微機系統(tǒng)與接口課件：Ch5_5f第五章 數(shù)字量輸入輸出(5)

1、第五章 數(shù)字量輸入輸出(5)*概念：總線、接口電路、接口芯片、端口地址 *中斷及其處理 中斷控制器8259 *定時器/計數(shù)器 *并行/串行I/O DMA電路與應(yīng)用1并行通信回顧1、數(shù)據(jù)的各位同時在多根并行傳輸線上進行傳輸。 多根數(shù)據(jù)線距離短、線路費用高 （空間時間）2、并行通信適于短距離、高速通信；長距離通信 串行通信2串行通信基礎(chǔ)串行通信：將數(shù)據(jù)分解成二進制位用一條信號線，一位一位順序傳送的方式串行通信的優(yōu)勢：用于通信的線路少，因而在遠距離通信時可以極大地降低成本串行通信適合于遠距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳送PC系列機上鍵盤、鼠標(biāo)器與主機間采用串行數(shù)據(jù)傳送31. 異步通信

2、串行通信時的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息都使用同一根信號線傳送收發(fā)雙方必須遵守共同的通信協(xié)議（通信規(guī)程），才能解決傳送速率、信息格式、位同步、字符同步、數(shù)據(jù)校驗等問題串行異步通信以字符為單位進行傳輸，其通信協(xié)議是起止式異步通信協(xié)議4起止式異步通信協(xié)議起始位每個字符開始傳送的標(biāo)志，起始位采用邏輯0電平起始位校驗位停止位空閑位數(shù)據(jù)位低位高位字符0/10/10/10/110111數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由58個二進制位組成，低位先傳送校驗位用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位表示該字符傳送結(jié)束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位空閑位傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒

3、有進行傳送5數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率也稱比特率（Bit Rate）每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)bps字符中每個二進制位持續(xù)的時間長度都一樣，為數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù)當(dāng)進行二進制數(shù)碼傳輸，且每位時間長度相等時，比特率還等于波特率（Baud Rate）過去，串行異步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率限制在50 bps到9600 bps之間?，F(xiàn)在，可以達到115200 bps或更高62. 同步通信以一個數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個數(shù)據(jù)塊附加1個或2個同步字符，最后以校驗字符結(jié)束同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中同步字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗字符73. 傳輸制式全雙工站A站B站A站B

4、站A站B半雙工單工示例84. 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制（Modulating）把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電話線路傳送的模擬信號解調(diào)（Demodulating）將電話線路的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)器MODEM具有調(diào)制和解調(diào)功能的器件合制在一個裝置9串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的通用標(biāo)準(zhǔn)串行接口1962年公布，1969年修訂1987年1月正式改名為EIA-232D設(shè)計目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（例如計算機）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（例如調(diào)制解調(diào)器）的標(biāo)準(zhǔn)接口可實現(xiàn)遠距離通信，也可近距離連接兩臺微機屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層：物理層1011異步串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)RS-42

5、2使用差分信號，傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺，允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-232使用非平衡參考地的信號。支持點對多的雙向通信。RS422通過兩對雙絞線可以全雙工工作收發(fā)互不影響RS-485增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器12RS-232C的引腳定義232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個25針連接器絕大

6、多數(shù)設(shè)備只使用其中9個信號，所以就有了9針連接器13RS-232引腳14RS-232C的引腳（1）TxD：發(fā)送數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端RxD：接收數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)的接收端15RS-232C的引腳（2）RTS：請求發(fā)送當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好送出數(shù)據(jù)時，就發(fā)出有效的RTS信號，用于通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)CTS：清除發(fā)送（允許發(fā)送）當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時，發(fā)出CTS有效信號來響應(yīng)RTS信號RTS和CTS是數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間一對用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡(luò)信號16RS-232C的引腳（3）DTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好通常當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備一加電，該信號就有效，表明數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備就緒DS

7、R：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好通常表示數(shù)據(jù)通信設(shè)備（即數(shù)據(jù)裝置）已接通電源連到通信線路上，并處在數(shù)據(jù)傳輸方式DTR和DSR也可用做數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)信號，例如應(yīng)答數(shù)據(jù)接收17RS-232C的引腳（4）GND：信號地為所有的信號提供一個公共的參考電平CD：載波檢測（DCD）當(dāng)本地調(diào)制解調(diào)器接收到來自對方的載波信號時，通知終端準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)的信號RI：振鈴指示當(dāng)調(diào)制解調(diào)器接收到對方的撥號信號期間，該引腳信號作為電話鈴響的指示、保持有效18RS-232C的引腳（5）保護地（機殼地）起屏蔽保護作用的接地端，一般應(yīng)參照設(shè)備的使用規(guī)定，連接到設(shè)備的外殼或大地TxC：發(fā)送器時鐘控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時

8、鐘信號RxC：接收器時鐘控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時鐘信號19RS-232C的連接微機利用232C接口連接調(diào)制解調(diào)器，用于實現(xiàn)通過電話線路的遠距離通信微機利用232C接口直接連接進行短距離通信。這種連接不使用調(diào)制解調(diào)器，所以被稱為零調(diào)制解調(diào)器（Null Modem）連接20連接調(diào)制解調(diào)器電話線MODEM微機2345678202223456782022MODEM23456782022數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR發(fā)送數(shù)據(jù)TxD接收數(shù)據(jù)RxD請求發(fā)送RTS允許發(fā)送CTS信號地GND載波檢測CD振鈴指示RI微機2345678202221不使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式微機TxDRxDGND微機

9、為了交換信息，TxD和RxD應(yīng)當(dāng)交叉連接程序中不必使RTS和DTR有效也不應(yīng)檢測CTS和DSR是否有效 22“偽”使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式RTS和CTS各自互接，DTR和DSR各自互接表明請求傳送總是允許、數(shù)據(jù)裝置總準(zhǔn)備好微機DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機23使用聯(lián)絡(luò)信號的多線相連方式通信比較可靠所用連線較多，不如前者經(jīng)濟微機DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND微機24RS-232C的電氣特性232C接口采用EIA電平高電平為3V25V 低電平為3V25V實際常用12V或15V標(biāo)準(zhǔn)TTL電平高電平：2.4V5V低電平：0V0.4V相互轉(zhuǎn)換252627RS-232接口電路

10、2829長線收發(fā)器Liner-Tranceiver30長線收發(fā)器Liner-Tranceiver31長線收發(fā)器Liner-Tranceiver32異步串行通信控制器（接口芯片：Ins8250， i8251）串行傳輸，需要并行到串行和串行到并行的轉(zhuǎn)換，并按照傳輸協(xié)議發(fā)送和接收每個字符（或數(shù)據(jù)塊）這些工作可由軟件實現(xiàn)，也可用硬件實現(xiàn)通用異步接收發(fā)送器UART是串行異步通信的接口電路芯片IBM PC/XT機的UART芯片是INS 8250338250的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8250實現(xiàn)了起止式串行異步通信協(xié)議，支持全雙工通信通信字符可選擇數(shù)據(jù)位為58位停止位1、1.5或2位可進行奇偶校驗具有奇偶、幀和溢出錯誤檢測

11、電路8250支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為509600bps34異步串行通信控制器接口芯片Ins82501M10M時鐘頻率PC/XT機: 外接1.8432MHZ(內(nèi)置波特率發(fā)生器，16分頻+內(nèi)分頻)波特率=1.8432MHz/除數(shù)寄存器值/16/DOSTR數(shù)據(jù)輸出選通=/IOW；/ADS:地址選通/DISTR 數(shù)據(jù)輸入選通，接/IORMT主復(fù)位信號35UART內(nèi)部結(jié)構(gòu)P289圖5.53RXDTXD接收時鐘 RxC發(fā)送時鐘 TxC溢出錯誤幀格式錯誤奇偶錯誤36Ins8250內(nèi)部結(jié)構(gòu)P289 Fig.5.53中斷UARTMODEM16X波特率串行輸出輸入1M10M(TTL)握手線37 DLAB Regist

12、er （PC COM1 ）A2 -A0000 0 3F8 寫發(fā)送寄存器讀接收寄存器 000 1 3F8 除（分頻系）數(shù)寄存器低字節(jié)001 1 3F9 除（分頻系）數(shù)寄存器高字節(jié)001 0 3F9 中斷允許R（1允許P293圖5.59）010 X 3FA 中斷識別R（P294圖5.60)011 * 3FB 通信線路控制R（ 除數(shù)標(biāo)志DLAB，字符格式）100 * 3FC MODEM控制R(自檢，RTS請求發(fā)送，DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好輸出)101 * 3FD 線路狀態(tài)R（P291圖5.56）110 * 3FE MODEM狀態(tài)R（P293圖5.58）111 * 3FF不用 Ins8250寄存器P289

13、 表 5.10 38Ins8250工作過程發(fā)送 數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器發(fā)送移位寄存器先低后高位Sout端串行移位送出。(Modem控制R)條件: (1)Modem狀態(tài)R (2)線路狀態(tài)R:數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器空THRE（D6），發(fā)送（移位）寄存器空TEMT（D5）接收 先低后高位Sin端串行移位接收移位寄存器數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器。（每16個RCLK脈沖對應(yīng)一個數(shù)據(jù)位：10起始位采樣8次為0才有效（以后中點讀）-起始位（P290圖5.54)條件: 線路狀態(tài)R:正確接收數(shù)據(jù)就緒DR(D0)=1否則出錯/中止符檢測（長0-D4）/幀格式/P校驗D2/溢出D1中斷: 中斷允許寄存器 接收數(shù)據(jù)就緒/發(fā)送寄存器空

14、/接收錯/Modem狀態(tài)變化39串行數(shù)據(jù)的發(fā)送并行數(shù)據(jù)加入起始位、校驗位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU發(fā)送保持寄存器發(fā)送移位寄存器同步控制8250SOUT0/10/10/10/1雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu)保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送40串行數(shù)據(jù)的接收并行數(shù)據(jù)檢測接收錯誤刪除起始位、校驗位、停止位串行數(shù)據(jù)CPU接收緩沖寄存器接收移位寄存器同步控制8250SIN0/10/10/10/1雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu)保證數(shù)據(jù)的連續(xù)接收41接收錯誤的處理奇偶錯誤PE（Parity Error）若接收到的字符的“1”的個數(shù)不符合奇偶校驗要求幀錯誤FE（Frame Error）若接收到的字符格式不符合規(guī)定（如缺少停止位）溢出錯誤OE（Overru

15、n Error）若接收移位寄存器接收到一個數(shù)據(jù)，并送至輸入緩沖器時，CPU還未取走前一個數(shù)據(jù)，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出424級中斷接收線路狀態(tài)中斷奇偶錯、溢出錯、幀錯接收器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好中斷發(fā)送保持寄存器空中斷調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)中斷清除發(fā)送狀態(tài)改變數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好狀態(tài)改變振鈴接通變成斷開接收線路信號檢測狀態(tài)改變優(yōu)先權(quán)高優(yōu)先權(quán)高優(yōu)先權(quán)低43初始化編程（約定數(shù)據(jù)通信規(guī)范) MOV AL，10000000B;80H,置線路控制R的D71（DLAB= 1） MOV DX，2FBH ;線路控制R地址,置DLAB波特率計數(shù)值 OUT DX，AL MOV AL，0CH ；置產(chǎn)生9600波特率，除數(shù)鎖存器置低8位 MOV DX

16、，2F8H OUT DX，AL MOV AL，00H ；除數(shù)鎖存器置高8位 INC DX ；不是中斷允許寄存器 OUT DX，AL要求以9600波特率進行異步通訊，每字符8位，2個停止位，允許發(fā)送和接收中斷。異步通訊的端口地址為2F82FFH1843.2KHz/16/9600=12=0CH44初始化編程（P294) MOV AL，00000111B ；DLAB=0,設(shè)置數(shù)據(jù)格式為8位字符，兩個停止位 MOV DX，2FBH ；線路控制寄存器 OUT DX，AL MOV AL，00000011B ；允許發(fā)送器空和接收器滿中斷 MOV DX，2F9H ； 中斷允許寄存器 OUT DX，AL MOV

17、 AL，0000l0llB ；/OUT2/RTS/DTR信號有效 MOV DX，2FCH;Modem控制寄存器 OUT DX，AL DLAB 終止位奇偶校驗位停止位長數(shù)據(jù)位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0000=無 001奇 011=偶 0=正常 1終止0=1位1 1.5/20=正常 00=5 01=6 10=7 11=8 45中斷編程當(dāng)發(fā)送器空或接收器滿時，8250向CPU申請中斷，中斷服務(wù)：INTPRG: PUSHA MOV BX, TBUFPT;發(fā)送區(qū)TBUFPT DW ? MOV DX，2FAH IN AL，DX ；讀中斷識別寄存器內(nèi)容 TEST AL，02H JNZ

18、TRAN ；發(fā)送緩沖器空，轉(zhuǎn)TRANRECV: MOV BX,RBUFPT ;接受區(qū)RBUFPT DW ? MOV DX，2F8H ；否則，接受寄存器，接收數(shù)據(jù) IN AL，DX MOV BX，AL ；存數(shù)據(jù) JMP BACK TRAN:MOV DX，2F8H ；寫發(fā)送寄存器，發(fā)送數(shù)據(jù) MOV AL，BX OUT DX，ALBACK: IRETINC BXMOV AL,20HOUT 20H,AL46Ins8250通信控制1.8250編程：初始化（波特率、格式）2.通信方式一：查詢式：線路狀態(tài) 寫/讀3F8收發(fā)R；簡單，低效 MODEM（握手）查詢 3.通信方式二：中斷：中斷允許4種可選（復(fù)雜、

19、高效，實時）附注：直接應(yīng)用PC機的BIOS調(diào)用實現(xiàn)通信控制:INT 14H47通用同步/異步收發(fā)器i8251Ai8251通用同步異步收發(fā)器DIP28，+5V，C/D（2個寄存器/口地址）， RxRDY/TxRDY, 同步64K/異步19.2K , 三檔分頻產(chǎn)生波特率48通用同步/異步收發(fā)器i8251A結(jié)構(gòu)工作時鐘=1/16/64倍波特率(可選)49寫按先后次序區(qū)分，芯片設(shè)計約定：凡是初始化有關(guān)的方式、命令和同步字或者讀取狀態(tài)字，訪問芯片的奇地址，凡是傳送數(shù)據(jù)，訪問芯片的偶地址。 異步：模式，控制命令；同步：模式，同步字符，控制命令 中斷：外接電路（RxRDY+TxRDY)i8251A寄存器1R

20、xRDYTxRDYIRQ2RxRDYTxRDYIRQ250i8251A流程圖51（格式和同步/異步參數(shù)）方式控制指令-異步模式i8251A模式寄存器S2S1EPPENL2L1B2B1 00：同步方式 01：異步方式（1） 10：異步方式（16） 11：異步方式（64） 00：字符長度為5位 01：字符長度為6位 10：字符長度為7位 11：字符長度為8位1：帶奇偶校驗0：不帶奇偶校驗1：偶校驗0：奇校驗00 無效01 1位停止位10 1.5位停止位11 2位停止位11 1個同步字符，外同步SYNDET為輸入10 1個同步字符，內(nèi)同步SYNDET為輸出01 2個同步字符，外同步SYNDET為輸入

21、00 2個同步字符，內(nèi)同步SYNDET為輸出異步方式：停止位數(shù)同步方式(可忽略)52控制寄存器：搜索同步字符EN，內(nèi)部復(fù)位IR，/RTS，ER清除錯誤標(biāo)志位 ，使TxD成低電平（發(fā)空白字符）SBRK，輸入使能RxE (1允許) ，/DTR，輸出使能TxEN(1允許)工作方式狀態(tài)寄存器：DSR(1=/DSR低電平) , SYNDET（同引腳） FE（Frame Err） OE（Overflow Err）, PE(Parity Err奇偶校驗錯誤) TxE(同引腳，串發(fā)送器空) , RxRDY(同引腳，接收器準(zhǔn)備就緒，1=有字符待取走-可作中斷請求或查詢聯(lián)絡(luò)線) TxRDY（1=輸出緩沖區(qū)空）i8

22、251A控制/狀態(tài)寄存器(Ax=1) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0ENIRRTSERSBRK RxE DTR TxEN53串行通信應(yīng)用RS-232電平轉(zhuǎn)換電路外設(shè)/微機54串行通信應(yīng)用SNDINI：MOV DX，CTRL8251 MOV AL，7FH ；將8251A定義為異步方式， OUT DX，AL； 模式寄存器,8位數(shù)據(jù)，1位停止位，偶校驗，波特率系數(shù)為64 MOV AL，11H； 控制寄存器,清除錯誤標(biāo)志位，允許發(fā)送。 OUT DX，AL MOV DI，SBUF ；發(fā)送數(shù)據(jù)塊首地址設(shè)置發(fā)送指針 MOV CX，COUNT ；發(fā)送數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)/計數(shù)值NEXT：MOV DX，

23、CTRL8251;狀態(tài)寄存器 IN AL，DX AND AL，01H ；查詢TXRDY有效否？ JZ NEXT軟件編程： 實驗教材發(fā)送端初始化程序與發(fā)送控制程序 CTRL51為8251A控制/狀態(tài)端口，DATA51為數(shù)據(jù)端口；接收數(shù)據(jù)塊首地址RBUF，發(fā)送數(shù)據(jù)塊首地址SBUF；發(fā)送數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)/計數(shù)值COUNT發(fā)送端55串行通信應(yīng)用（續(xù)） MOV DX，DATA8251 MOV AL，DI ；向8251A輸出一個字節(jié)數(shù)據(jù)。 OUT DX，AL INC DI LOOP NEXT ：RCVINI： MOV DX，CTRL8251 MOV AL，7FH OUT DX，AL ；初始化8251A。 MO

24、V AL，04H OUT DX，AL ；允許接收接收端56MOV DI，RBUF MOV CX，COUNTRCVNEXT：MOV DX，CTRL8251 IN AL，DX ROR AL，1 ；查詢RXRDY有效否？ ROR AL，1 JNC RCVNEXT ROR AL，1 ROR AL，1 ；查詢是否有奇偶校驗錯。 JC RCVERR ; =TEST AL,08H, JNZ MOV DX 8251A數(shù)據(jù)端口 IN AL，DX ；輸入一個字節(jié)到接收數(shù)據(jù)塊。 MOV DI，AL INC DI LOOP RCVNEXT ：串行通信應(yīng)用（續(xù):接收）57實驗波形圖其中的TXD兩個bit（10)和TCL

25、OCK 58實驗波形圖根據(jù)實驗程序改寫成周期發(fā)送34H的結(jié)果，（格式字：8位無奇偶1位停止）1空閑0001011001（停止）0001011001 59異步串行通信小結(jié)1、通信格式：起始位數(shù)（1）起始位電平=0，停止，空閑=12、參數(shù)：波特率BPS，數(shù)據(jù)位數(shù)（58），奇/偶/無校驗（0,1），停止位數(shù)（1,1.5,2）3、長線收發(fā)與RS232電平-收發(fā)調(diào)試:簡單I/O4、異步通信控制器的工作過程（雙緩沖） 串行異步通信格式（數(shù)據(jù)）60CPU（總線）與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式一、 無條件傳送方式二、 條件傳送方式 ( 查詢方式 )三、 中斷傳送方式四、 DMA傳送方式 ( Direct Memory

26、 Access )615.7 直接存儲器存取DMA （Direct Memory Access）CPUDMAC(i8237)內(nèi)存外設(shè)總線響應(yīng)總線請求62 1. 外設(shè)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(shè)、 或兩個高速外設(shè)之間進行大批量數(shù)據(jù)傳送。 2. 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件開銷較大。 DMA傳送方式的特點 63 DMA 傳送方式(直接存儲器存取方式)實現(xiàn)方法1.由專用接口芯片 DMA 控制器( 稱 DMAC)控制傳送過程；2.當(dāng)外設(shè)需傳送數(shù)據(jù)時，通過DMAC向CPU發(fā)出總線請求；3.CPU發(fā)出總線響應(yīng)信號，釋放總線； 由CPU控制總線變?yōu)镈MAC控制4

27、. DMAC接管總線，控制外設(shè)、內(nèi)存之間直接數(shù)據(jù)傳送。64i8237-5 DMAC-8088實例DMA65直接存儲器存取DMA控制器DMAC 批量數(shù)據(jù)高速傳輸，關(guān)鍵：總線管理教材P304要求:一般性概念(原理)，引腳，操作類型DMA：外部設(shè)備直接對存儲器讀寫（I/O方式） -不需CPU指令（硬件控制高速傳輸）。例：MEM-MEM， MEM-DAC（波型發(fā)生器）ADC-MEM高速采樣。時序/硬件設(shè)計-專門的(可編程)DMAC：初始化：首址、長度、工作模式（4種工作模式單字節(jié)/塊/請求傳輸/級連） (基本參數(shù))請求控制: 多設(shè)備請求時控制優(yōu)先級隊列；總線交接管理（握手：HRQ/DACK）DREQ

28、HRQ HLDA DACKDMA過程: 接管總線( AB/DB/CB)，傳輸：地址/字節(jié)計數(shù)結(jié)束:EOP撤HRQ，總線控制交還MPU66性能: DIP40，+5V，分時處理4個通道，尋址/計數(shù)范圍64K 5MHZ下傳輸速率1.6M字節(jié)/S，0.6s/byte) ；工作模式: 單字節(jié)/塊/請求傳輸/級聯(lián)； 同時使用通道0和1實現(xiàn)MEMMEM；兩種基本時序：正常/壓縮時序；i8237-5 DMAC67DMA通道的優(yōu)先權(quán)方式固定優(yōu)先權(quán)方式優(yōu)先權(quán)固定通道0優(yōu)先權(quán)最高，通道1其次，通道2再次，通道3最低循環(huán)優(yōu)先權(quán)方式優(yōu)先權(quán)循環(huán)變化最近一次服務(wù)的通道在下次循環(huán)中變成最低優(yōu)先權(quán)，其他通道依次輪流相應(yīng)的優(yōu)先權(quán)

29、DMA傳送不存在嵌套688237的引腳功能請求/應(yīng)答信號外設(shè)接口電路向8237的請求信號：DREQ3DREQ08237對外設(shè)接口電路的應(yīng)答信號：DACK3DACK08237向CPU申請總線的信號：HRQ（連至CPU的HOLD）CPU向8237傳送的允許使用總線信號：HLDA698237的引腳功能地址信號 ：CPU初始化8237或讀8237狀態(tài)時所需的片選信號A7A0（輸出）：8237訪問存儲器的地址信號的低8位。A3A0（輸入）：CPU初始化8237或讀8237狀態(tài)時，用于尋址8237內(nèi)部寄存器708237的引腳功能數(shù)據(jù)信號(雙向)： DB7DB0CPU為主控時，可以通過I/O讀命令查詢823

30、7的狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，或通過I/O寫命令對8237的內(nèi)部寄存器進行編程，數(shù)據(jù)傳送通過DB7DB08237為主控時， DB7DB0輸出要訪問的內(nèi)存地址的高8位，并通過ADSTB鎖存到外部地址鎖存器中，和A7A0輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址718237的引腳功能地址允許信號：AEN8237作為主控時（8237控制總線），輸出AEN=1。8237作為從控時（CPU控制總線），輸出AEN=0。DMA傳輸結(jié)束信號： （雙向）當(dāng)DMAC內(nèi)部任一通道傳輸結(jié)束，8237發(fā)出若由外部給DMAC送入有效的 ，則強制DMAC內(nèi)部所有通道結(jié)束傳輸。728237的引腳功能MEMR/MEMW：8237發(fā)出的存儲器讀

31、/寫信號IOR/IOW：8237作為主控時，輸出的I/O讀/寫信號。8237作為從控時，CPU發(fā)出的I/O讀/寫信號，用于讀/寫8237738237的引腳功能ADSTB：地址選通信號用于啟動地址鎖存器READY：存儲器或I/O的就緒信號74DMA 時序圖(P304圖5.65)DMA時鐘周期Sx 空閑周期自外設(shè)到外設(shè)自CPU輸出CB輸出CB輸出DB輸出AB輸出CB輸出CB可作外設(shè)片選 自DMAC到CPU交出總線（AB/DB/CB）通常：塊傳輸模式時序75DMA傳輸過程（P303）傳送一個字節(jié)一般需要4個S狀態(tài)，主要作用正常情況：S1：產(chǎn)生AEN信號并鎖存A15-A8，表示DMA傳送S2: 產(chǎn)生/

32、DACK信號并送出存儲器地址；響應(yīng)/控制S3: 讀數(shù)據(jù)，檢測傳送能否完成，決定是否插入SwS4：寫數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)傳送特殊情況: A15-A8不變(傳256個字節(jié)才變化一次),省去S1;壓縮讀推遲至S4;(高速讀寫同在S4)擴展(超前)寫提前到S3; 慢速電路:在S3、S4間插Sw使8237Ready端變低四種工作模式對應(yīng)不同周期變化(參考數(shù)據(jù)手冊)768237DMAC4種工作模式（單字節(jié)/塊/請求傳輸/級連）單字節(jié)（SINGLE TRANSFER MODE）：CPU與DMAC輪流控制總線，每次DMA只傳送一個字節(jié) (C+-1,A+-1)后 交權(quán)(撤消HRQ),即使DREQ仍有效，CPU也要繼續(xù)

33、執(zhí)行指令，一個總線周期后再次響應(yīng)DMA請求（有可能輪流服務(wù)如DRAM刷新）;塊BLOCK傳輸模式: /EOP結(jié)束（高效）連續(xù)傳送直到計數(shù)=0或外部/EOP有效(強制8237退出)-DREQ在DACK后可撤消。請求傳輸模式（DEMAND）:(同塊模式但允許DREQ無效暫時打斷過程，每傳送一字節(jié)查詢DREQ信號，有效繼續(xù)傳送，無效退出DMA與外部慢速設(shè)備協(xié)調(diào)，當(dāng)前地址和計數(shù)值保持在寄存器中，可繼續(xù)計數(shù))級連模式（CASCADE）：擴展通道數(shù)（從片的每一通道作為DMA傳輸，主片則在從片和CPU之間傳遞握手信號，管理SLAVE的優(yōu)先權(quán)）(可設(shè)置為重復(fù)模式：EOP控制自動寫入，,重復(fù)傳輸)77DMA傳送

34、類型DMA讀把數(shù)據(jù)由存儲器傳送到外設(shè)由MEMR*有效從存儲器讀出數(shù)據(jù)，由IOW*有效把這一數(shù)據(jù)寫入外設(shè)DMA寫把外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)寫入存儲器由IOR*有效從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)，由MEMW*有效把這一數(shù)據(jù)寫入存儲器。DMA檢驗空操作存儲器和I/O控制線保持無效，不進行傳送78存儲器到存儲器的傳送固定使用通道0和通道1通道0的地址寄存器存源區(qū)地址通道1的地址寄存器存目的區(qū)地址，通道1的字節(jié)數(shù)寄存器存?zhèn)魉偷淖止?jié)數(shù)傳送由設(shè)置通道0的軟件請求啟動每傳送一字節(jié)需用8個時鐘周期前4個時鐘周期用通道0地址寄存器的地址從源區(qū)讀數(shù)據(jù)送入8237A的臨時寄存器后4個時鐘周期用通道1地址寄存器的地址把臨時寄存器中的數(shù)據(jù)寫入目的

35、區(qū)79i8237-5 DMAC級連每片8237占用16個端口(A3-A0內(nèi)部譯碼決定)若主8237的某通道（DREQ）連接從8237的HRQ，主8237的該通道應(yīng)設(shè)置為級聯(lián)傳輸模式，但從8237不設(shè)置級聯(lián)傳輸模式，而是設(shè)置其它三種模式之一808237的編程結(jié)構(gòu)81A3 A0（4位地址信號，16個I/O口地址）0H 07H 當(dāng)前（基）地址當(dāng)前（基）字節(jié)數(shù)計數(shù)器 (通道0-3，每個通道順序占2個地址，對應(yīng)4個寄存器，16位，要分高低字節(jié)連續(xù)兩次讀寫)08H（/）寫命令寄存器 讀狀態(tài)寄存器09H （）請求(軟件請求-Ch0-3)0AH（）寫屏蔽某一位(按CH)，單屏蔽寄存器0BH（）模式:模式/加-

36、減計數(shù)/重置/讀-寫0CH（）清除高/低觸發(fā)器(0-L/1-H)0DH（）讀暫存（）主清除（軟件復(fù)位）0EH（）清除屏蔽(一次全清)，全清除寄存器0FH（）寫屏蔽所有位(CH0-3)，綜合屏蔽寄存器i8237-5 DMAC的寄存器尋址四個通道公用初始化:4種工作模式（單字節(jié)/塊/請求傳輸/級連），首（基）址、長度（字節(jié)數(shù)：觸發(fā)器清零L/H基址寫入）表5.1382控制寄存器控制寄存器8位，4個通道共用，用于設(shè)定8237的信號形式、工作時序、傳輸方向。 端口地址08H信號形式：DREQ/DACK信號的有效形式。工作時序：普通時序（4個時鐘周期完成一次傳輸） 壓縮時序（3個時鐘周期完成一次傳輸）傳輸

37、方向：內(nèi)存 I/O（常用） I/O內(nèi)存（常用） 內(nèi)存內(nèi)存（PC系列機未用）838237A芯片命令字P3088237（控制）命令寄存器（+8H）184控制寄存器PC系列微型機中，BIOS初始化時將控制寄存器設(shè)為00H禁止內(nèi)存內(nèi)存的傳送，允許讀/寫操作，使用正常時序固定優(yōu)先級不擴展寫信號DREQ高電平有效DACK高電平有效858位，設(shè)定DMA的傳輸模式，4個通道的模式寄存器共用一個端口地址，端口地址0BH傳輸模式：單字節(jié)傳輸模式數(shù)據(jù)塊傳輸模式請求傳輸模式級聯(lián)傳輸模式模式寄存器868237模式寄存器（+0BH）不重置自動重置校驗傳輸用來對讀傳輸和寫傳輸功能進行校驗，它是一種虛擬傳輸，8237也會產(chǎn)生

38、存儲器地址信號，但不產(chǎn)生存儲器讀/寫、I/O讀/寫信號，校驗傳輸一般用于器件測試87狀態(tài)寄存器8位，4個通道共用，與控制寄存器共用一個端口地址端口地址08H記錄每個通道是否有請求、傳輸是否結(jié)束888237A芯片狀態(tài)字8237狀態(tài)寄存器（+08H）189暫存寄存器8位 , 端口地址0DH在內(nèi)存內(nèi)存?zhèn)鬏敃r，暫存數(shù)據(jù)。注意：內(nèi)存 I/O傳輸時，數(shù)據(jù)不進入8237內(nèi)部，只存在于數(shù)據(jù)總線上暫存寄存器90基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器每個通道一個基地址寄存器，一個當(dāng)前地址寄存器，16位 ，占用相同的端口地址基地址寄存器：DMA傳輸?shù)膬?nèi)存地址初值，在初始化時由CPU分兩次寫入。當(dāng)前地址寄存器：DMA傳輸過程中

39、，內(nèi)存地址的當(dāng)前值。每傳輸一字節(jié)，該寄存器的值增1或減1。CPU可分兩次讀出其值。91基本字節(jié)計數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)計數(shù)器每個通道一個基本字節(jié)計數(shù)器，一個當(dāng)前字節(jié)計數(shù)器，16位 ，占用相同的端口地址基字節(jié)計數(shù)器：DMA傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)初值，在初始化時由CPU分兩次寫入。8237規(guī)定，初值比實際傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)少1當(dāng)前字節(jié)計數(shù)器：DMA傳輸過程中，當(dāng)前的計數(shù)值。每傳輸一字節(jié)，該寄存器的值減1。當(dāng)計數(shù)值減到FFFFH時，8237發(fā)出結(jié)束信號EOP。CPU可分兩次讀出其值。92高/低觸發(fā)器端口地址0CHCPU寫入基地址寄存器、基本字節(jié)計數(shù)器時，均分兩次寫入，高/低觸發(fā)器用于控制寫入的值是低8位還是高8位寫入過程：

40、使先/后觸發(fā)器=0。寫入低8位，先/后觸發(fā)器自動置1。寫入高8位，先/后觸發(fā)器自動置0。938237軟件請求寄存器（+09H）四個通道的請求觸發(fā)器構(gòu)成一個請求寄存器（8位）一般情況下，DMA請求由硬件信號DREQ發(fā)出，也可由軟件設(shè)置請求觸發(fā)器來發(fā)出DMA請求。對請求位的置位等效于外部產(chǎn)生一個有效的DREQ信號，二者的優(yōu)先級排隊情況也一樣，軟件請求不受屏蔽寄存器控制，但它只能用于塊傳送方式。存儲器到存儲器的傳送就只能用通道0的軟件請求啟動94單屏蔽寄存器8237單屏蔽寄存器（+0AH）95綜合屏蔽寄存器8237綜合屏蔽寄存器（+0FH）1：屏蔽；0：不屏蔽8237全清除寄存器（0EH），4個通道全開放96復(fù)位命令寄存器對端口0DH寫入0，使8237復(fù)位，其功能等同于硬件復(fù)位端口地址0DH8237復(fù)位后的狀態(tài)為： 控制寄存器 狀態(tài)寄存器 請求寄存器 暫存器 高/低觸發(fā)器 清0屏蔽寄存器 置1 978237對內(nèi)存和I/O的尋址存儲器尋址 在主控模式下，8237可以產(chǎn)生16位存儲器地址信號，地址引腳A7A0輸出地址低8位，高8位地址由數(shù)據(jù)引腳DB7DB0輸 出，經(jīng)地址鎖存器后形成存儲器地址的A15A8。用ADSTB啟動地址鎖存器。當(dāng)系統(tǒng)的