第八章8237A.ppt

1、,王慧玲,Direct Memory Access Controller,DMA控制器,問(wèn)題引入,-交作業(yè),上課時(shí)間，大家將手里的作業(yè)交到我所在的講桌上。,我,CPU,作業(yè),數(shù)據(jù),源地址 大家手上,目的地址 講桌,外設(shè),內(nèi)存,問(wèn)題引入,-交作業(yè),如果采用第七章的中斷技術(shù)，其整個(gè)過(guò)程如下：,同學(xué)舉手提出交作業(yè)申請(qǐng),我同意提交， 暫停上課,第一位同學(xué)提交作業(yè),提交完畢，我繼續(xù)上課,問(wèn)題引入,-交作業(yè),如果采用第七章的中斷技術(shù)，存在問(wèn)題1：,每個(gè)同學(xué)交作業(yè)之前都需要向我申請(qǐng)，需要申請(qǐng)108次，另外我需要響應(yīng)108次申請(qǐng)。（即外設(shè)每次申請(qǐng)只傳輸一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。）-即申請(qǐng)次數(shù)繁多。 解決思路：只需某一位

2、同學(xué)申請(qǐng)，其它同學(xué)無(wú)需申請(qǐng)直接提交。,問(wèn)題引入,-交作業(yè),如果采用第七章的中斷技術(shù)，存在問(wèn)題2：,I/O,cpu,M,data,大家 手上,我,講桌,作業(yè),作業(yè),data,data,8.1 DMA控制器概要 8.2 8237A的編程結(jié)構(gòu)和外部引腳 8.3 8237A的工作模式和模式寄存器 8.4 8237A的工作時(shí)序 8.5 8237A的控制寄存器和狀態(tài)寄存器 8.6 8237A各寄存器對(duì)應(yīng)的端口地址,目錄,8.1 DMA控制器概述,一、DMA控制器概念：,DMA(Direct Memory Access):直接存儲(chǔ)器存取技術(shù)，是一種不需要CPU干預(yù)也不需要軟件介入的高速數(shù)據(jù)傳送方式。 CPU

3、只是啟動(dòng)DMA過(guò)程，但是不干預(yù)這一過(guò)程，整個(gè)DMA過(guò)程是由硬件自動(dòng)完成的，也不需要軟件的介入。 在DMA控制器的控制下，可以實(shí)現(xiàn)外設(shè)到和內(nèi)存，內(nèi)存到內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸。,無(wú)需CPU指令,8.1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作過(guò)程：,DMA控制器的工作過(guò)程分為四個(gè)階段，分別是： 申請(qǐng)階段 響應(yīng)階段 數(shù)據(jù)傳送階段 傳送結(jié)束階段。,8.1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作過(guò)程-申請(qǐng)階段,1.外設(shè)向DMAC發(fā)出DMA請(qǐng)求信號(hào)DREQ（DMA Request）； 2. DMAC向CPU發(fā)總線請(qǐng)求信號(hào)HRQ(Hold Request)。,8.1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作過(guò)程-響應(yīng)階

4、段,1. CPU向DMA發(fā)總線保持回答信號(hào)HLDA。 狀態(tài): CPU讓出總線,DMAC為主控者。,8.1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作過(guò)程-數(shù)據(jù)傳送階段,1. DMAC向外設(shè)發(fā)DMA請(qǐng)求回答信號(hào)，選中外設(shè)。 2. 并通過(guò)AB選中內(nèi)存單元 3. 通過(guò)DB將數(shù)據(jù)從源端傳送到目的端。,8.1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作過(guò)程-傳送結(jié)束階段,1.數(shù)據(jù)傳送完畢，DMAC傳送外設(shè)“過(guò)程結(jié)束”信號(hào)。 2.向CPU交回總線，CPU重新獲得總線的控制權(quán)。,問(wèn)題思考,CPU能不能完成DMAC控制器內(nèi)存到內(nèi)存，內(nèi)存與I/O直接的數(shù)據(jù)傳輸功能呢？,原因：1.CPU的選中外設(shè)與內(nèi)存的 引腳是M/IO

5、,答：不能,2.CPU的地址線只有一組。,8.1 DMA控制器概述,幾種常見(jiàn)DMAC,主菜單,8.2 8237A的編程結(jié)構(gòu)和外部引腳,一、8237A的主要特點(diǎn)：,（1）一個(gè)芯片中有4個(gè)獨(dú)立的DMA通道。 （2）可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)，內(nèi)存與內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸。 （3）每一個(gè)通道的DMA請(qǐng)求都可以被允許或禁止。 （4）每個(gè)通道的DMA請(qǐng)求有不同的優(yōu)先級(jí)，即可以是 固定優(yōu)先級(jí)，也可以是循環(huán)優(yōu)先級(jí)。 （5）每個(gè)通道一次傳送的最大字節(jié)數(shù)為64KB。 （6）8237A提供4種傳送方式：?jiǎn)巫止?jié)傳送方式、數(shù)據(jù) 傳送方式、請(qǐng)求傳送方式和級(jí)連傳送方式。,二、8237A的編程結(jié)構(gòu)圖(1)：,模式寄存器,8.2.1 823

6、7A的編程結(jié)構(gòu),8.2.1 8237A的編程結(jié)構(gòu),二、8237A的編程結(jié)構(gòu)圖(2)：,8.2.1 8237A的外部引腳,三、8237A的外部引腳-引腳圖：,8237A是有40個(gè)引腳的雙列直插式芯片。 40個(gè)引腳分成兩組：一組與CPU的連接；一組與I/O接口的連接。,8.2.1 8237A的外部引腳,三、8237A的外部引腳：,1.DREQ0-DREQ3：(DMA Request)DMA請(qǐng)求信號(hào)。輸入，信號(hào)極性可編程決定 2.HRQ(Hold Request) ：總線請(qǐng)求信號(hào)。輸出，高電平有效。 8237A向CPU請(qǐng)求使用總線。 3.HLDA(Hold Acknowledge)：總線響應(yīng)信 號(hào)。

7、輸入，高電平有效。CPU對(duì)HRQ的回答，表示已讓出總線控制權(quán)。 4.DACK0-DACK3：（DMA Acknowledge）DMA應(yīng)答信號(hào)。輸出，信號(hào)極性可編程決定。,8.2.1 8237A的外部引腳,三、8237A的外部引腳：,5.A3-A0：(Adress)地址信號(hào)。雙向，作為主模塊時(shí)，輸出16位地址中的A3-A0。做為從模塊時(shí)，輸入，選中某個(gè)寄存器。 6.A7-A4：(Adress)地址信號(hào)。輸出16位地址中的A7-A4。 7.DB7-DB0:(Data Bus)數(shù)據(jù)線。雙向，8位數(shù)據(jù)線，傳送CPU的控制命令，和內(nèi)部寄存器的內(nèi)容。,8.2.1 8237A的外部引腳,三、8237A的外部

8、引腳：,8. IOR:(I/O Read)I/O讀信號(hào)。三態(tài)雙向，低電平有效。作主模塊時(shí)：輸出，給I/O設(shè)備發(fā)讀命令。作從模塊時(shí)：輸入，接收來(lái)自CPU的讀命令。 9.IOW:(I/O Write)I/O寫(xiě)信號(hào)。三態(tài)雙向，低電平有效。作主模塊時(shí)：輸出，給I/O設(shè)備發(fā)寫(xiě)命令。作從模塊時(shí)：輸入，接收來(lái)自CPU的寫(xiě)命令 10.MEMR:(Memory Read)存儲(chǔ)器讀命令。輸出，低電平有效。 11.MEMW:(Memory Write)存儲(chǔ)器寫(xiě)命令。輸出，低電平有效。,8.2.1 8237A的外部引腳,三、8237A的外部引腳：,12. CLK:(clock )時(shí)鐘信號(hào)。輸入，8237A：最高3MH

9、Z. 8237A-5:最高5MHZ. 13. CS：（Chip Slected）片選信號(hào)。輸入，低電平有效。 14. RESET:復(fù)位信號(hào)。輸入，高電平有效。8237內(nèi)部寄存器清0,屏蔽寄存器置1，8237A處于狀態(tài)，允許CPU訪問(wèn)。 15.READY：就緒信號(hào)。輸入，低速設(shè)備可通過(guò)給此引腳加低電平來(lái)延長(zhǎng)總線周期。,8.2.1 8237A的外部引腳,三、8237A的外部引腳：,16. AEN:（Adress Enable）地址允許信號(hào)。輸出，高電平有效。表示允許8237A的16位地址送到AB。 17. ADSTB：（Adress Strobe）地址選通信號(hào)。輸出，低電平有效。表示DB7-DB0

10、輸出的是高8位地址。利用該信號(hào)將這8位地址打入地址鎖存器。 18. EOP：（End of Process）傳輸過(guò)程結(jié)束信號(hào)，雙向，低電平有效。輸入：強(qiáng)迫8237A結(jié)束DMA操作。輸出：通過(guò)外設(shè)DMA傳送結(jié)束。,8.2 8237A的編程結(jié)構(gòu)和外部引腳,二、8237A的外部引腳-與外部的連接圖：,那對(duì)于20位地址線8237如何處理？,在8086/88系統(tǒng)中，系統(tǒng)的尋址范圍是1MB，地址線有20條，即A0A19。為了能夠在8086/88系統(tǒng)中使用8237來(lái)實(shí)現(xiàn)DMA，需要用硬件提供一組4位的頁(yè)寄存器。 通道0、1、2、3各有一個(gè)4位的頁(yè)寄存器。在進(jìn)行DMA傳送之前，這些頁(yè)寄存器可利用I/O地址來(lái)裝

11、入和讀出。當(dāng)進(jìn)行DMA傳送時(shí)，DMAC將A0A15放在系統(tǒng)總線上，同時(shí)頁(yè)寄存器把A16A19也放在系統(tǒng)總線上，形成A0A19這20位地址信號(hào)實(shí)現(xiàn)DMA傳送。其地址產(chǎn)生如圖所示。,主菜單,主菜單,27,8237,暫存器,內(nèi)存,內(nèi)存,A0A15,MEMW,MEMR,D0D7,內(nèi)存到內(nèi)存的傳輸,D0D7,DMA只有一組地址線，如果實(shí)現(xiàn)內(nèi)存到內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸呢？,8.3 8237A的工作方式,8237A的工作狀態(tài) 8237A的工作模式 8237A的傳送類(lèi)型 8237A的優(yōu)先級(jí),一、8237A的工作狀態(tài),1.主模塊：接管并取得總線控制權(quán)，取代CPU而成為系統(tǒng)的 主控者。DMAC通過(guò)三總線向M或I/O發(fā)出地

12、址碼及 讀/寫(xiě)信號(hào)，以控制M和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。 2.從模塊：未取得總線控制時(shí)，同于其他 I/O設(shè)備，受CPU 的控制。這時(shí)，CPU對(duì)DMAC進(jìn)行初始化操作或從 DMAC讀取狀態(tài)信息。,8.3 8237A的工作方式,返回,二、8237A工作模式（1）,1.單字節(jié)傳輸模式：在單字節(jié)傳輸方式下，DMA控制器每次請(qǐng)求總線只傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，傳送完后即釋放總線控制權(quán)。 2.塊傳輸模式:指DMA控制器每次請(qǐng)求總線連續(xù)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，待整個(gè)數(shù)據(jù)塊全部傳送完成后再釋放總線控制權(quán)。 由DREQ啟動(dòng)就連續(xù)地傳送數(shù)據(jù)，直到字節(jié)數(shù)寄存器從0減 到FFFFH終止計(jì)數(shù)，或由外部輸入有效信號(hào)終結(jié)DMA傳送 DRE

13、Q只需維持有效到DACK有效,8.3 8237A的工作方式,二、8237A工作模式（續(xù)）,3.請(qǐng)求傳輸模式:此方式與塊傳輸方式基本類(lèi)似，不同的是每傳輸完一個(gè)字節(jié)，DMA控制器都要檢測(cè)由I/O接口發(fā)來(lái)的DMA請(qǐng)求信號(hào)是否仍然有效，如果該信號(hào)仍有效，則繼續(xù)進(jìn)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(qǐng)求信號(hào)再次變?yōu)橛行?，?shù)據(jù)塊傳輸則從剛才暫停的那一點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行下去。,8.3 8237A的工作方式,二、8237A工作模式（續(xù)）,4.級(jí)聯(lián)傳輸模式:在系統(tǒng)中有多片8237A，構(gòu)成主從式DMA系統(tǒng)。級(jí)聯(lián)的辦法是把從片的HRQ端與主片的DREQ端聯(lián)。,8.3 8237A的工作方式,返回

14、,三、8237A傳送類(lèi)型,1.DMA讀：,3.DMA校驗(yàn):這是一種偽傳輸，實(shí)際上是校驗(yàn)8237A芯片內(nèi)部的讀寫(xiě)信號(hào)，在這種傳輸中，8237A芯片如同DMA讀和DMA寫(xiě)一樣，產(chǎn)生地址及響應(yīng)信號(hào)，但禁止實(shí)際傳輸。,2.DMA寫(xiě)：,內(nèi)存 I/O ;MEMR 和IOW,8.3 8237A的工作方式,返回,四、8237A的優(yōu)先級(jí),1.固定優(yōu)先級(jí)：四通道優(yōu)先級(jí)固定，通道1最高，通道3最低。即：DREQ0-DREQ3 2.循環(huán)優(yōu)先級(jí)：優(yōu)先級(jí)相同。當(dāng)某一通道被響應(yīng)且服務(wù)后，它就被指定為最你優(yōu)先級(jí)，下一通道就為最高優(yōu)先級(jí)。,注意：DMA禁止嵌套，優(yōu)先級(jí)排除只在DMA響應(yīng)前有效，DMA響應(yīng)后無(wú)效。,8.3 823

15、7A的工作方式,返回,主菜單,8237A有兩種工作時(shí)序：空閑周期和操作周期（有效周期）。 全部的工作周期分為7種狀態(tài)（時(shí)鐘周期）：空閑態(tài)SI、起始態(tài)S0、傳送態(tài)S1、S2、S3、S4、等待態(tài)SW 。,8.4 8237A的工作時(shí)序,一、空閑周期 在沒(méi)有DMA請(qǐng)求時(shí)，8237A就空閑周期，執(zhí)行連續(xù)的空閑狀態(tài)SI,在空閑周期內(nèi)，每個(gè)SI狀態(tài)都要進(jìn)行兩種檢測(cè): 1.檢測(cè)有無(wú)信號(hào)：以確定有無(wú)CPU對(duì)8237A的操作要求。若信號(hào)有效，則表明CPU要求8237A進(jìn)行讀寫(xiě)操作，此時(shí)8237A作為從態(tài)工作，作為CPU的一個(gè)I/O接口。進(jìn)行編程狀態(tài)，受CPU的控制。對(duì)8237A的初始化工作就在這種狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。,

16、8.4 8237A的工作時(shí)序,一、空閑周期 2.檢測(cè)有無(wú)DREQ信號(hào)。以確定有無(wú)I/O設(shè)備送來(lái)的DMA請(qǐng)求。若有DREQ有效，則產(chǎn)生總線請(qǐng)求HRQ，從SI狀態(tài)進(jìn)入S0狀態(tài)，此時(shí)，8237A以主態(tài)工作，以后的工作由8237A控制。,8.4 8237A的工作時(shí)序,二、操作周期 8237A在空閑周期內(nèi)檢測(cè)出DMA請(qǐng)求有效后，便進(jìn)入操作周期，操作周期有6種狀態(tài)，起始態(tài)S0、工作狀態(tài)態(tài)S1、S2、S3、S4、等待態(tài)SW 。 8237A的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 SI 空親狀態(tài)：檢測(cè)CS DREQ S0:起始態(tài)，過(guò)度態(tài)，從發(fā)出HRQ到HLDA有效前 S1:工作狀態(tài)1：準(zhǔn)備高8位地址 S2：工作狀態(tài)2：提供16位地址 S

17、3:工作狀態(tài)3：發(fā)讀信號(hào) S4：工作狀態(tài)4：發(fā)寫(xiě)信號(hào) SW：等待狀態(tài),8.4 8237A的工作時(shí)序,正常時(shí)序：S1 S2 S3 S4 壓縮時(shí)序：S2 S4 擴(kuò)展時(shí)序：S1 S2 S4,8.4 8237A的工作時(shí)序,主菜單,8237A內(nèi)部狀態(tài)變化流程,8.4 8237A的工作時(shí)序,主菜單,通過(guò)對(duì)方式字寄存器的編程，可以設(shè)備某個(gè)通道為自動(dòng)初始化方式。 自動(dòng)初始化方式的功能： 當(dāng)該通道完成一個(gè)數(shù)據(jù)傳送并產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，用基地址寄存器和基字節(jié)寄存器的內(nèi)容，使相應(yīng)的當(dāng)前地址寄存器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值。 自動(dòng)初始化，通道就做好了另一次數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)備。,8.4 8237A的初始化方式,主菜單,利用這種方式，

18、可以使數(shù)據(jù)塊從一個(gè)存儲(chǔ)空間傳磅到另一個(gè)存儲(chǔ)空間，將程序的影響和傳輸時(shí)間減到最小。 這種方式要占用8237A的2個(gè)通道。由通道0提供源地址，通道1提供目的地址。通道1的字節(jié)計(jì)數(shù)器編程為傳送的字節(jié)數(shù)。傳送由設(shè)置一個(gè)通道0的軟件DREQ啟動(dòng)。8237A按正常方式向CPU發(fā)出HRQ,當(dāng)CPU發(fā)出總線響應(yīng)信號(hào)HLDA后，DMA傳送即可開(kāi)始。,8.4 8237A的初始化方式,主菜單,8.5 8237A的寄存器,主菜單,-模式寄存器,8.5 8237A的寄存器,主菜單,8.5 8237A的寄存器,主菜單,-請(qǐng)求寄存器,8.5 8237A的寄存器,主菜單,-屏蔽寄存器,8237A每個(gè)通道有一位“屏蔽位”，當(dāng)其通道的“屏蔽位”置1時(shí)，則外部對(duì)應(yīng)的DREQ信號(hào)被屏蔽，