📚 课程目录第2章实现串口接收中断

2. 实现串口接收中断

任务目标

在BIOS开发环境中，配置串口（COM1，I/O端口0x3F8）的接收中断，编写中断服务程序（ISR），实现从串口接收单个字符并将其回显（发送回同一串口）。本案例聚焦于8259A中断控制器与16550 UART的初始化及中断处理流程。

环境与依赖

处理器：x86（实模式）
中断控制器：8259A（主片基地址0x20）
串口芯片：16550 UART（COM1基地址0x3F8）
中断向量号：IRQ4对应中断向量0x0C（主片第4个中断请求）
汇编器：NASM（或兼容x86汇编器）
运行环境：模拟器（如QEMU）或真实硬件

实现原理

串口接收中断的完整链路为：UART收到字符后，其接收缓冲寄存器（RBR）有数据，触发中断请求；UART的中断输出引脚连接到8259A主片的IRQ4；8259A将IRQ4映射为中断向量0x0C并通知CPU；CPU响应中断后跳转到我们注册的ISR。ISR中需要读取RBR以清除中断状态，然后将该字符写入发送保持寄存器（THR）完成回显，最后向8259A发送EOI（End of Interrupt）命令。

完整代码

以下代码使用NASM语法，包含完整的初始化、ISR实现和主循环。代码可在实模式下直接运行，通过QEMU的-serial参数进行验证。

;--------------------------------------------------------
; 串口接收中断实现 - COM1 (0x3F8), IRQ4 → 向量 0x0C
; 功能：接收字符并回显
; 汇编：nasm -f bin uart_int.asm -o uart_int.bin
;--------------------------------------------------------
[org 0x7C00]
[bits 16]

; 初始化段寄存器
cli
xor ax, ax
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, 0x7C00

; 保存原中断向量
mov ax, [0x0C * 4]
mov [old_int_off], ax
mov ax, [0x0C * 4 + 2]
mov [old_int_seg], ax

; 设置新中断向量
mov word [0x0C * 4], uart_isr
mov word [0x0C * 4 + 2], cs

; 初始化8259A（主片）
mov al, 0x11          ; ICW1: 边沿触发，级联，需要ICW4
out 0x20, al
mov al, 0x08          ; ICW2: 中断向量基地址 0x08
out 0x21, al
mov al, 0x04          ; ICW3: 从片连接在IR2
out 0x21, al
mov al, 0x01          ; ICW4: 8086模式
out 0x21, al
mov al, 0xEF          ; OCW1: 只屏蔽IRQ4（清除bit4）
out 0x21, al

; 初始化UART (COM1)
mov dx, 0x3FB         ; LCR (Line Control Register)
mov al, 0x80          ; DLAB = 1
out dx, al
mov dx, 0x3F8         ; DLL (Divisor Latch Low)
mov al, 0x0C          ; 波特率 9600 (115200/9600=12)
out dx, al
mov dx, 0x3F9         ; DLM (Divisor Latch High)
mov al, 0x00
out dx, al
mov dx, 0x3FB         ; LCR
mov al, 0x03          ; 8位数据，无校验，1停止位，DLAB=0
out dx, al
mov dx, 0x3F9         ; IER (Interrupt Enable Register)
mov al, 0x01          ; 使能接收数据可用中断
out dx, al
mov dx, 0x3FC         ; MCR (Modem Control Register)
mov al, 0x0B          ; 启用OUT2（使中断输出到8259A）
out dx, al

sti                   ; 开中断

; 主循环
main_loop:
    hlt               ; 等待中断
    jmp main_loop

;--------------------------------------------------------
; 串口接收中断服务程序
;--------------------------------------------------------
uart_isr:
    push ax
    push dx

    mov dx, 0x3F8     ; RBR (Receiver Buffer Register)
    in al, dx         ; 读取接收字符（同时清除中断状态）
    mov dx, 0x3F8     ; THR (Transmitter Holding Register)
    out dx, al        ; 回显字符

    mov al, 0x20      ; EOI命令
    out 0x20, al      ; 发送到8259A主片

    pop dx
    pop ax
    iret

;--------------------------------------------------------
; 数据区
;--------------------------------------------------------
old_int_off: dw 0
old_int_seg: dw 0

times 510-($-$$) db 0
dw 0xAA55             ; 引导扇区标志

运行与验证

编译：nasm -f bin uart_int.asm -o uart_int.bin
运行（QEMU）：qemu-system-i386 -fda uart_int.bin -serial stdio
验证步骤：
- 在QEMU终端中直接输入字符（如字母A），该字符会通过串口发送到虚拟机。
- UART收到字符后触发IRQ4中断，ISR读取该字符并写回THR。
- 回显的字符会出现在QEMU终端中。若输入A后终端显示A，则功能正常。
通过条件：每个输入的字符都能立即在终端上显示出来，且系统不崩溃、不进入死循环。

关键说明

MCR的OUT2位（bit3）必须置1，否则UART的中断信号无法到达8259A，这是初学者最容易遗漏的步骤。
读取RBR会自动清除接收中断状态；若不清除，中断会反复触发。
8259A初始化后，OCW1写入0xEF表示只开放IRQ4（bit4=0），其他IRQ保持屏蔽。
本代码未处理串口发送中断和线路状态中断，仅聚焦于接收中断的最小闭环。