重慶科創(chuàng)職業(yè)學院-DMA技術(shù)與DMA控制器

1、第第11章章 DMA技術(shù)與技術(shù)與DMA控制器控制器 11.1 DMA技術(shù)概述技術(shù)概述 11.2 可編程可編程DMA控制器控制器8237A 11.3 DMA技術(shù)在微機系統(tǒng)中的應用技術(shù)在微機系統(tǒng)中的應用 直接存儲器存取直接存儲器存取11.1 DMA技術(shù)概述技術(shù)概述 n1 1、DMA DMA 傳送方式的實現(xiàn)方法：傳送方式的實現(xiàn)方法：n由專用接口芯片DMA控制器 (簡稱DMAC) 控制傳送過程；n當外設需傳送數(shù)據(jù)時，通過 DMAC向CPU發(fā)出總線請求；nCPU發(fā)出總線響應信號，釋放總線；nDMAC接管總線，控制外設、內(nèi)存之間進行直接數(shù)據(jù)傳送。nDMAC撤消總線請求；nCPU撤消總線響應，并重新接管總線

2、。DMA技術(shù)概述技術(shù)概述2 2、DMADMA傳送方式的特點傳送方式的特點外設和內(nèi)存之間，直接進行數(shù)據(jù)傳送，不通過CPU, 傳送效率高。適用于在內(nèi)存與高速外設、內(nèi)存兩個區(qū)域之間，或兩個高速外設之間進行大批量數(shù)據(jù)傳送。電路結(jié)構(gòu)復雜，硬件開銷較大DMA 傳送過程示意圖傳送過程示意圖總線總線響應響應總線總線請求請求CPUDMAC內(nèi)內(nèi) 存存外外 設設DMA請求請求DREQDMA響應響應DACK總線總線11.1.1 DMAC的基本功能的基本功能 接收接口往DMA控制器發(fā)出DMA請求信號后，DMA控制器能向CPU發(fā)出總線請求信號HOLD(高電平)。 當CPU向DMA發(fā)出響應信號HLDA(高電平)以后，DMA

3、能接管對總線的控制，進入DMA方式。 能向地址總線發(fā)出內(nèi)存地址信息，對其進行尋址及修改地址指針。DMAC的基本功能的基本功能 能向存儲器或I/O接口發(fā)相應的讀寫控制信號。 能決定傳送字節(jié)數(shù)，并判斷DMA傳送是否結(jié)束。 DMA過程結(jié)束，能向CPU發(fā)出DMA結(jié)束信號，HOLD變低,將總線控制權(quán)還給CPU，CPU恢復正常工作。11.1.2 DMAC的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu) 圖圖9.1 9.1 單通道單通道DMACDMAC的一般結(jié)構(gòu)及其與的一般結(jié)構(gòu)及其與I/OI/O接口的連接接口的連接地址總線地址譯碼器DMADMA控制器控制器計數(shù)結(jié)束信號 (可作為中斷請求信號)字節(jié)計數(shù)寄存器地址寄存器狀態(tài)寄存器控制寄存器

4、總線回答總線請求控制總線數(shù)據(jù)總線外設DMA請求DMA響應中斷請求數(shù)據(jù)輸出寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器狀態(tài)寄存器控制寄存器I/O接口控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線11.1.3 DMAC的工作方式的工作方式 1、單字節(jié)傳輸方式單字節(jié)傳輸方式 ：在單字節(jié)傳輸方式下，DMA控制器每次請求總線只傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，傳送完后即釋放總線控制權(quán)。 2、塊傳輸方式（也稱組傳輸方式）、塊傳輸方式（也稱組傳輸方式）：塊傳輸方式是指DMA控制器每次請求總線連續(xù)傳送一個數(shù)據(jù)塊，待整個數(shù)據(jù)塊全部傳送完成后再釋放總線控制權(quán)。n3、請求傳輸方式：請求傳輸方式：此方式與塊傳輸方式基本類似，不同的是每傳輸完一個字節(jié)，DMA控制器都要檢測由I/O

5、接口發(fā)來的DMA請求信號是否仍然有效，如果該信號仍有效，則繼續(xù)進行DMA傳輸；否則，就暫停傳輸，交還總線控制權(quán)給CPU，直至DMA請求信號再次變?yōu)橛行В瑪?shù)據(jù)塊傳輸則從剛才暫停的那一點繼續(xù)進行下去。11.1.4 DMA操作過程操作過程 （以輸入數(shù)據(jù)塊為例）（以輸入數(shù)據(jù)塊為例） n若從外設往內(nèi)存輸入一個數(shù)據(jù)塊（輸入過程），在若從外設往內(nèi)存輸入一個數(shù)據(jù)塊（輸入過程），在單字節(jié)傳輸方式下，主要工作過程為：單字節(jié)傳輸方式下，主要工作過程為：n 從I/O接口向DMA控制器發(fā)送DMA請求信號；n DMA控制器向CPU發(fā)總線請求信號，當?shù)玫紺PU送來的總線允許信號后，DMA控制器獲得總線控制權(quán)；n DMA控制

6、器將其地址寄存器的內(nèi)容送到地址總線上；n DMA控制器往I/O接口發(fā)送DMA響應信號，并接著發(fā)出I/O接口的讀信號，使I/O接口把數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上；DMA操作過程操作過程n DMA控制器發(fā)出端口讀信號和存儲器寫信號，使數(shù)據(jù)傳送到由地址總線的地址所指向的內(nèi)存單元；n 地址寄存器加1；n 字節(jié)計數(shù)器減1；n 如果字節(jié)計數(shù)寄存器的值不為零，則返回第步，否則進入第步；n DMA控制器釋放總線； 內(nèi)存把數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線內(nèi)存8086和總線控制邏輯HOLDHLDA發(fā)送總線請求控制總線總線允許地址總線數(shù)據(jù)總線接口 DMA控制器接口準備就緒,發(fā)送DMA請求發(fā)端口讀和內(nèi)存寫信號I/O設備DMA請求得到確認3251

7、6489DMA控制器把地址送地址總線撤消總線請求8086收回總線控制權(quán)7圖圖11.2 以以DMA方式輸出一個字節(jié)數(shù)據(jù)的工作過程方式輸出一個字節(jié)數(shù)據(jù)的工作過程 DMADMA控制器控制器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)端口端口狀態(tài)狀態(tài)/ /控制控制端口端口地址寄存器地址寄存器計數(shù)器計數(shù)器控制控制/ /狀態(tài)狀態(tài)寄存器寄存器C CP PU U存存儲儲器器HOLDHOLDHLDAHLDA數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖寄存器寄存器DMADMA請求請求觸發(fā)器觸發(fā)器輸入設備輸入設備DMADMA請求請求DMADMA響應響應ReadyReadyDMADMA控制器工作原理圖控制器工作原理圖1 111.2 可編程可編程DMA控制器控制器8237A n11

8、.2.1 8237A的主要特性的主要特性 n1具有四個獨立的DMA通道，每個通道都具有64K的存貯器尋址能力，即一次傳送的最大長度為64K字節(jié)。n2可實現(xiàn)內(nèi)存與外設之間的高速大批量數(shù)據(jù)傳送 ，也可實現(xiàn)內(nèi)存兩個不同區(qū)域之間的高速數(shù)據(jù)傳送。n3每個通道的DMA請求均可分別允許或禁止，且四個通道的DMA請求的優(yōu)先權(quán)可由軟件設置為固定的或旋轉(zhuǎn)的。 8237A的主要特性的主要特性n4具有單字節(jié)傳送、數(shù)據(jù)塊傳送、請求傳送和級聯(lián)傳送四種工作方式。n5可用級聯(lián)方式擴展DMA通道數(shù)目。n6DMA傳送結(jié)束信號可由內(nèi)部計數(shù)產(chǎn)生，也可由外部輸入提供。n7單一的+5V電源，40個引腳雙列直插式封裝。n8采用5MHz時鐘

9、，傳送速率可達1.6M字節(jié)/秒。n98237可以級連，任意擴展通道數(shù)。 11.2.2 8237A的工作原理的工作原理 n18237A的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu) n編程結(jié)構(gòu)見下頁圖n內(nèi)部有大量寄存器，內(nèi)部寄存器的功能、端口地址等信息 參見表11.1.I O / M地 址譯 碼 器A1 5A8A7A0接 數(shù) 據(jù)總 線A3A0A7A4C SD B7D B0A D S T B鎖 存 器S T BE NA E N使 C P U 的 地 址 鎖 存 器 無 效時 鐘H L D AH O L DC L KH L D AH R Q地電 源控 制 寄 存 器狀 態(tài) 寄 存 器請 求 觸 發(fā) 器屏 蔽 觸 發(fā) 器模 式

10、 寄 存 器當 前 地 址 寄 存 器基 地 址 寄 存 器當 前 字 節(jié) 計 數(shù) 器基 本 字 節(jié) 寄 存 器暫 存 器通 道 0通 道 1通 道 2通 道 3I O RM E M RI O WM E M WR E A D YR E S E TD R E Q0D A C K0D R E Q1D A C K1D R E Q2D A C K2D R E Q3D A C K3E O P+ 5 V圖圖11.3 8237 A的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu) 82C37A內(nèi)部邏輯框圖內(nèi)部邏輯框圖寄存器名稱 功能 位數(shù) 數(shù)量 所屬 CPU 訪 問方式 端口地址低 4 位 控制寄存器 存放命令字 8 1 四通道共用 只

11、寫 1000 狀態(tài)寄存器 存放狀態(tài)字 8 1 四通道共用 只讀 1000 工作模式寄存器 存放模式字 8 4 每通道一個 只寫 1011 基地址寄存器 存放存貯器起始地址 16 4 每通道一個 只寫 00000111 中的偶地址 當前地址寄存器 存放存貯器當前地址 16 4 每通道一個 可讀/寫 00000111 中的偶地址 基字節(jié)數(shù)計數(shù)器 存放傳送字節(jié)總數(shù) 16 4 每通道一個 只寫 00000111 中的奇地址 當前字節(jié)計數(shù)器 存放尚未傳送的字節(jié)總數(shù) 16 4 每通道一個 可讀/寫 00000111 中的偶地址 請求觸發(fā)器 設置 DMA 請求標志 1 4 每通道一個 只寫 1001 屏蔽觸

12、發(fā)器 設置通道屏蔽標志 1 4 每通道一個 只寫 1010 或 1111 暫存寄存器 用于兩存貯區(qū)之間的傳送 8 1 四通道共用 只讀 1101 表表11.1 8237A內(nèi)部寄存器的功能、端口地址等信息內(nèi)部寄存器的功能、端口地址等信息 幾點說明：幾點說明：n請求觸發(fā)器每通道一位，四個通道的請求觸發(fā)器占用同一個端口地址，實際上構(gòu)成一個4位的寄存器，屏蔽觸發(fā)器也是一樣。n控制寄存器和狀態(tài)寄存器共用一個端口地址，一個為只讀，一個為只寫。 n寫屏蔽字時有兩種方式：某一通道的屏蔽字，應寫到1010端口； 四個通道屏蔽字，則寫入1111端口。幾點說明：幾點說明：n各通道的基地址寄存器和當前地址寄存器的端口

13、地址低四位是：0000 0通道0010 1通道0100 2通道0110 3通道n各通道的基字節(jié)數(shù)寄存器和當前字節(jié)計數(shù)器的端口地址低四位是：0001 0通道0011 1通道0101 2通道0111 3通道 幾點說明：幾點說明：n8237A內(nèi)有一個先先/后觸發(fā)器后觸發(fā)器，占1位，當其為0時對16位寄存器的低8位進行讀/寫操作，當其為1時，則對高8位進行讀/寫操作，且每讀或?qū)懸淮?，?后觸發(fā)器的狀態(tài)就自動翻轉(zhuǎn)一次。 8237A復位后，先/后觸發(fā)器為0n8237A除可用RESET=1信號進行硬件控制的復位外，還可以用主清除命令進行軟件控制的復位。軟件復位是通過對1101端口端口進行寫操作實現(xiàn)的。 82

14、37A的工作原理的工作原理n28237A的總線模式的總線模式 主模式（主動態(tài)）主模式（主動態(tài)）：在DMA操作其間，8237A就處于主模式，這時它管理系統(tǒng)總線，發(fā)出地址和有關(guān)控制信號使數(shù)據(jù)在內(nèi)存和外設端口之間或內(nèi)存兩個不同區(qū)域之間傳遞。 從模式（被動態(tài)）從模式（被動態(tài)）：所謂從模式是指在沒有進行DMA操作時，8237A象其他接口芯片一樣，可被CPU訪問。即向其有關(guān)內(nèi)部寄存器寫入工作方式控制字，傳送地址及字節(jié)數(shù)等，也可讀取其狀態(tài)信息；D R E Q0D R E Q1D R E Q2D A C K34 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 4

15、2 32 22 12 01 91 81 71 61 51 41 31 21 11 09876543218 2 3 7 /8 2 3 7 - 2( N O T E 1 1 )R E A D YH L D AA D S T BA E NE O PD B4A3A2A1A0VC C( + 5 V )D B0D B1D B2D B3H R QC SC L KR E S E TD A C K2D R E Q3D A C K0D A C K1D B5D B6D B7( G N D ) VC CA4A5A6A7M E M WM E M RI O WI O Rn38237A的的外部引腳外部引腳 圖圖11.4 8

16、237A的引腳配置的引腳配置 11.2.3 8237A的編程的編程 n1命令字與狀態(tài)字命令字與狀態(tài)字 n模式寄存器 每個通道有一個8位的模式寄存器，用以規(guī)定通道的工作模式。但編程寫入的模式控制字仍是8位，其最低兩位用來指定寫入的通道號。 模式字的格式如圖11.5所示。 D7D6D5D4D3D1D0D200請求傳送方式01單字節(jié)傳送方式10塊傳送方式11聯(lián)級方式0地址增11地址減10禁止自動初始化1允許自動初始化00選擇通道001選擇通道110選擇通道211選擇通道300校驗傳送01寫傳送(I/O內(nèi)存)10讀傳送(內(nèi)存I/O)11非法圖圖11.5 11.5 8237A8237A的模式字格式的模式

17、字格式 8237A的編程的編程n命令寄存器 命令寄存器是四個通道公用的一個8位寄存器，用以控制整個8237A的操作。即一片8237A只有一個命令寄存器，其內(nèi)容對四個通道都有效。 命令字的格式如圖11.6所示。 D7D6D5D4D3D1D0D20 DACK低電平有效1 DACK高電平有效0 DREQ高電平有效1 DREQ低電平有效0 正常寫1 擴展寫0 固定優(yōu)先級1 循環(huán)優(yōu)先級0 禁止存儲器到存儲器傳送1 允許存儲器到存儲器傳送0 禁止通道0地址保持1 允許通道0地址保持 若D0=00 控制器允許1 控制器禁止0 普通時序1 壓縮時序 若D0=1若D3=1圖圖11.6 8237A的命令字格式的命

18、令字格式 8237A的編程的編程n請求寄存器 n8237A的每個通道除了可以響應硬件的DMA請求信號DREQ外，當其工作在塊傳送方式時也可以響應由軟件發(fā)出的DMA請求。n軟件的DMA請求是通過使相應通道的“請求位”置位來實現(xiàn)的，它等效于外部產(chǎn)生一個有效的DREQ信號。n8237A每一個通道有一位“請求位”，四個通道的請求位構(gòu)成一個4位的請求寄存器。 請求寄存器的命令字（請求命令字）格式如圖11.8所示。 D7D6D5D4D3D1D0D200選擇通道001選擇通道110選擇通道211選擇通道30清除請求1設置請求無關(guān)圖圖11.8 11.8 8237A8237A的請求寄存器的命令字格式的請求寄存器

19、的命令字格式 8237A的編程的編程n屏蔽寄存器 n8237A每個通道有一位“屏蔽位”，當其通道的“屏蔽位”置1時，則外部對應的DREQ信號被屏蔽，不予響應，從而禁止了該通道的DMA操作。n四個通道的“屏蔽位”構(gòu)成一個4位的屏蔽寄存器。n有兩種屏蔽命令字格式，n單獨對某一個通道的屏蔽位進行置位或復位，如圖11.9（a）所示；n另一種是可以同時設定四個通道的屏蔽位，也稱綜合屏蔽命令字，如圖11.9(b)所示。 圖圖11.9 8237A11.9 8237A屏蔽字的兩種格式屏蔽字的兩種格式 D7D6D5D4D3D1D0D20 0 選 擇 通 道 00 1 選 擇 通 道 11 0 選 擇 通 道 2

20、1 1 選 擇 通 道 30 清 除 屏 蔽 位1 置 位 屏 蔽 位無 關(guān)D7D6D5D4D3D1D0D2無 關(guān)( a )0 清 除 通 道 0 屏 蔽 位1 置 位 通 道 0 屏 蔽 位0 清 除 通 道 1 屏 蔽 位1 置 位 通 道 1 屏 蔽 位0 清 除 通 道 2 屏 蔽 位1 置 位 通 道 2 屏 蔽 位0 清 除 通 道 3 屏 蔽 位1 置 位 通 道 3 屏 蔽 位( b )（a）單通道屏蔽字格式）單通道屏蔽字格式（b）四通道屏蔽字格式）四通道屏蔽字格式8237A的編程的編程n狀態(tài)寄存器 8237A有一個可由CPU讀取的狀態(tài)寄存器，如圖11.10所示。 D7D6D5

21、D4D3D1D0D21 通道3 有請求1 通道2 有請求1 通道1 有請求1 通道0 有請求1 通道0 傳輸結(jié)束1 通道1 傳輸結(jié)束1 通道2 傳輸結(jié)束1 通道3 傳輸結(jié)束圖圖11.10 8237A11.10 8237A的狀態(tài)寄存器格式的狀態(tài)寄存器格式 28237A編程步驟：編程步驟：n8237A的編程通?？砂慈缦虏襟E進行。的編程通?？砂慈缦虏襟E進行。n輸出主清除命令，使8237A進入初始狀態(tài)；n將DMA傳送的存貯器起始地址寫入基地址和當前地址寄存器；n將要傳送的字節(jié)數(shù)寫入基字節(jié)寄存器和當前字節(jié)計數(shù)器；n寫模式寄存器，規(guī)定8237A的工作方式等；n寫命令寄存器，規(guī)定各通道優(yōu)先級及DREQ、DA

22、CK的有效電平等；n寫屏蔽寄存器，規(guī)定開放和屏蔽的通道；n寫請求寄存器，發(fā)DMA請求命令。 8237A的編程的編程n38237A的編程舉例的編程舉例 n例：設某8088系統(tǒng)使用一片8237A，現(xiàn)欲將內(nèi)存地址為8000H開始的100個字節(jié)數(shù)據(jù)以DMA方式輸出到某外設，已知8237A的端口地址為20H2FH，并規(guī)定8237A通道1工作在方式2，硬件啟動。試編寫初始化程序段。 8237A的編程的編程n解：根據(jù)以上已知條件和要求，初始化程解：根據(jù)以上已知條件和要求，初始化程序段為：序段為：OUT 2DH，AL ；發(fā)主清除命令MOV AL，89H ； 選通道1，讀傳送，禁止自 動預置，方式2，地址遞增O

23、UT 2BH，ALMOV AL，80H ；寫命令字：普通時序，存儲器到外設傳送，固定優(yōu)先級OUT 28H，AL ；正常寫，DREQ、DACK高電平有效MOV AL，00H ；寫基地址和當前地址寄存器8237A的編程的編程OUT 22H，ALMOV AL，80HOUT 22H，ALMOV AL，64H ；寫基字節(jié)寄存器和當前字節(jié)計數(shù)器OUT 23H，ALMOV AL，0OUT 23H，ALMOV AL，00H ；清除所有通道屏蔽OUT 2FH，AL 11.2.4 8237A的工作方式的工作方式 nDMA傳送方式傳送方式 單字節(jié)傳送方式 數(shù)據(jù)塊傳送方式請求傳送方式 級連方式nDMA傳送類型傳送類型

24、 DMA讀 DMA寫 DMA檢驗n存儲器到存儲器的傳送存儲器到存儲器的傳送方式方式0 請求傳送方式請求傳送方式nDREQ信號有效就連續(xù)傳送數(shù)據(jù)nDREQ信號無效，DMA傳送被暫時中止，8237A釋放總線，CPU可繼續(xù)操作nDMA通道的地址和字節(jié)數(shù)的中間值仍被保持nDREQ信號再次有效，DMA傳送就繼續(xù)進行n如果字節(jié)數(shù)寄存器減到0，或者由外部送來一個有效的信號，將終止計數(shù)n特點：特點：nDMA操作可由外設利用DREQ信號控制傳送的過程方式方式1單字節(jié)傳送方式單字節(jié)傳送方式n每次DMA傳送時僅傳送一個字節(jié)n傳送一個字節(jié)之后，字節(jié)數(shù)寄存器減1，地址寄存器加1或減1，HRQ變?yōu)闊o效n8237A釋放系統(tǒng)

25、總線，將控制權(quán)還給CPUn特點：n一次傳送一個字節(jié)，效率略低nDMA傳送之間CPU有機會重新獲取總線控制權(quán)方式方式2 塊傳送方式塊傳送方式 n由DREQ啟動就連續(xù)地傳送數(shù)據(jù)，直到字節(jié)數(shù)寄存器減到0終止計數(shù)，或由外部輸入有效信號終結(jié)DMA傳送nDREQ只需維持有效到DACK有效n特點：特點：n一次請求傳送一個數(shù)據(jù)塊，效率高n整個DMA傳送期間CPU長時間無法控制總線（無法響應其他DMA請求、無法處理中斷等）方式方式3 級聯(lián)方式級聯(lián)方式n用于通過多個8237A級連以擴展通道n第二級的HRQ和HLDA信號連到第一級某個通道的DREQ和DACK上n第二級芯片的優(yōu)先權(quán)等級與所連通道的優(yōu)先權(quán)相對應n第一級只起優(yōu)先權(quán)網(wǎng)絡的作用，實際的操作由第二級芯片完成n還可由第二級擴展到第三級等圖圖11.11 8237A的級聯(lián)的級聯(lián) .8237HLDAHRQHLDAHRQ8237第二級第一級DACK3DREQ3DACK0DREQ0HLDAHRQHLDAHOLD微處理器DMA傳送類型傳送類型nDMA讀讀把數(shù)據(jù)由存儲器傳送到外設把數(shù)據(jù)由存儲器傳送到外設n由 有效從存儲器讀出數(shù)據(jù)，由 有效把這一數(shù)據(jù)寫入外設nDMA寫寫把外設輸入的數(shù)據(jù)寫入存儲器把外設輸入