Intel 8259

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La programación de un procesador 8259 junto con MS-DOS y Windows ha introducido una serie de problemas confusos en aras de la retrocompatibilidad, que se remonta al IBM PC original de 1981.

1. Se espera que los controladores de dispositivos MS-DOS envíen una señal EOI genérica a los 8259 cuando finalicen el mantenimiento de su dispositivo. Esto impide el uso de cualquier otra señal EOI del 8259 y excluye la diferenciación entre las interrupciones de dispositivo redirigidas del 8259 maestro al 8259 esclavo.
2. El uso de IRQ2 e IRQ9 se originó con la introducción del procesador esclavo 8259 en el IBM PC/AT. La salida INT del esclavo 8259 se conecta a la IR2 del maestro. La línea IRQ2 del bus ISA, originalmente conectada a esta IR2, se redirigió a la IR1 del esclavo. De esta forma, la antigua línea IRQ2 ahora genera IRQ9 en la CPU. Para garantizar la compatibilidad con versiones anteriores de controladores de dispositivos DOS que aún utilizan IRQ2, la BIOS instala un controlador para IRQ9 que redirige las interrupciones al controlador IRQ2 original.

Para los compatibles con IBM PC , la BIOS asigna las solicitudes de interrupción del maestro 8259 (IRQ0–IRQ7) a las interrupciones INT 08–INT 0Fh. Cuando está presente, el esclavo 8259 del IBM PC/AT se asigna a las interrupciones INT 70–INT 77h. Esto se hizo a pesar de que los primeros 32 vectores de interrupción (INT 00–INT 1F) estaban reservados por el procesador para excepciones internas. Esto significaba que, en chips posteriores, los manejadores para los vectores de menor numeración necesitaban diferenciar entre tres causas:

1. Fallos, excepciones y trampas causadas incidentalmente.
2. Interrupciones causadas por IRQ o NMI, que potencialmente incluyen IRQ espurias.
3. Llamadas deliberadas desde software que ejecuta instrucciones INT, de punto de interrupción o CALL/JMP indirectas, como las que se utilizan para interactuar con la BIOS, el sistema operativo o los controladores de dispositivos.

Por este motivo, la mayoría de los sistemas operativos que no utilizan la BIOS configuran el/los controlador/es de interrupciones para evitar por completo el rango de vectores reservados. En modo protegido , el sistema operativo puede restringir el uso de instrucciones INT a vectores específicos (por ejemplo, Linux expone INT 80h para llamadas al sistema), y cualquier intento de usar un vector no permitido generará un fallo de protección.

Esto evita en parte la necesidad de determinar la causa en los manejadores de vectores de interrupción, aunque las interrupciones espurias y el uso compartido de IRQ aún pueden complicar las cosas. Afortunadamente, se puede consultar a la mayoría de los dispositivos periféricos sobre las IRQ pendientes, y si no se encuentra ninguna fuente, la interrupción se puede tratar como espuria o ignorar por completo.

Dado que la mayoría de los demás sistemas operativos permiten modificar las expectativas de los controladores de dispositivos , se pueden utilizar otros modos de funcionamiento del 8259, como Auto-EOI. Esto es especialmente importante para el hardware x86 moderno , donde el retardo del espacio de direcciones de E/S puede ser considerable al comunicarse con los 8259. Además, permite otras optimizaciones en la sincronización, como en secciones críticas, en un sistema multiprocesador x86 con 8259.

Dado que el bus ISA no admite interrupciones activadas por nivel , el modo activado por nivel no se puede utilizar para las interrupciones conectadas a dispositivos ISA. Esto significa que en los sistemas PC/XT, PC/AT y compatibles, el 8259 debe programarse para el modo activado por flanco . En los sistemas MCA, los dispositivos utilizan interrupciones activadas por nivel y el controlador de interrupciones está cableado para funcionar siempre en modo activado por nivel. En los sistemas EISA, PCI y posteriores, los registros de control de flanco/nivel (ELCR) controlan el modo por línea IRQ, lo que hace que el modo del 8259 sea irrelevante para dichos sistemas con buses ISA. El BIOS programa el ELCR al arrancar el sistema para un funcionamiento correcto.

Las ELCR se encuentran en las direcciones 0x4d0 y 0x4d1 del espacio de direcciones de E/S x86. Tienen un ancho de 8 bits, y cada bit corresponde a una IRQ de los microcontroladores 8259. Cuando un bit está activado, la IRQ se activa por nivel; de lo contrario, se activa por flanco.

El microcontrolador 8259 genera interrupciones espurias en respuesta a diversas condiciones.

La primera causa es que una línea IRQ se desactive antes de ser confirmada. Esto puede ocurrir debido al ruido en las líneas IRQ. En el modo activado por flanco, el ruido debe mantener la línea en estado bajo durante 100 ns. Cuando el ruido disminuye, una resistencia pull-up devuelve la línea IRQ a estado alto, generando así una interrupción falsa. En el modo activado por nivel, el ruido puede provocar un nivel de señal alto en la línea INTR del sistema. Si el sistema envía una solicitud de confirmación, el 8259 no tiene nada que resolver y, por lo tanto, envía una IRQ7 en respuesta. Este primer caso generará IRQ7 espurias.

Un caso similar puede ocurrir cuando la activación de la señal 8259 y la desactivación de la entrada IRQ no están correctamente sincronizadas. En muchos sistemas, la entrada IRQ se desactiva mediante una escritura de E/S, y el procesador no espera a que la escritura llegue al dispositivo de E/S. Si el procesador continúa y activa la IRQ 8259 antes de que se desactive la entrada IRQ, la 8259 volverá a activar INTR. Para cuando el procesador reconoce esta INTR y emite una confirmación para leer la IRQ de la 8259, la entrada IRQ puede estar desactivada, y la 8259 devuelve una IRQ7 errónea.

La segunda posibilidad es que la IRQ2 del maestro 8259 esté activa en alto cuando las líneas IRQ del esclavo 8259 están inactivas en el flanco descendente de una confirmación de interrupción. Este segundo caso generará IRQ15 falsas, pero es poco frecuente.