微機(jī)原理第十二章

微機(jī)原理第十二章第一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日·字節(jié)計(jì)數(shù)器：存放DMA傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)；

·控制寄存器：存放由CPU設(shè)定的DMA傳輸方式，控制命令等；

·狀態(tài)寄存器：存放DMAC當(dāng)前的狀態(tài)，包括有無(wú)DMA請(qǐng)求，是否結(jié)束等。

圖12-1DMAC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部連接示意圖第二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日12.2

Intel8237A概述

8237A的特點(diǎn)

本節(jié)略，內(nèi)容詳見課本。

8237A的引腳

8237A采用40引腳雙列直插封裝（見下頁(yè)圖12－2）。8237A的引腳主要圍繞其二種工作狀態(tài)而設(shè)置，有一些引腳在兩種狀態(tài)下都有用，而有些則是專用的。

1．與DMA周期有關(guān)的引腳：

CLK：時(shí)鐘輸入信號(hào)。

DREQ0～DREQ3，DACK0～DACK3：DMA請(qǐng)求及響應(yīng)信號(hào)。

HRQ，HLDA：保持請(qǐng)求和響應(yīng)信號(hào)。

A7～A0：低8位地址。其中A3～A04位是雙向地址，因?yàn)楫?dāng)CPU對(duì)8237A編程時(shí)，這4個(gè)地址引腳又要作為對(duì)片內(nèi)寄存器尋址的輸入地址用。

DB7～DB0：數(shù)據(jù)總線。在DMA周期中，作為高8位地址信號(hào)

（A15～A8）與數(shù)據(jù)信號(hào)（D7～D0）的分時(shí)復(fù)用線。第三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

ADSTB：地址選通信號(hào)。。

AEN：地址使能信號(hào)。

MEMR、MEMW：存儲(chǔ)器讀、寫控制，低電平有效，輸出。

IQP、IOW：外設(shè)讀、寫控制。

READY：就緒輸入信號(hào)。

EOP：過程結(jié)束信號(hào)。

圖12-28237A的引腳圖第四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日2．與CPU讀寫有關(guān)的引腳

CS：片選信號(hào)。

A3～A0：地址線。用來(lái)選擇8237A內(nèi)部有關(guān)寄存器的地址。

DB7～DB0：數(shù)據(jù)線。

IOR、IOW：外設(shè)讀、寫。

RESET：清除信號(hào)。

由上可見，引腳中A3～A0，DB7～DB0以及IOR、IOW是兩種狀態(tài)下都用到的信號(hào)，所以它們都是雙向信號(hào)。

8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8237A內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12－3所示（見下頁(yè)）。

8237A的寄存器

1．地址和字?jǐn)?shù)寄存器

8237A的地址和字?jǐn)?shù)寄存器包括基地址寄存器、基本字節(jié)數(shù)寄存器、現(xiàn)行地址寄存器和現(xiàn)剩字節(jié)數(shù)寄存器，每個(gè)通道都必須有這4個(gè)寄存器，所以總數(shù)達(dá)16個(gè)。其中二種基本寄存器只能寫入，而二種現(xiàn)行寄存器只能讀。它們總是占用8個(gè)I/O端口地址，具體地址如表12.1所示（見課本）。第五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D12-38237A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

基地址寄存器是由CPU用程序控制寫入的，表示數(shù)據(jù)塊在內(nèi)存中的起始地址，這個(gè)值一旦寫入，在整個(gè)傳輸進(jìn)行過程中第六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

保持不變。

基本字節(jié)數(shù)寄存器中寫入的是本次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)，這個(gè)數(shù)也不會(huì)隨DMA傳輸?shù)倪M(jìn)行而變化。若欲傳輸N個(gè)字節(jié)，寫入到基本字節(jié)數(shù)寄存器的值應(yīng)為N－1，即比實(shí)際要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)少1。

二個(gè)基本寄存器寫入內(nèi)容時(shí)，相應(yīng)的現(xiàn)行地址寄存器也寫入同樣的內(nèi)容。在DMA傳送過程中，每傳送一個(gè)字節(jié)，這二個(gè)現(xiàn)行寄存器的內(nèi)容就變化一次?，F(xiàn)行地址寄存器的變化方向由編程時(shí)的設(shè)置決定，而現(xiàn)剩字節(jié)數(shù)寄存器則恒作減量計(jì)數(shù)。當(dāng)現(xiàn)剩字?jǐn)?shù)寄存器由0減至FFFFH時(shí)，產(chǎn)生計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)EOP輸出。

2．工作方式寄存器

圖12－4（見下頁(yè)）是一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的工作方式寄存器各位含義。4個(gè)方式寄存器只占用一個(gè)I/O端口地址，不管哪個(gè)通道的方式字都用0BH地址寫入，利用方式字的最低兩位D1D0位的編碼來(lái)指定該方式字屬于哪個(gè)通道。第七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

圖12-4工作方式寄存器

工作方式寄存器各位含義如下所述：

D7D6：DMA操作方式設(shè)定。共有4種方式，即：

·單字節(jié)方式

·成組傳送方式第八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日·請(qǐng)求方式

·級(jí)聯(lián)方式：圖12－5是級(jí)聯(lián)的基本方法，如下：

D5：控制地址變化方向。如置“1”，每傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，

現(xiàn)行地址寄存器的內(nèi)容減1。反之，D5＝0，地址按增量第九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日方式變化。

D4：自動(dòng)預(yù)置。如置“1”，將該通道設(shè)置成自動(dòng)預(yù)置方式，

即每當(dāng)一次DMA傳輸結(jié)束后，2個(gè)基本寄存器中的預(yù)置

值將自動(dòng)地再次寫入2個(gè)現(xiàn)行寄存器中。

D3D2：數(shù)據(jù)傳送方向。寫傳輸，是指數(shù)據(jù)從I/O設(shè)備寫入到

內(nèi)存中去，讀傳輸正好相反。校驗(yàn)傳輸時(shí)8237A像

DMA讀或DMA寫傳輸一樣產(chǎn)生時(shí)序，產(chǎn)生地址信號(hào)，

外設(shè)可以利用這樣的時(shí)序進(jìn)行校驗(yàn)。

D1D0：通道選擇。

3．控制寄存器

寄存器中各位的定義如圖12－6所示（見下頁(yè)）。

控制寄存器各位含義如下：

D6、D7：分別控制DREQ和DACK有效的極性。D6控制

DREQ，D7控制DACK，為“0”時(shí)設(shè)定有效電平為

高電平，為“1”時(shí)低電平才是有效的。一旦設(shè)定后4

個(gè)通道的規(guī)定是一樣的。第十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

圖12-6控制寄存器

D4：選擇不同的優(yōu)先權(quán)。在固定優(yōu)先權(quán)時(shí)，通道0優(yōu)先級(jí)最高

通道3優(yōu)先級(jí)最低。另一種優(yōu)先權(quán)是循環(huán)式，剛被服務(wù)過

的通道其優(yōu)先權(quán)自動(dòng)降為最低，而其余各通道優(yōu)先權(quán)依

次順高一級(jí)，從而使各通道DMA被響應(yīng)的可能性相同。第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日D3和D5兩位都與8237A的定時(shí)有關(guān)，將在時(shí)序部分討論。

D2：8237A是否工作的控制位。如為“0”，8237A可工作，否則

不工作。

D1：從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳輸時(shí)，固定用通道0的地址寄存器存

放源地址，這時(shí)可用D1位控制源地址變化與否。如果為

“1”，源地址在整個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送中都有保持不變。這種方

式將使一個(gè)單元的內(nèi)容送到規(guī)定長(zhǎng)度的某一內(nèi)存區(qū)域中去；

如果為“0”，則通道0的地址變化。該位僅在D0位為“1”時(shí)

才有意義，如果D0位為“0”，即不作存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳

輸時(shí)，D1位就沒有意義了。

D0：控制是否從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳輸。若為1，是從存儲(chǔ)器到

存儲(chǔ)器傳輸；否則不是。

存儲(chǔ)器間傳送的操作只能用軟件啟動(dòng)，對(duì)請(qǐng)求寄存器（地址為09H）寫入04H，就可以用軟件方法啟動(dòng)通道0。

4．DMA請(qǐng)求寄存器

請(qǐng)求寄存器格式如圖12－8所示（見下頁(yè)）。第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

圖12-8DMA請(qǐng)求寄存器

DMA請(qǐng)求寄存器各位含義如下：

D1D0：選擇通道。

D2：請(qǐng)求標(biāo)志，“D2＝1”表示有請(qǐng)求，“D2＝0”表示無(wú)請(qǐng)求。

5．屏蔽寄存器

8237A的每個(gè)通道都配備了一個(gè)屏蔽觸發(fā)器，作為屏蔽標(biāo)志位。DMA的屏蔽標(biāo)志位是通過往屏蔽寄存器寫入屏蔽字節(jié)來(lái)設(shè)置的，如圖12－9所示（見下頁(yè)）。第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D12-9屏蔽寄存器

屏蔽觸發(fā)器各位含義如下：

D1D0：選擇通道。

D2：屏蔽位設(shè)置，“＝1”設(shè)置屏蔽位，“＝0”清除屏蔽位。

此外，8237A還允許使用綜合屏蔽命令來(lái)設(shè)置通道的屏蔽觸發(fā)器，如圖12－10所示（見下頁(yè)）。

D3～D0中的某位為1，就使對(duì)應(yīng)的通道設(shè)置屏蔽位。

若直接訪問屏蔽寄存器（使用圖12－9格式），則地址為0AH。若使用綜合屏蔽命令字來(lái)訪問屏蔽寄存器（使用圖12－10格式），則地址為0FH，且一次就可以完成4個(gè)通道的屏第十四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日蔽。8237A中還可使用清屏蔽寄存器命令來(lái)清除全部4個(gè)通道的屏蔽位，見后面的“清屏蔽寄存器命令”。

圖12-10綜合屏蔽命令字

6．狀態(tài)寄存器

8237A中有一個(gè)可供CPU讀取的狀態(tài)寄存器，其格式如圖12－11所示（見下頁(yè)）。第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

圖12-11狀態(tài)寄存器

7．暫存寄存器

在存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送方式時(shí)，暫存寄存器保存從源單元讀出的數(shù)據(jù)，再由它寫入目的單元。

12.3

8237A的軟件命令

8237A還設(shè)計(jì)了專用的軟件命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)8237A的編程控制。軟件命令有三條：主清除命令，清除先/后觸發(fā)器命令和清除屏蔽寄存器命令。

1．主清除命令

主清除命令與硬件的RESET信號(hào)具有相同作用。執(zhí)行這條命令后，命令、狀態(tài)、請(qǐng)求、暫存寄存器以及先/后觸發(fā)器都第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日被復(fù)位，屏蔽寄存器被置位。然后，8237A處于空閑周期。

主清除命令的地址是0DH。只須對(duì)該端口執(zhí)行寫操作即可發(fā)出主清除命令，至于寫入的數(shù)據(jù)，8237A并不關(guān)心，可隨意設(shè)置。

2．清除先/后觸發(fā)器命令

當(dāng)先/后觸發(fā)器為0時(shí)，讀寫低位字節(jié)，為1時(shí)則讀寫高位字節(jié)。觸發(fā)器在每次讀寫這組寄存器后都翻轉(zhuǎn)一次。

要實(shí)現(xiàn)先/后觸發(fā)器復(fù)位可以使用清除先/后觸發(fā)器命令，該命令是對(duì)0CH地址進(jìn)行一次寫操作即可，而對(duì)于寫入內(nèi)容，同主清除命令一樣，沒有任何要求。

另外，硬件RESET信號(hào)和軟件主清除命令也會(huì)使先/后觸發(fā)器復(fù)位。

3．清屏蔽寄存器命令

清屏蔽寄存器命令的地址為0EH。執(zhí)行這個(gè)命令將清除全部4個(gè)通道的屏蔽寄存器，使它們?cè)试S接收DMA請(qǐng)求。

12.4

8237A的工作時(shí)序第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日8237A有二大類操作周期，即空閑周期和有效（DMA）周期。每個(gè)周期總是由若干個(gè)狀態(tài)周期組成。每個(gè)狀態(tài)周期都占一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間，但由于每個(gè)狀態(tài)周期中它們完成的任務(wù)不相同，所以又把它們分別叫做SI、S0、S1、S2、S3、S4和SW七種不同的周期。

正常DMA讀寫操作

圖12－12是8237A在DMA傳送時(shí)的時(shí)序（見下頁(yè)）。

S0是個(gè)等待周期，這期間8237A等待CPU讓出總線，得到HLDA的響應(yīng)。

S1狀態(tài)中，8237A輸出地址允許信號(hào)AEN，同時(shí)把高8位地址A15～A8送到DB7～DB0引腳上，并發(fā)出ADSTB地址選通信號(hào)。

S2狀態(tài)中，首先向外設(shè)送出DACK信號(hào)。接著，根據(jù)操作要求，發(fā)出讀信號(hào)，對(duì)DMA讀操作,就送出MEMR給存儲(chǔ)器；對(duì)DMA寫操作就送IOR給外設(shè)。

S3狀態(tài)中，8237A發(fā)出寫命令。第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

S3狀態(tài)的后沿，8237A檢測(cè)READY信號(hào)端狀態(tài)。

S4狀態(tài)中結(jié)束本次一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送。

圖12-128237A時(shí)序圖

第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)展寫與壓縮時(shí)序

所謂擴(kuò)展寫是當(dāng)8237A輸出寫信號(hào)時(shí)，使其有效的時(shí)間提前。正常在S3才送出的有效寫控制信號(hào)，提前到S2就變得有效。這可以使得寫入的設(shè)備有更多的寫入時(shí)間。當(dāng)命令寄存器的D5＝1時(shí)，就選擇了擴(kuò)展寫方法。

壓縮定時(shí)是當(dāng)命令寄存器D3＝1時(shí)采用的定時(shí)方式。在S1～S44個(gè)周期中，S1是為了鎖存高8位地址用的，而S3則是一個(gè)延長(zhǎng)周期，給讀寫以充足的時(shí)間，在追求更高傳輸速度，且器件的讀寫速度又可跟得上的情況下，就可以把S1和S3兩個(gè)周期省去，形成了時(shí)間壓縮一半的時(shí)序。壓縮時(shí)序方式只能用于連續(xù)數(shù)據(jù)塊傳送，即高8位地址不變的數(shù)據(jù)塊。

12.5

8237A的初始化及其在PC機(jī)中的應(yīng)用

8237A的初始化

在進(jìn)行DMA操作之前，必須對(duì)8237A進(jìn)行初始化編程。初始化編程有以下內(nèi)容：

（1）關(guān)閉8237A，以保證對(duì)8237A初始化編程結(jié)束后才響應(yīng)

DMA操作請(qǐng)求。第二十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日（2）發(fā)送主清除命令，即用軟件方法進(jìn)行復(fù)位。

（3）輸出16位地址值給相應(yīng)通道的地址寄存器。

（4）設(shè)置傳送的字節(jié)數(shù)給基字節(jié)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器。

（5）輸出工作方式控制字，以確定8237A的工作方式和傳輸

類型。

（6）將屏蔽控制字寫入屏蔽寄存器，去除屏蔽。

（7）啟動(dòng)8237A，并將操作方式控制字寫入控制寄存器，控