三 中断矢量
3.1 IBM PC提供的中断
IBM PC有两种基本形态的中断.如果是由外围设备所产生的中断就叫做硬件中断(Hardware interrupt),譬如:键盘,磁盘机和时钟等外围设备都可以产生硬件中断.外围设备所产生的中断信号都连接到中断控制器,中断控制器可以根据它们之间的重要性来安排优先顺序,以便使CPU有效地处理这些硬件信号.另一种中断是软件中断(Software interrupt),软件中断也叫做陷井(Trap),它是由执行中的软件所产生.虽然软件包中断的处理方式和硬件中断完全相同,但是通常软件中断是希望执行操作系统所提供的服务.
表3.1是IBM PC所提供的中断,这些中断是根据中断号码和中断矢量(Interrupt vector)排列.
IBM PC的用户或是编写应用程序的程序人员很少会直接接触到硬件中断,除非是使用某些特殊的硬件,或是需要较严格的要求时,最常被修改的硬件中断是敲键盘所产生的中断(9H),尤其是文本编辑的程序.大体而言,只有硬件设计者基是系统程序人员才会注意到所有在硬件中断;编写内存驻留程序的设计人员则只使用到部分硬件中断而已,尤其是:键盘中断和计时器(Timer)的中断.
反之,软件中断对于任何编写汇编程序的人,甚至对编写高级语言程序的人都相当的重要.软件中断是应用程序进入到IBM PC操作系统的接口,经由这些接口应用程序才可以执行所要求的系统服务.
其中软件中断中最重要,同时也是最常被汇编语言程序设计师所用到是DOS INT 21H.这个中断是执行DOS系统调用的软件中断,它可以让应用程序执行任何DOS的操作.
接下来最有用的软件中断是ROM-BIOS(基本输入输出系统)所提供的中断.这些软件中断是IBM PC所提供的的低层次服务,譬如:键盘输入,显示器输出和磁盘机的输入与输出等.
3.2 键盘输入的方法
以下就以IBM PC从键盘读取字符为例子,来说明中断的工作方式.IBM PC从键盘读取字符时,使用了两种不同形式中断,亦即:硬件中断和软件中断.当使用者从键盘敲下一个键时,键盘的线路就会送出一个信号.这个信号会造成硬件中断发生,从而触发低层次的键盘中断处理程序开始执行.这个中断处理程序马上从键盘的硬件读取使用者所敲入的字符,然后把它放到一个队列中,如果这个队列填满时,键盘中断处理程序会使IBM PC发出一声响.键盘中断处理程序做完这些事情之后,它就把控制权交还给原先被中断的程序.如果有一个程序希望从键盘读取一个字符时,它就发出适当的软件中断信号,这时候就由相对应的中断处理程序去检查键盘队列,并且传回队列中的第一个字符.
上面所介绍的键盘输入工作方式,在中断驱动系统中很普遍地采用.这和做法可以把实际上需要输入的应用程序和实际上执行输入的处理部分分开来.这种做法也可以用在其它不同形式的输入和输出外围设备.
3.3 改变输入矢量
中断矢量储存在IBM PC最前面的400H个字节中.每一个矢量的长度是四个字节组成,这四个字节内所存放的是中断处理程序执行的地址值.其中前两个字节包含地址值的位移(Offset)部分,后面的两个字节则包含了段(Segment)部分.
中断矢量有两种修改方法.可以直接地设置中断矢量的地址值,或是使用DOS所提供的系统调用设置中断矢量的地址值.
3.3.1 直接设置中断矢量
因为中断矢量只是存放地址值的存储位置,因此我们可以直接地把地址存放到存储位置中.以下是一个小例子:
mov ax,0
mov es,ax
mov word ptr es:24,offset Keyboard
mov word ptr es:26,seg Keyboard
在许多情况下,上面的程序都可以正确地执行.但是如果上面的程序正在执行时突然敲下一个键的话,就可能会问题;而最糟的情 况是发生:第三个MOV已经执行完毕,而第四个MOV尚未执行时.如果在此时敲下任何键的话,键盘中断矢量都没有任何意义,而造成整个系 统死机.因此我们可以在设置中断矢量时,让中断无效,譬如:
mov ax,0
mov es,ax
cli
mov word ptr es:24,offset Keyboard
mov word ptr es:26,seg Keyboard
上面的做法在大部分的情况下都可以正确地执行.但是CLI这个指令无法停止NMI中断(不可屏蔽中断),因此如果发生NMI中断时就 没用办法.下面的这一种做法虽然比较复杂,但是对于所有的中断都有效,这包括了NMI中断在内:
mov word ptr kbd-ptr[0],offset Keyboard
mov word ptr kbd-ptr[2],seg Keyboard
mov di,0 ;Use Di to Set ES to zero
mov es,di ;Set ES to destination segment
mov di,24 ;Set DI to destination offset
mov si,offset kbdptr ;set SI to source offset
mov cx,2 ;Set word count to 2
cld ;Set direction to forward
cli ;Disable interrupts
rep movsw ;Copy the new vector
sti ;Enable interrupts
kbdptr dd ?
上面的程序中,kbdptr是两个字节(WORD)的指针(Pointer),其中包含了键盘 中断处理程序的起始志趣值.REP这个指令将根据寄存 器CX所设置的次数来重复执行MOVSW,而整个指令就如同单一的指令一样.NMI中断不能够发生在一个完整的指令中.因为地址值搬移的操 作都能包含在一个单一指令中,因此可以免除任何中断的干扰.
3.3.2 使用DOS来设置中断矢量
因为要想安全地设置中断矢量需要一些技巧,因此DOS提供了一项特殊的服务,以帮助程序人员安全地设置中断矢量,如果只使用 DOS所提供的这项服务来设定中断矢量的话,那么就不必担心会发生前面所叙述的差错.DOS同时也提供了:读取中断矢量的服务.因为读 取中断矢量的内容不会修改系统的状态;因此若直接写程序读取,也很安全.但是如果你要自己直接读取中断矢量的内容时,就必须计算 出中断矢量的位置.而DOS已经提供了这项服务.
使用DOS所提供的系统调用,来读取中断矢量的内容时,必须利用INT 21H中的函数35H(读取中断矢量),这个函数热气矢量号码来 计算中断矢量的地址,然后返回其中的内容.以下就是一个例子:
Old_Keyboard_IO dd ?
mov al,16h
mov ah,35h
int 21h
mov word ptr Old_Keyboard_IO,bx ;Offset of interrupt handler
mov word ptr Old_Keyboard_IO,es ;Segment of interrupt handler
用DOS来设置中断矢量例子:
New_Keyboard_IO dd ?
mov word ptr New_Keyboard_IO,bx ;Offset of interrupt handler
mov word ptr New_Keyboard_IO,es ;Segment of interrupt handler
mov al,16h
mov ah,25h
int 21h
3.4 检查中断矢量
这里都是采用COM格式编程,可以建立一个BAT文件来处理写好的程序,以减少击键次数.设BAT文件名为MAKE.BAT:
MASM %1
LINK %1
EXE2BIN %1.EXE %1.COM
如果写好的程序名为MACRO.ASM,则可敲入:
C:\MAKE MACRO.ASM
即可.
3.5 显示中断矢量
下面这个例子可以列出所有的重要的中断矢量内容,在刚刚打开PC时,并且没有执行任何驻留程序时,可以发现所有的中断矢量段值都相同,这些地址值所存放的是ROM的程序.当你修改中断矢量之后,就可以利用这个程序观察到中断矢量的变化.以下就是IVEC.ASM的内容:
cseg segment para public 'CODE'
org 100h
jmp start
assume cs:cseg,ds:cseg
start:
mov bx,cs ;Make data seg be the same as
mov ds,bx ;the code seg
call vectors
waitIn:
mov ah,0bh
int 21h
cmp al,0ffh
jne waitIn
mov ah,4ch
int 21h
;****************************************************************************
;Scan through display table,prinying two vectors per line
;If any record has an interrupt #=zero,this indicates
;end of the table.
;****************************************************************************
mov di,offset disptab ;Pointer to start of table
mov dh,0 ;Zero out top half of DX
vloop:
mov dl,[di] ;Get the interrupt number
cmp dl,0 ;If it's zero,we are done
je vdone ;so exit loop
add di,1 ;Advance pointer 1 byte
mov si,[di] ;Get pointer to description
call dvector ;Call the display routine
add di,2 ;Get the interrupt number
mov dl,[di] ;Advance to the next record
cmp dl,0 ;If it's zero,we are done
je vdone ;so exit loop
add di,1 ;Advance pointer 1 byte
mov si,[di] ;get pointer to description
call dvector ;Call the display routine
add di,2 ;Advance to the next record
jmp vloop
vdone: ;Print final CRLF
ret
vectors endp
;----------------------------------------------------------------------------
;Displays an interrupt vector.Display is in the form of
;<banner>,<interrupt#>,<seg>:<offset>
;where <interrupt #>,<seg>and<offset>
;are all dexadecimal numbers
;Call with
;DX -interrupt number
;DS:SI -pointer to banner string
;----------------------------------------------------------------------------
dvector proc near
call dstring ;Display the string in DS:SI
call dbyte ;Display the byte in DL
call dspace ;Display a space
call dspace
;
mov al,dl ;move the interrupt number to AL
mov ah,35h ;Function is Get interrupt vector
int 21h
mov dx,bx ;Move BX to DX so we can display
call ddword ;double-word in ES:DX
call dEndFra
call dcrlf ;Display a newline
ret
dvector endp
;----------------------------------------------------------------------------
;DS:SI points to ASCII string to be printed
;----------------------------------------------------------------------------
dstring proc near
push si
push ax
dis: mov al,[si] ;Fetch the next character
cmp al,0 ;If it's zero,we are done
je disdone
call dchar ;If not,point it
inc si ;Advance pointer to nest char
jmp dis
disdone:pop ax
pop si
ret
dstring endp
;----------------------------------------------------------------------------
;ES:DX contains double word to be displayed
;----------------------------------------------------------------------------
ddword proc near
push dx ;Save offset temporarily
mov dx,es ;Move segment to DX
call dsword ;Display segment
call dcolon ;Print a ";"
; call dcrlf
pop dx ;Restore offset to DX
call dsword ;Display offset
ret
ddword endp
;----------------------------------------------------------------------------
;DX containes single word to be displayed
;----------------------------------------------------------------------------
dsword proc near
push dx ;Save low byte temporarily
mov dl,dh ;Move high byte to low byte
call dbyte ;Display high byte
pop dx ;Restore low byte to DL
call dbyte ;Display low byte
ret
dsword endp
;----------------------------------------------------------------------------
;DL contains byte to be displayed
;----------------------------------------------------------------------------
dbyte proc near
push ax ;Save any registers used
push dx
push si
push dx ;Save low nybble temporarily
push cx ;Save CX
mov cl,4 ;Set shift count to 4
shr dx,cl ;Shift high nybble into low nybble
and dx,0fh ;Mask out all but low nybble
mov si,dx ;Use low nybble as index into
mov al,hextab[si] ;hexadecimal character table
call dchar ;Display character
pop cx ;Restore CX
pop dx ;Restore low nybble
and dx,0fh ;Mask out all but low nybble
mov si,dx ;Use low nybble as an index into
mov al,hextab[si] ;hexadecimal character table
call dchar ;Display character
pop si ;Restore registers
pop dx
pop ax
ret
dbyte endp
;----------------------------------------------------------------------------
;Display a ":"
;----------------------------------------------------------------------------
dcolon proc near
mov al,':'
call dchar
ret
dcolon endp
;----------------------------------------------------------------------------
;Display a " "
;----------------------------------------------------------------------------
dspace proc near
mov al,' '
call dchar
ret
dspace endp
;----------------------------------------------------------------------------
;Display a Carriage Return/Line Feed
;----------------------------------------------------------------------------
dcrlf proc near
mov al,0dh
call dchar
mov al,0ah
call dchar
ret
dcrlf endp
;----------------------------------------------------------------------------
;Display the character contained in AL
;----------------------------------------------------------------------------
dchar proc near
push ax
push bx
mov bh,1
mov ah,0eh
int 10h
pop bx
pop ax
ret
dchar endp
;----------------------------------------------------------------------------
;Data define
;----------------------------------------------------------------------------
hextab db '0123456789ABCDEF',0
disptab db 05h ;Print screen
dw v05
db 19h ;Bootstrap loader
dw v19
db 08h ;Timer tick
dw v08
db 1ah ;Real_time clock
dw v1a
db 09h ;Keyboard input
dw v09
db 1bh ;CTRL_Break handler
dw v1b
db 0bh ;Comm.port 1
dw v0b
db 1ch ;Timer control
dw v1c
db 0ch ;Comm.port 0
dw v0c
db 1dh ;Pointer to video parameter table
dw v1d
db 0dh ;Hard disk controller
dw v0d
db 1eh ;Pointer to disk parameter table
dw v1e
db 0eh ;Floppy disk controller
dw v0e
db 1fh ;Pointer graphics character table
dw v1f
db 0fh ;Printer controller
dw v0f
db 20h ;Program terminate
dw v20
db 10h ;Video driver
dw v10
db 21h ;DOS universal function
dw v21
db 11h ;Equipment check
dw v11
db 22h ;Pointer to termination handler
dw v22
db 12h ;Memorey size check
dw v12
db 23h ;Pointer to Ctrl_C handler
dw v23
db 13h ;Disk driver
dw v13
db 24h ;Pointer to critical error handler
dw v24
db 14h ;Communications driver
dw v14
db 25h ;Absolute disk read
dw v25
db 15h ;Cassette driver
dw v15
db 26h ;Absolute disk write
dw v26
db 16h ;Keyboard driver
dw v16
db 27h ;Terminate and stay resident
dw v27
db 17h ;Printer driver
dw v17
db 2fh ;Print spooler
dw v2f
db 18h ;Rom basic
dw v18
db 0
dw 0
v05 db 186,5 dup (20h),'Print screen:',26 dup (20h),0
v08 db 186,5 dup (20h),'Timer tick controller:',17 dup (20h),0
v09 db 186,5 dup (20h),'Keyboard input:',24 dup (20h),0
v0b db 186,5 dup (20h),'Communication port 1:',18 dup (20h),0
v0c db 186,5 dup (20h),'Communication port 0:',18 dup (20h),0
v0d db 186,5 dup (20h),'Hard disk controller:',18 dup (20h),0
v0e db 186,5 dup (20h),'Floppy disk controller:',16 dup (20h),0
v0f db 186,5 dup (20h),'Printer controller:',20 dup (20h),0
v10 db 186,5 dup (20h),'Video driver:',26 dup (20h),0
v11 db 186,5 dup (20h),'Equipment check:',23 dup (20h),0
v12 db 186,5 dup (20h),'Memory size check:',21 dup (20h),0
v13 db 186,5 dup (20h),'Disk driver:',27 dup (20h),0
v14 db 186,5 dup (20h),'Communication driver:',18 dup (20h),0
v15 db 186,5 dup (20h),'Cassette driver:',23 dup (20h),0
v16 db 186,5 dup (20h),'Keyboard driver:',23 dup (20h),0
v17 db 186,5 dup (20h),'Printer driver:',24 dup (20h),0
v18 db 186,5 dup (20h),'ROM BASIC:',29 dup (20h),0
v19 db 186,5 dup (20h),'Bootstrap loader:',22 dup (20h),0
v1a db 186,5 dup (20h),'Real_time clock:',23 dup (20h),0
v1b db 186,5 dup (20h),'Ctrl_break handler:',20 dup (20h),0
v1c db 186,5 dup (20h),'Timer control:',25 dup (20h),0
v1d db 186,5 dup (20h),'Video parameter table:',17 dup (20h),0
v1e db 186,5 dup (20h),'Disk parameter:',24 dup (20h),0
v1f db 186,5 dup (20h),'Graphic character table:',15 dup (20h),0
v20 db 186,5 dup (20h),'Programe terminate:',20 dup (20h),0
v21 db 186,5 dup (20h),'DOS universal function:',16 dup (20h),0
v22 db 186,5 dup (20h),'Terminate vector:',22 dup (20h),0
v23 db 186,5 dup (20h),'Ctrl_C vector:',25 dup (20h),0
v24 db 186,5 dup (20h),'Critical error vector:',17 dup (20h),0
v25 db 186,5 dup (20h),'Absolute disk read:',20 dup (20h),0
v26 db 186,5 dup (20h),'Absolute disk write:',19 dup (20h),0
v27 db 186,5 dup (20h),'Terminate and stay resident:',11 dup (20h),0
v2f db 186,5 dup (20h),'Print spooler:',25 dup (20h),0
cseg ends
end start
