prohibirlo en otros, sin ser quizá interesante enviar el EOI antes de tiempo. Esto implica alterar la estructura normal de prioridades. La manera de realizar esto es activando el Special Mask Mode a través de OCW3 durante la rutina de servicio de interrupción (es más que conveniente inhibirlo de nuevo al final). Una vez activado este modo, el IMR indica qué interrupciones están permitidas (bit a 0) y cuáles inhibidas (bit a 1). Por ello, suele ser conveniente activar el bit del IMR correspondiente a la IR en servicio (para evitar que se produzca de nuevo cuando aún no ha sido procesada). Al final hay que enviar un EOI específico, ya que este modo de trabajo altera el Fully Nested Mode habitual.
Comando POLL.
En esta modalidad poco habitual, habilitada a través de OCW3, no se emplea la salida INT del 8259 o bien el microprocesador trabaja con las interrupciones inhibidas. El servicio a los periféricos es realizado por software utilizando el comando POLL. Una vez enviado el comando POLL, el 8259 interpreta la próxima lectura que se realice como un reconocimiento de interrupción, actualizando el ISR y consultando el nivel de prioridad. Durante esa lectura, la CPU obtiene en el bus de datos la palabra POLL que indica (en el bit 7) si hay alguna interrupción pendiente y, en ese caso, cuál es la de mayor prioridad (bits 0-2).
Lectura de información del 8259.
El IMR puede ser leído a través de OCW0; para leer el contenido del IRR y el ISR hay que emplear OCW3. Para estos dos últimos registros hay que enviar una OCW3 que elija el IRR o el ISR; a continuación se puede leer el bus de datos (A0=0) sin necesidad de enviar más OCW3 (el 8259 es capaz de recordar si tiene que leer el IRR o el ISR). Esto último no es así, evidentemente, en el caso de utilizar el comando POLL (tras enviarlo, la próxima lectura se interpreta como un INTA). Tras inicializarse, el 8259 queda preparado por defecto para devolver IRR a la primera lectura.
Buffered Mode.
Al emplear el 8259 en grandes sistemas, donde se requieren buffers en los buses de datos, si se va a emplear el modo cascada existe el problema de la habilitación de los buffers. Cuando se programa el modo buffer, la patilla -SP/-EN del 8259 actúa automáticamente como señal de habilitación del los buffers cada vez que se deposita algo en el bus de datos. Si se programa de esta manera el 8259 (bit BUF de ICW4) será preciso distinguir por software si se trata de un 8259 maestro o esclavo (bit M/S de ICW4).
Los ordenadores se comunican con el exterior por medio de los dispositivos de entrada y salida. Estos dispositivos son normalmente lentos en comparación con la elevada velocidad de la unidad central. Un ejemplo típico puede ser el teclado: entre las pulsaciones de cada tecla hay un espacio de tiempo impredecible y dependiente del usuario. Una manera simple de gestionar los dispositivos de E/S consiste en comprobar continuamente si alguno de ellos tiene un dato disponible o lo está solicitando. Sin embargo, esto supone una importante pérdida de tiempo para el microprocesador, que mientras tanto podría estar haciendo otras cosas. En una máquina multitarea y/o multiusuario, resulta más interesante que los periféricos puedan interrumpir al microprocesador para solicitarle una operación de entrada o salida en el momento necesario, estando la CPU liberada de la misión de comprobar cuándo llega ese momento. Cuando se produce la interrupción, el microprocesador ejecuta la correspondiente rutina de servicio y después continúa con su tarea normal. Los compatibles PC poseen un hardware orientado por completo a la multitarea (otra cosa es que el 8086 y el DOS no la aprovechen) y la entrada/salida se gestiona casi por completo mediante interrupciones en todas las máquinas. Por ejemplo, en las operaciones de disco, cuando acaba la transferencia de datos se produce una interrupción de aviso y una rutina de la BIOS activa una variable que lo indica, en el segmento de memoria 40h. Las propias funciones de la BIOS para acceder al disco se limitan a chequear continuamente esa variable hasta que cambie, lo que significa un evidente desaprovechamiento de las posibilidades que la gestión por interrupciones pone a nuestra disposición.
Las interrupciones añaden cierta complejidad al diseño del hardware: en principio, es necesario jerarquizarlas de alguna manera para decidir cuál se atiende en el caso de que se produzcan dos simultáneamente. También es importante el control de prioridad para el caso de que se produzca una interrupción mientras se está procesando otra: sólo se la atenderá si es de mayor prioridad. En este capítulo sólo consideraremos las interrupciones hardware, no las de software ni las excepciones del procesador.
DESCRIPCIÓN DEL INTEGRADO 8259
Este circuito integrado está especialmente diseñado para controlar las interrupciones en sistemas basados en el 8080/8085 y en el 8086. Puede controlar hasta 8 interrupciones vectorizadas. Además, a un 8259 se le pueden conectar en cascada un máximo de 8 chips 8259 adicionales, lo que permite gestionar sistemas con hasta 64 interrupciones, como veremos. El significado e interpretación de las señales se muestra:
-CS: Habilita la comunicación con la CPU.
-WR: Permite al 8259 aceptar comandos de la CPU.
-RD: Permite al 8259 dejar la información en el bus de datos.
-D7..D0: Bus de datos bidireccional, por el que se transmite la información de control/estado y el número de vector de interrupción.
-CAS0..CAS2: Líneas de cascada, actúan como salida en el 8259 maestro y como entrada en los 8259 esclavos, en un sistema con varios 8259 interconectados, constituyendo un bus local.
-SP/-EN: Pin de doble función: en el buffered mode del 8259 actuará como -EN, para habilitar los buffers del bus; en el modo normal indicará si el 8259 es maestro o esclavo (-SP).
-INT: Conectado a la patilla INT de la CPU para producir la interrupción cuando llegue el momento.
-IR0..IR7: Líneas asíncronas de petición de interrupción. Una petición de interrupción se ejecuta manteniendo IR en alto hasta que se recibe el reconocimiento (modo por flancos) o simplemente poniendo en alto la línea IR (modo por niveles).
-INTA: Línea de reconocimiento de interrupción, por medio de esta línea se fuerza al 8259 a depositar en el bus la información del vector de interrupción. INTA es independiente de -CS.
-A0: En conjunción con -CS, -WR y -RD es empleada para enviar las palabras de comando al 8259 y para solicitar información al mismo. Suele ir conectada a la línea A0 de la CPU.
DESCRIPCIÓN FUNCIONAL
El diagrama funcional del 8259, con la estructura interna de las diversas partes que lo componen, es el siguiente:
Los principales registros internos del 8259 son el IRR (Interrupt Request Register) y el ISR (In Service Register).
El IRR almacena todas las peticiones de interrupción pendientes
El ISR almacena todas las interrupciones que están siendo atendidas en un momento dado.
La lógica de gestión de prioridad determina qué interrupción, de las solicitadas en el IRR, debe ser atendida primero: cuando lleguen las señales INTA dicha interrupción será la primera procesada y su bit correspondiente se activará en el ISR.
El buffer del bus de datos conecta el 8259 con el bus de datos de la placa principal del ordenador: su diseño en 3 estados permite desconectarlo cuando sea necesario; a través de este bus circulan las palabras de control y la información de estado.
La lógica de lectura y escritura acepta los comandos que envía la CPU: aquí hay registros para almacenar las palabras de inicialización y operación que envía el procesador; también sirve para transferir el estado del 8259 hacia el bus de datos. El buffer de cascada/comparador almacena y compara las identificaciones de todos los 8259 que posea el sistema: el 8259 maestro envía la identificación del 8259 esclavo en las líneas CAS, los 8259 esclavos la leen y el implicado en la operación coloca en el bus de datos la dirección (vector) de la rutina que atenderá la interrupción en los 2 próximos (o el próximo) ciclos INTA.
FUNCIONAMIENTO DEL 8259
El funcionamiento del 8259 varía ligeramente en función del sistema en que esté instalado, según sea este un 8086 o un 8080/8085. Veremos primero el caso del 8086:
1) Una o más líneas IR son activadas por los periféricos, lo que pone a 1 el correspondiente bit del IRR.
2) El 8259 evalúa la prioridad de estas interrupciones y solicita la interrupción a la CPU (línea INT) si es necesario.
3) Cuando la CPU reconoce la interrupción, envía la señal -INTA.
4) Nada más recibida la señal -INTA de la CPU, el 8259 activa el bit correspondiente a la interrupción de mayor prioridad (la que va a ser procesada) en el ISR y lo borra en el IRR. En este ciclo, el 8259 aún no controla el bus de datos.
5) Cuando la CPU envía un segundo ciclo -INTA, el 8259 deposita en el bus de datos un valor de 8 bits que indica el número de vector de interrupción del 8086, para que la CPU lo pueda leer.
6) En el modo AEOI del 8259, el bit de la interrupción en el ISR es borrado nada más acabar el segundo pulso -INTA; en caso contrario, ese bit permanece activo hasta que la CPU envíe el comando EOI al final de la rutina que trata la interrupción (caso más normal).
En el caso de sistemas basados en el 8080/8085, el funcionamiento es idéntico hasta el punto (3), pero a continuación sucede lo siguiente:
4) Nada más recibida la señal -INTA de la CPU, el 8259 activa el bit correspondiente a la interrupción de mayor prioridad (la que va a ser procesada) en el ISR y lo borra en el IRR. En este ciclo, el 8259 deposita en el bus de datos el valor 11001101b, correspondiente al código de operación de la instrucción CALL del 8080/85.
5) Esta instrucción CALL provoca que la CPU envíe dos pulsos -INTA.
6) El 8259 utiliza estos dos pulsos -INTA para depositar en el bus de datos, sucesivamente, la parte baja y alta de la dirección de memoria del ordenador de la rutina de servicio de la interrupción (16 bits).
7) Esto completa la instrucción CALL de 3 bytes. En el modo AEOI del 8259, el bit de la interrupción en el ISR es borrado nada más acabar el tercer pulso -INTA; en caso contrario, ese bit permanece activo hasta que la CPU envíe el comando EOI al final de la rutina que trata la interrupción.
Si en el paso (4), con ambos tipos de microprocesador, no está presente la petición de interrupción (por ejemplo, porque ha sido excesivamente corta) el 8259 envía una interrupción de nivel 7 (si hubiera un 8259 conectado en IR7, las líneas CAS permanecerían inactivas y la dirección de la rutina de servicio de interrupción sería suministrada por el 8259 maestro).
PROGRAMACIÓN DEL 8259
El 8259 acepta dos tipos de comandos generados por la CPU: los ICW (Inicialization Command Word) que inicializan el 8259, y los OCW (Operation Command Word) que permiten programar la modalidad de funcionamiento. Antes de que los 8259 de un sistema comiencen a trabajar deben recibir una secuencia de ICW que los inicialice. Los ICW y OCW constan de secuencias de 2 a 4 comandos consecutivos que el 8259 espera recibir secuencialmente, unos tras otros, a través del bus de datos, según sea necesario (el propio 8259 se encarga de contarlos midiendo los pulsos de la línea -WR). Los OCW pueden ser enviados en cualquier momento, una vez realizada la inicialización.
La comunicación con el 8259 emplea las líneas -WR y -RW, así como A0. El hecho de que exista una sola línea de direcciones implica que el 8259 sólo ocupa dos direcciones de puerto de E/S en el espacio de entrada y salida del ordenador.
ICWS (Inicialization Command Words).
ICW1: Cuando un comando es enviado con A0=0 y D4=1, el 8259 lo interpreta como la primera palabra de la inicialización (ICW1) e inicia dicha secuencia de inicialización, lo que implica lo siguiente:
- Se resetea el circuito sensible a los niveles, lo que quiere decir que hasta nueva orden las líneas IR serán sensibles por flancos de transición bajo-alto.
- Se limpia el IMR.
- A la línea IR7 se le asigna un nivel de prioridad 7.
- Se desactiva el Special Mask Mode. Se queda listo para devolver IRR en la próxima lectura OCW3.
- Si IC4 (bit D0) es 0, todas las funciones seleccionadas en ICW4 serán puestas a 0 (non buffered mode, no AEOI, sistema 8080/85) e ICW4 no será necesaria.
Notas: Si SNGL es 1 significa que el 8259 es único en el sistema y no será enviada ICW3. Si IC4 es 0, tampoco será enviada ICW4. En el 8080/85, las diversas interrupciones generan CALL's a 8 direcciones adyacentes separadas 4 u 8 bytes (según indique ADI): para componer la dirección, el 8259 inserta A0..A4 (o A0..A5) convenientemente, según la interrupción que se trate. En el 8086, A7..A5 y ADI son ignoradas.
ICW2: Se envía con A0=1, para diferenciarlo de ICW0 (hacer OUT a la siguiente dirección de puerto).
Notas:En el 8080/85, A15..A8 completan la dirección de la rutina de servicio; en el 8086, T7..T3 determinan los cinco bits más significativos del número de vector de interrupción a invocar (los 3 bajos los suministra el 8259 según la interrupción que se trate).
ICW3: Se envía sólo en el caso de que haya más de un 8259 en el sistema (bit SNGL de ICW1 a cero), en caso contrario en su lugar se enviaría ICW4 (si procede).
Formato de ICW3 a enviar a un 8259 maestro:
Formato de ICW3 a enviar a un 8259 esclavo para que memorice de qué línea IR del maestro cuelga:
ICW4: Se envía sólo si IC4=1 en ICW1, con objeto de colocar el 8259 en un modo de operación distinto del establecido por defecto (que equivale a poner a cero todos los bits de ICW4).
Notas:El Special Fully Nested Mode, el buffered mode y la modalidad AEOI serán explicadas más tarde. Nótese que con el 8086 es obligatorio enviar ICW4 para seleccionar esta CPU.
OCWS (Operation Command Words).
Una vez inicializado, el 8259 está listo para procesar las interrupciones que se produzcan. Sin embargo, durante su funcionamiento normal está capacitado para recibir comandos de control por parte de la CPU.
OCW1:
Este comando activa y borra bits en el IMR (Interrupt Mask Register). Los bits M0..M7 de OCW1 se corresponden con sus correspondientes bits del IMR. Un bit a 1 significa interrupción enmascarada (inhibida) y a 0, interrupción habilitada.
OCW2:
OCW3:
TRABAJANDO CON EL 8259
En las ICW y, sobre todo, en las OCW, se han introducido un aluvión de elementos nuevos que serán explicados a continuación.
Fully Nested Mode.
Por defecto, el 8259 opera en esta modalidad (modo de anidamiento completo), a menos que se le programe de otra manera. En este modo las interrupciones quedan ordenadas, por prioridades, de 0 (máxima) a 7 (mínima). Cuando se produce un reconocimiento de interrupción por parte de la CPU, el 8259 evalúa cuál es la interrupción pendiente de mayor prioridad, coloca su número de vector en el bus y activa su bit correspondiente en el ISR. Este bit permanece activo hasta que el 8259 recibe el comando EOI (situación más normal); sin embargo, en el modo AEOI, ese bit se bajaría inmediatamente después del último -INTA. Mientras el bit del ISR esté activo, todas las interrupciones de igual o menor prioridad que lleguen permanecen inhibidas; sin embargo, las de mayor prioridad podrán interrumpir. En el caso del 8086, cuando comienza el tratamiento de la interrupción, un bit del registro de estado de la CPU mantiene inhibidas todas las interrupciones: lo normal es que el programa de control comience con STI para permitir que el 8086 envíe nuevas señales INTA al 8259, así el 8259 podrá enviar las interrupciones de mayor prioridad que le lleguen. Tras la secuencia de inicialización, las interrupciones quedan ordenadas de mayor (IR0) a menor prioridad (IR7), aunque este orden puede modificarse en la modalidad de prioridad rotatoria o con el comando de asignación de prioridad. Nótese que cuando se utiliza el modo AEOI o el Special Mask Mode no se respeta el modo Fully Nested Mode (debido a que una interrupción de menor prioridad podría interrumpir a una rutina que gestiona otra de mayor prioridad).
Special Fully Nested Mode.
Se emplea en sistemas que tienen varios 8259 conectados. Sólo el 8259 maestro es programado en este modo, lo que implica las siguientes diferencias respecto al Fully Nested Mode normal:
- Cuando se atiende una interrupción de un 8259 esclavo, si viene otra de mayor prioridad de ese mismo 8259 esclavo, se provoca una interrupción al maestro (normalmente, el 8259 esclavo estaría enmascarado mientras se procesa una de sus interrupciones).
- Cuando acaba la rutina de servicio de interrupción, hay que enviar un EOI no-específico al 8259 esclavo; además hay que leer a continuación su ISR y comprobar si es cero: en ese caso, hay que enviar además otro EOI al 8259 maestro (si no es cero significa que aún hay interrupciones en proceso en el 8259 esclavo).
Modos de EOI.
El EOI (End Of Interrupt) sirve para bajar el bit del ISR que representa la interrupción que está siendo procesada. El EOI puede producirse automáticamente (AEOI) al final de la última señal INTA que envía la CPU al 8259 para una interrupción dada (tercer ciclo INTA en el 8080/85 y segundo en el 8086); sin embargo, la mayoría de los sistemas requieren una gestión de prioridades en las interrupciones, lo que significa que es más conveniente que EOI lo envíe el propio procesador al 8259, a través de OCW2, cuando acabe la rutina de gestión de interrupción, para evitar que mientras se gestiona esa interrupción se produzcan otras de igual o menor prioridad. En un sistema con varios 8259, el EOI debe ser enviado no sólo al 8259 esclavo implicado sino también al maestro. Hay dos modalidades de EOI: la específica y la no-específica. En el EOI no específico, el 8259 limpia el bit más significativo que esté activo en el ISR, que se supone que es el correspondiente a la última interrupción producida (la de mayor prioridad y que está siendo procesada). Esto es suficiente para un sistema donde se respeta el Fully Nested Mode. En el caso en que no fuera así, el 8259 es incapaz de determinar cuál fue el último nivel de interrupción procesado, por lo que la rutina que gestiona la interrupción debe enviar un EOI específico al 8259 indicándole qué bit hay que borrar en el ISR.
Rotación de prioridades.
Hay sistemas en que varios periféricos tienen el mismo nivel de prioridad, en los que no interesa mantener un orden de prioridades en las líneas IR. En condiciones normales, nada más atender una interrupción de un periférico, podría venir otra que también se atendería, mientras los demás periféricos se cruzarían de brazos. La solución consiste en asignar el menor nivel de prioridad a la interrupción recién atendida para permitir que las demás pendientes se procesen también. Para ello se envía un EOI que rote las prioridades: si, por ejemplo, se había procesado una IR3, IR3 pasará al menor nivel de prioridad e IR4 al mayor, quedando las prioridades ordenadas (de mayor a menor): IR4, IR5, IR6, IR7, IR0, IR1, IR2, IR3. Existe también una rotación específica de prioridades, a través de OCW2, que puede realizarse en un comando EOI o independientemente del mismo (comando para asignar prioridad).
Special Mask Mode.
Hay ocasiones en las que mientras se ejecuta una rutina de servicio de interrupción es necesario permitir que se produzcan ciertas interrupciones de menor prioridad en algunos momentos, o prohibirlo en otros, sin ser quizá interesante enviar el EOI antes de tiempo. Esto implica alterar la estructura normal de prioridades. La manera de realizar esto es activando el Special Mask Mode a través de OCW3 durante la rutina de servicio de interrupción (es más que conveniente inhibirlo de nuevo al final). Una vez activado este modo, el IMR indica qué interrupciones están permitidas (bit a 0) y cuáles inhibidas (bit a 1). Por ello, suele ser conveniente activar el bit del IMR correspondiente a la IR en servicio (para evitar que se produzca de nuevo cuando aún no ha sido procesada). Al final hay que enviar un EOI específico, ya que este modo de trabajo altera el Fully Nested Mode habitual.
Comando POLL.
En esta modalidad poco habitual, habilitada a través de OCW3, no se emplea la salida INT del 8259 o bien el microprocesador trabaja con las interrupciones inhibidas. El servicio a los periféricos es realizado por software utilizando el comando POLL. Una vez enviado el comando POLL, el 8259 interpreta la próxima lectura que se realice como un reconocimiento de interrupción, actualizando el ISR y consultando el nivel de prioridad. Durante esa lectura, la CPU obtiene en el bus de datos la palabra POLL que indica (en el bit 7) si hay alguna interrupción pendiente y, en ese caso, cuál es la de mayor prioridad (bits 0-2).
Lectura de información del 8259.
El IMR puede ser leído a través de OCW0; para leer el contenido del IRR y el ISR hay que emplear OCW3. Para estos dos últimos registros hay que enviar una OCW3 que elija el IRR o el ISR; a continuación se puede leer el bus de datos (A0=0) sin necesidad de enviar más OCW3 (el 8259 es capaz de recordar si tiene que leer el IRR o el ISR). Esto último no es así, evidentemente, en el caso de utilizar el comando POLL (tras enviarlo, la próxima lectura se interpreta como un INTA). Tras inicializarse, el 8259 queda preparado por defecto para devolver IRR a la primera lectura.
Buffered Mode.
Al emplear el 8259 en grandes sistemas, donde se requieren buffers en los buses de datos, si se va a emplear el modo cascada existe el problema de la habilitación de los buffers. Cuando se programa el modo buffer, la patilla -SP/-EN del 8259 actúa automáticamente como señal de habilitación del los buffers cada vez que se deposita algo en el bus de datos. Si se programa de esta manera el 8259 (bit BUF de ICW4) será preciso distinguir por software si se trata de un 8259 maestro o esclavo (bit M/S de ICW4).
posted by Patricia Quevedo at 6:27 PM
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