インテル 8259

Intel 8259 は、Intel 8085および8086マイクロプロセッサ用に設計されたプログラマブル割り込みコントローラ(PIC)です。最初の部品は 8259 で、後に A サフィックスが付いたバージョンは上位互換性があり、8086 または8088プロセッサで使用できるようになりました。8259 は、複数の割り込み入力ソースをホスト マイクロプロセッサへの単一の割り込み出力に結合し、システムで使用可能な割り込みレベルをプロセッサ チップ上の 1 つまたは 2 つのレベルを超えて拡張します。8259A は、オリジナルのIBM PCおよびIBM PC ATのISA バス用の割り込みコントローラでした。

8259 は 1976 年に Intel のMCS 85ファミリーの一部として導入されました。8259Aは 1981 年に導入された最初の PC に含まれ、 1983 年に導入されたPC/XTによって維持されました。2 番目の 8259A はPC/ATの導入とともに追加されました。8259 は対称型マルチプロセッサPCに導入されて以来、Intel APIC アーキテクチャと共存してきました。最近の PC では、8259A を段階的に廃止し、Intel APIC アーキテクチャを採用し始めています。ただし、もはや独立したチップではありませんが、8259A インターフェイスは、最新のx86マザーボードのプラットフォーム コントローラ ハブまたはサウスブリッジによって引き続き提供されています。^[1]

8259 の主な信号ピンは次のとおりです: IRQ0 から IRQ7 という 8 つの割り込み要求入力ライン、INTR という割り込み要求出力ライン、INTA という割り込み確認ライン、割り込みレベルまたはベクター オフセットを通信するための D0 から D7。その他の接続には、8259 間のカスケード接続用の CAS0 から CAS2 があります。

最大 8 台のスレーブ8259 をマスター8259にカスケード接続して、最大 64 個の IRQ を提供できます。8259 は、1 台のスレーブ8259 の INT ラインを 1 台のマスター8259の IRQ ラインに接続することによってカスケード接続されます。

割り込み終了(EOI) 操作は、特定の EOI、非特定の EOI、および自動 EOI をサポートします。特定の EOI は、ISR で確認する IRQ レベルを指定します。非特定の EOI は、ISR の IRQ レベルをリセットします。自動 EOI は、割り込みが確認された直後に ISR の IRQ レベルをリセットします。

8259A では、エッジおよびレベル割り込みトリガー モードがサポートされています。固定優先度モードとローテーション優先度モードがサポートされています。

8259 は、8080/8085 または 8086/8088 で動作するように構成できます。8086/8088 では、割り込みが発生すると、割り込みコントローラがデータ バスに割り込み番号を提供します。8080/8085 の割り込みサイクルでは、データ バスに 3 バイトが発行されます (8080/8085 命令セットの CALL 命令に対応)。

8259A は、8259 と比較して追加機能 (特にバッファ モードとレベル トリガー モード) を提供し、8259 との上位互換性があります。

8259 をDOSおよびMicrosoft Windowsと組み合わせてプログラミングすると、下位互換性のために多くの混乱を招く問題が発生します。これは、1981 年に導入されたオリジナルの PC にまで遡ります。

最初の問題は、多かれ少なかれ 2 番目の問題の根本です。DOS デバイス ドライバーは、デバイスの処理を終えると、8259 に非特定の EOI を送信することが求められます。これにより、DOS で 8259 の他の EOI モードを使用できなくなり、マスター 8259 からスレーブ 8259 に再ルーティングされたデバイス割り込み間の区別ができなくなります。

2 番目の問題は、PC/AT にスレーブ 8259 が導入されたことによる IRQ2 と IRQ9 の使用に関するものです。スレーブ 8259 の INT 出力は、マスターの IR2 に接続されます。元々この IR2 に接続されていた ISA バスの IRQ2 ラインは、スレーブの IR1 に再ルーティングされました。そのため、古い IRQ2 ラインは CPU で IRQ9 を生成するようになりました。IRQ2 用に設定されている DOS デバイス ドライバーとの下位互換性を保つために、割り込みを元の IRQ2 ハンドラーにリダイレクトするハンドラーが BIOS によって IRQ9 用にインストールされます。

PC では、BIOS (および DOS も) は伝統的に、マスター 8259 割り込み要求 (IRQ0-IRQ7) を割り込みベクター オフセット 8 (INT08-INT0F) にマッピングし、スレーブ 8259 (PC/AT 以降) 割り込み要求 (IRQ8-IRQ15) を割り込みベクター オフセット 112 (INT70-INT77) にマッピングします。これは、最初の 32 (INT00-INT1F) の割り込みベクターがプロセッサによって内部例外用に予約されているにもかかわらず行われました (何らかの理由で、PC の設計ではこれが無視されました)。例外用に予約されたベクターがあるため、他のほとんどのオペレーティング システムでは (少なくともマスターでは) 8259 IRQ (プラットフォームで使用されている場合) を別の割り込みベクター ベース オフセットにマッピングします。

他のほとんどのオペレーティング システムではデバイス ドライバーの期待値の変更が許可されているため、Auto-EOI などの他の 8259 操作モードを使用できます。これは、8259 との通信時に I/O アドレス空間の遅延にかなりの時間がかかる可能性がある最新のx86ハードウェアでは特に重要です。これにより、8259 を備えたマルチプロセッサ x86 システムで、クリティカル セクションなどの同期に関する他の多くの最適化も可能になります。

ISA バスはレベル トリガー割り込みをサポートしていないため、レベル トリガー モードは ISA デバイスに接続された割り込みには使用できません。つまり、PC/XT、PC/AT、および互換システムでは、8259 をエッジ トリガーモードにプログラムする必要があります。MCA システムでは、デバイスはレベル トリガー割り込みを使用し、割り込み コントローラは常にレベル トリガー モードで動作するようにハードワイヤードされています。新しい EISA、PCI、およびそれ以降のシステムでは、エッジ/レベル コントロール レジスタ (ELCR) が IRQ ラインごとにモードを制御し、ISA バスを備えたこのようなシステムでは 8259 のモードは実質的に無関係になります。ELCR は、システム起動時に BIOS によってプログラムされ、正しく動作します。

ELCR は、x86 I/O アドレス空間の 0x4d0 と 0x4d1 にあります。これらは 8 ビット幅で、各ビットは 8259 からの IRQ に対応しています。ビットが設定されている場合、IRQ はレベル トリガー モードになります。それ以外の場合、IRQ はエッジ トリガー モードになります。

8259 は、さまざまな条件に応じて誤った割り込みを生成します。

1 つ目は、IRQ ラインが確認応答される前にデアサートされることです。これは、IRQ ラインのノイズが原因で発生することがあります。エッジ トリガー モードでは、ノイズによってラインが 100 ns の間ロー状態に維持される必要があります。ノイズが減少すると、プルアップ抵抗によってIRQ ラインがハイに復帰し、誤った割り込みが生成されます。レベル トリガー モードでは、ノイズによってシステムの INTR ラインにハイ信号レベルが発生する可能性があります。システムが確認応答要求を送信すると、8259 には解決するものがないため、応答として IRQ7 が送信されます。この最初のケースでは、誤った IRQ7 が生成されます。

8259 のマスク解除と IRQ 入力のデアサーションが適切に同期されていない場合にも、同様のケースが発生する可能性があります。多くのシステムでは、IRQ 入力は I/O 書き込みによってデアサートされ、プロセッサは書き込みが I/O デバイスに到達するまで待機しません。プロセッサが続行して 8259 IRQ のマスクを解除し、IRQ 入力がデアサートされる前に、8259 は INTR を再度アサートします。プロセッサがこの INTR を認識し、8259 から IRQ を読み取るための確認応答を発行するまでに、IRQ 入力がデアサートされ、8259 が誤った IRQ7 を返す可能性があります。

2 番目は、スレーブ 8259 の IRQ ラインが割り込み確認の立ち下がりエッジで非アクティブであるときに、マスター 8259 の IRQ2 がアクティブ ハイになることです。この 2 番目のケースでは、誤った IRQ15 が生成されますが、まれです。

PC/XT ISAシステムには 8259 コントローラが 1 つありましたが、PC/AT 以降のシステムにはマスターとスレーブの 2 つの 8259 コントローラがありました。IRQ0 から IRQ7 はマスター 8259 の割り込みラインであり、IRQ8 から IRQ15 はスレーブ 8259 の割り込みラインです。8259 のピンのラベルは IR0 から IR7 です。IRQ0 から IRQ15 は 8259 が接続されている ISA バスのラインの名前です。

• 高度なプログラマブル割り込みコントローラ(APIC)
• IF (x86 フラグ)
• 割り込みハンドラ
• 割り込み遅延
• マスク不可能割り込み(NMI)

• ギルウェ、フランク・ヴァン。『The Undocumented PC』。AW Developers Press、1997年。ISBN 0-201-47950-8 
• マクギバーン、ジョセフ。割り込み駆動型 PC システム設計。Annabooks、1998 年。ISBN 0-929392-50-7 
• IBM パーソナル システム/2 ハードウェア インターフェース テクニカル リファレンス - アーキテクチャー。IBM、1990 年。IBM 出版物 84F8933

• 8259A プログラマブル割り込みコントローラ