Мал. 3.10. Регістр маски провідного контроллера переривань.

Сом1, гнучкий диск, а також вихід від веденого контроллера, що підключається до входу Irq2 ведучого. Замасковано обидва паралельні порти (принтер, що підключається до порту Lpt1, зазвичай не використовує переривань, а другий паралельний порт часто просто відсутній) і другий послідовний порт, до якого нічого не підключено. Іншими словами, размаськировано все потрібне, і замасковане все непотрібне.
У раді випадків виникає необхідність замаскувати переривання від системного таймера, який є єдиним постійно активним джерелом переривань. Така ситуація типова, зокрема, для автоматизованих вимірювальних систем, в яких неприпустимо переривати потік даних, що поступають від вимірювальної установки в комп'ютер. Будь-яке переривання процесу прийому даних може привісить до втрати частині інформації, що приймається, і порушенню роботи установки. Для заборони переривань від таймера треба виконати таку послідовність команд:

Відновлення початкового стану обчислювальної системи з дозволеними перериваннями від таймера здійснюється таким чином:

Іншим прикладом використання режиму вільного доступу до пристрою є програмування незалежної КМОП-мікросхеми, що включає годинник реального часу, про який вже мовилося в розділі 5 цього розділу, а також інформацію об конфігурації комп'ютера і в деяких випадках пароль. Загальний об'єм КМОП-пам'яті складає 64 байт (від 00h до 3fh); доступ до байтів КМОП-пам'яті здійснюється через порти 70h і 71h.
У КМОП-мікросхемі реалізований спосіб звернення до її окремих осередків, широко використовуваний в мікропроцесорній техніці. Якщо програмувати КМОП-пам'ять прямим чином, для звернення до її 64 осередкам в адресному просторі введення-виводу довелося б виділити 64 адреси. Для скорочення числа використовуваних адрес до складу мікросхеми введено два службові регістри - адресний і даних. У адресний регістр (порт 70h) заноситься номер того осередку КМОП-пам'яті, до якого потрібне звернення. Після цього читання регістра даних (порт 7 Hi) дозволяє прочитати вміст вибраного осередку, а запис в регістр даних виконує передачу даного в цей осередок. Приведемо повний текст програми, яка читає вміст осередку з номером 0dh. У ній зберігається стан батареї, що живить КМОП-мікросхему. Якщо битий 7 цього осередку встановлений, батарея справна; якщо цей біт скинутий, напруга батареї впала нижче за допустиму межу, і її треба міняти.

Приклад 3-10. Читання осередку КМОП-мікросхеми

Розглянемо тепер програмування периферійного устаткування в режимі очікування готовності на прикладі паралельного інтерфейсу. У стандартній конфігурації комп'ютера до паралельного інтерфейсу зазвичай підключається принтер, проте його можна використовувати і для зв'язку з нестандартним (вимірником або управляє) устаткуванням.
У комп'ютерах використовується різновид паралельного інтерфейсу під назвою Centronics, що відрізняється щодо високою швидкістю передачі даних (до 150 Кбайт/с) і простотою програмування. Правда, Centronics дозволяє передавати дані тільки в одному напрямі - з комп'ютера в пристрій, проте цю проблему можна частково вирішити, якщо скористатися для прийому даних лініями стану інтерфейсу.
Зрозуміло, в установці, що підключається до комп'ютера через паралельний інтерфейс, має бути передбачене пристрій сполучення, що сприймає і виробляє сигнали обміну з інтерфейсом.
Інтерфейс Centronics підключається до периферійного пристрою (принтеру) за допомогою кабелю, що містить 17 сигнальних ліній і декілька ліній нуля. Управління інтерфейсом здійснюється через три закріплених за ним порту: порту даних з адресою 378h, порту стану принтера з адресою 379h і порту управління принтером з адресою 37аh. Порти фактично є 8-розрядними регістрами, биті яких відповідають сигналам інтерфейсу. Деякі з цих сигналів, конкретно, сигнали портів даних і управління, є для інтерфейсу вихідними; їх повинна встановлювати програма, що управляє передачею інформації. Інші сигнали, навпаки, поступають з периферійного пристрою і відображаються в стані закріплених за ними бітів порту стану; програма повинна читати і аналізувати ці біти. На мал. 3.11 показані порти інтерфейсу Centronics з вказівкою сигналів, відповідним конкретним бітам.

Мал. 3.11. Порти інтерфейсу Centronics

Програмування паралельного інтерфейсу вимагає деяких відомостей про його протокол, тобто послідовності і взаємодії сигналів, якими інтерфейс обмінюється з підключеним до нього пристроєм. Деякі з цих сигналів мають вузько спеціалізоване призначення і виникають лише в особливих випадках (наприклад, сигнал РЕ - кінець паперу), інші ж беруть обов'язкову участь в процедурі передачі даних. До останніх відносяться 8 битий даних і три керівників сигналу STROBE', BUSY і АСЬК' (мал. 3.12).

Мал. 3.12. Протокол передачі даних для інтерфейсу Centronics.

Сигнал BUSY вважається за активний, коли він має високе значення. В протилежність цьому активний стан сигналів STROBE' і АСЬК' низький, чому вони і позначаються з тим або іншим додатковим значком (з межею вгорі, із знаком мінус або з апострофом, як у нас). Простежуючи відповідність сигналів інтерфейсу стану бітів його портів, необхідно мати на увазі, що для деяких сигналів (SLCT, РЕ, STROBE) в порти записуються їх прямі значення, а для інших (ERROR, АСЬК, BUSY) - інверсні.
Вивід на принтер кожного байта даних складається з трьох етапів. Перш за все програма повинна дочекатися неактивного стану сигналів BUSY і АСЬК (це і є очікування готовності пристрою). Переконавшись, що биті 6 і 7 порту стану 379h встановлені в 1 (див. мал. 3.11), програма посилає в порт даних 378h байт даних, що приводить до установки коди даних на лініях інтерфейсу D7...D0. Нарешті, програма повинна встановити на короткий час сигнал STROBE, що реалізується шляхом установки і потім скидання бита 0 порту управління 37all. Наступні байти посилаються таким самим чином.
Виконуючи всі ці операції, необхідно враховувати тимчасові характеристики інтерфейсу. Сигнал STROBE можна посилати в порт управління не раніше, чим через 0,5 мкс після установки даних, що може зажадати введенню в програму невеликої програмної затримки (однієї або декількох команд jmp, див. приведений нижче текст програми). То ж відноситься і до тривалості сигналу STROBE, яка не має бути менше тієї ж величини 0,5 мкс. Практично програмні затримки часто виявляються не потрібні.
Звернемося ще раз до мал. 3.12. Принтер, знявши з ліній даних байт даних, і почавши його обробку (вивід на друк або збереження у внутрішній пам'яті), встановлює у відповідь сигнал BUSY, що діє весь час, поки принтер зайнятий обробкою байта даних. Закінчивши обробку байта, принтер на деякий час встановлює сигнал АСЬК і скидає сигнал BUSY. Закінчення сигналу АСЬК (при скинутому стані сигналу BUSY) говорить інтерфейсу про закінчення даної операції обміну і про можливість посилки наступного байта даних. Зважаючи на стислість сигналу АСЬК часто виявляється, що чекати його зняття немає необхідності; досить дочекатися неактивного стану сигналу BUSY (тобто 1 в біті 7 порту стану). Взагалі слід відмітити, що різні принтери можуть декілька по разному виконувати свою частину протоколу обміну. Розглянутий нижче приклад відладжувався на принтері Epson Lq100.
Приведемо текст програми, в якій принтер програмується, як то кажуть, на фізичному рівні, тобто шляхом звернення до його портів. Зрозуміло, в більшості випадків для виводу на принтер тексту з виконуваної програми простіше скористатися функціями DOS. Проте в деяких спеціальних випадках доводиться вдаватися і до програмування через порти, наприклад, якщо принтер використовується в нестандартному режимі, або паралельний інтерфейс служить для зв'язку з нестандартним пристроєм.
У приведеному прикладі передбачається, що принтер вибраний і встановлений в початковий робочий стан, що зазвичай виконується автоматично при його включенні. Свідоцтвом цього будуть встановлені біти 2 і 3 (SLCT IN і INIT) в порту управління, а також битий 4 (SLCT) в порту стану. У програмі не виконується аналіз байта стану на наявність помилки або кінця паперу, що при роботі з принтером, взагалі кажучи, слід передбачати.
Третій метод програмування периферійного пристрою - режим переривань - розглянемо на прикладі обробки переривання від миші. Як відомо, миша зазвичай підключається до першого послідовного порту Сом1 і працює в режимі переривань. Натиснення або відпуск будь-якої клавіші, так само, як навіть мінімальне переміщення по столу, виробляє сигнали переривань, що супроводжуються певними кодами, які поступають в порт даних інтерфейсу. Написавши власний обробник переривань для послідовного порту, ми дістанемо можливість виконувати задані дії, наприклад, при натисненні лівої і правої клавіш миші. Слід підкреслити, що ці дії почнуть виконуватися практично в той же момент, коли ми натиснули на клавішу. У приведеній нижче програмі при натисненні лівої клавіші в центр екрану виводиться кольоровий напис "Лівий!", а при натисненні правої клавіші - напис "Правий" іншого кольору.
Для того, щоб приведена програма працювала, слід завантажити драйвер миші, який ініціалізував послідовний інтерфейс і саму мишу. До складу цього драйвера входить свій обробник переривань. Ми заміщаємо його адресу у векторі 0ch адресою нашого обробника, і оскільки в програмі не передбачено зчеплення обробників, на час дії програми стандартна обробка переривань від миші відключається. Перед завершенням програми вміст вектора 0сh відновлюється, і миша знову починає працювати, як завжди.
Кожне натиснення (або відпуск) клавіші миші, так само, як і її переміщення, насправді виробляють не поодинці, а по три послідовні переривання з різними кодами в порту даних інтерфейсу. Так, натиснення лівої клавіші миші дає послідовність код 60h, 0, 0, натиснення правої клавіші - послідовність 50h, 0, 0, відпуск будь-якої клавіші - 40h, 0, 0, переміщення вгору - 4ch, 0, 3fh, переміщення вниз - 40h, 0, 1 і так далі Таким чином, по-справжньому треба було зберігати в обробнику переривань всі три коди і потім аналізувати всю послідовність. Ми для простоти обмежилися аналізом тільки першої коди. Як видно з приведеного вище переліку, аналіз однієї коди не дає можливість відрізнити, наприклад, відпуск клавіші від переміщення вниз.
Коди, що генеруються мишею, можуть залежати від її типу, що треба враховувати при підготовці цього прикладу. Для набуття значень код, що генеруються, можна передбачити в обробнику переривань вивід їх на екран за допомогою функції переривання 10h BIOS, як це було зроблено, наприклад, в прикладі 3-5, або прямим виводом у відеобуфер. Слід тільки мати на увазі, що перехоплення будь-якого переривання від послідовного інтерфейсу повинне обов'язково супроводитися читанням з його порту даних, оскільки інтерфейс може прийняти черговий байт даних тільки після читання попереднього і звільнення свого регістра даних.

Приклад 3-12. Програмування миші в режимі переривань

Приведений приклад з погляду його структури побудований звичайним способом. Початковий вміст вектора 0ch зберігається в осередку old_0c і використовується перед завершенням програми для відновлення вектора. Для спрощення установки обробника переривань програма написана без сегменту даних; її небагато даних розміщено в сегменті команд. Оскільки на початку програми регістр DS настроюється на сегмент команд, адресація до даних (у основній програмі) можлива через DS. Для того, щоб можна було спостерігати обробку переривань від миші, основна програма після виконання дій, що ініціалізували, зупиняється за допомогою функції 01h DOS очікування введення символу з клавіатури. Після натиснення будь-якої клавіші програма завершується, відновивши заздалегідь початковий стан вектора послідовного порту.
Дії, які повинні ініціюватися натисненням лівої або правої клавіш миші (наприклад, включення або виключення деякого устаткування), в програмі замінені виводом на екран коротких діагностичних повідомлень. Вивід здійснюється прямим записом у відеобуфер, оскільки, як вже мовилося раніше, в обробнику апаратних переривань не можна використовувати функції DOS і ризиковано - функції BIOS. Вивід на екран за допомогою команд обробки рядків lodsb і stosw вимагає налаштування великої кількості регістрів - в Ds:si повинна знаходитися адреса рядка-джерела, в Es:di адреса позиції у відеобуфері, в СХ число символів, що виводяться. Окрім цього, в обробнику переривань використовуються регістри АХ, ВХ і DX. Для збереження всіх регістрів загального призначення використовується команда pusha, а для їх відновлення команда рора. Проте ці команди не враховують сегментні регістри, і їх доводиться зберігати і відновлювати від діловими командами.
З відновленням регістрів може виникнути деяка складність. Обробник переривання повинен завершуватися посилкою в контроллер переривань команди EOI, а для цього необхідний регістр AL. Тому відновлення регістрів, в усякому разі, регістра АХ, необхідно виконувати після команди EOI. З іншого боку, команда EOI розблоковує рівні переривань, що пролягають нижче, в контроллері переривань (див. гл. 3), що може привести до проходження через контроллер чергового (вкладеного в наше) переривання, яке перерве наш обробник в крапці, де ще не відновлені регістри. Це неминуче приведе до краху системи. Проте в процесорі передбачені заходи усунення цього неприємного явища. Зупинимося на них детальніше.
Процесор, прийнявши будь-який сигнал переривання, скидає прапор IF в своєму регістрі прапорів, забороняючи тим самим всі апаратні переривання. Тому вхід в обробник переривань завжди здійснюється при заборонених перериваннях. Блокування рівнів, що пролягають нижче, в контроллері переривань просто накладається на цю загальну заборону і нових обмежень не вносить.
Якщо в тексті обробнику переривань немає команди дозволу переривань sti, то переривання будуть заборонені до самого його кінця, до завершуючої команди iret. Ця команда витягує із стека і відновлює початковий вміст регістрів Cs:ip, а також регістра прапорів. У момент переривання в регістрі прапорів був безумовно встановлений прапор IF, інакше переривання не могло б виникнути. Відновлення регістра прапорів приводить до установки цього прапора і дозволу всіх апаратних переривань, але вже після завершення обробника переривань. Таким чином, зняття апаратного блокування переривань командою EOI насправді не приводить до дозволу переривань, і будь-які рядки, що стоять після цієї команди, виконуються при заборонених перериваннях. В результаті жодних проблем з відновленням регістрів після команди EOI не виникає.
Зазвичай, проте, використовується інший варіант побудови обробника переривань. У цьому варіанті на початку програми обробника виконується команда sti, що встановлює прапор IF і що вирішує всі апаратні переривання, окрім тих, які заблоковані в контроллері переривань. В результаті програма обробника може бути перервана будь-яким перериванням більш високого рівня IRQ (тобто рівня з меншим номером), але не уривається сигналами переривань цього ж і нижчих рівнів. Така побудова обробників переривань зручна тим, що "важливіші" переривання, наприклад, від таймера або клавіатури, можуть бути оброблені без затримки. Для того, щоб виключити можливі неприємності з відновленням регістра АХ після команди EOI, перед нею переривання забороняються командою cli і структура обробника переривань набуває приблизно такого вигляду:

Команди рора і iret виконуються в цьому випадку при заборонених перериваннях, але після відробітку команди iret в регістрі прапорів відновлюється його початковий вміст (у якому IF = 1), і переривання, таким чином, знову вирішуються.