第09章 DMA控制接口

第9章DMA控制接口9.1DMA控制器概述9.2可編程DMA控制器8237A1第9章DMA控制接口為了實(shí)現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送，通常采用程序控制方式、中斷方式和DMA方式這樣三種數(shù)據(jù)傳送方式。2程序控制方式和中斷方式程序控制方式和中斷方式都需要CPU作為中介：

外設(shè)

CPU內(nèi)存兩個(gè)含義：

1）軟件：外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)CPU執(zhí)行程序來(lái)完成的

2）硬件：I/O接口和存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)控制信號(hào)、地址信號(hào)都是由CPU發(fā)出的（總線由CPU控制）。缺點(diǎn)：程序的執(zhí)行速度限定了傳送的最大速度—解決：DMA傳輸39.1.1、DMA傳送的特點(diǎn)1.DMA傳送的特點(diǎn):

外設(shè)

內(nèi)存外設(shè)直接與存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，CPU不再擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎?；總線由DMA控制器（DMAC）進(jìn)行控制（CPU要放棄總線控制權(quán)），內(nèi)存/外設(shè)的地址和讀寫(xiě)控制信號(hào)均由DMAC提供。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸由DMA硬件來(lái)控制，數(shù)據(jù)直接在內(nèi)存和外設(shè)之間交換，可以達(dá)到很高的傳輸速率4DMA傳送類型DMA讀——把數(shù)據(jù)由存儲(chǔ)器傳送到外設(shè)由MEMR*有效從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，由IOW*有效把這一數(shù)據(jù)寫(xiě)入外設(shè)DMA寫(xiě)——把外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)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(xiě)入存儲(chǔ)器。DMA檢驗(yàn)——空操作8237A不進(jìn)行任何檢驗(yàn)外設(shè)可以進(jìn)行DMA校驗(yàn)存儲(chǔ)器和I/O控制線保持無(wú)效，不進(jìn)行傳送5CPU外設(shè)存儲(chǔ)器總線：執(zhí)行程序指令的數(shù)據(jù)傳送路徑；：DMA方式的數(shù)據(jù)傳送路徑兩種不同的數(shù)據(jù)傳送路徑6DMA傳送方式通常用來(lái)高速傳送大批量的數(shù)據(jù)塊。如：硬盤和軟盤I/O；快速通信通道I/O；多處理機(jī)和多程序數(shù)據(jù)塊傳送；在圖像處理中，對(duì)CRT屏幕送數(shù)據(jù)；快速數(shù)據(jù)采集；

DRAM的刷新操作。72、DMA控制器的基本功能①能接收外設(shè)的DMA請(qǐng)求，并能向CPU發(fā)出總線保持請(qǐng)求，以便取得總線使用權(quán)。②能接收CPU的總線保持允許信號(hào)，并能實(shí)行對(duì)總線的控制。③在獲得總線控制權(quán)后，能提供訪問(wèn)存儲(chǔ)器和I/O端口的地址，并在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中能夠自動(dòng)修改地址指針，以便指向下一個(gè)要傳送的數(shù)據(jù)單元。④在DMA期間向存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備發(fā)出所需要的控制信號(hào)，如讀/寫(xiě)控制信號(hào)等。⑤能控制數(shù)據(jù)傳送過(guò)程的進(jìn)行和結(jié)束。⑥當(dāng)DMA傳送結(jié)束時(shí)，能向CPU發(fā)出DMA結(jié)束信號(hào)，以便CPU恢復(fù)對(duì)總線的控制。83、DMA控制器的基本組成①地址寄存器②字節(jié)計(jì)數(shù)器③控制寄存器④狀態(tài)寄存器⑤內(nèi)部定時(shí)與控制邏輯99.1.2DMA傳送機(jī)制

①系統(tǒng)總線CPUDMAC存儲(chǔ)器外設(shè)接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADRQDACK②③④⑤AENIOWIORMEMWMEMR①外設(shè)發(fā)出DMA請(qǐng)求②DMAC向CPU申請(qǐng)總線③CPU完成當(dāng)前總線周期后響應(yīng)，并釋放總線控制權(quán)④DMAC得到總線控制權(quán)，并發(fā)出DMA響應(yīng)信號(hào)⑤由DMAC發(fā)出各種控制信號(hào)，控制外設(shè)與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送⑥數(shù)據(jù)傳送完后，DMAC撤銷HOLD信號(hào)⑦CPU釋放HLDA信號(hào)，并重新控制總線⑥⑦10DMA傳送流程返回11DMAC占用總線控制權(quán)的方法（1）周期挪用（2）周期擴(kuò)展（3）CPU停機(jī)12單字節(jié)操作方式。每個(gè)DMA周期只傳送一個(gè)字節(jié)就立即釋放總線。連續(xù)操作方式。只要DMA操作開(kāi)始，DMAC始終占用總線，而不管中間DREQ是否有效，直到DMA操作完成，才把總線控制權(quán)交還CPU。請(qǐng)求操作方式。如果有DMA請(qǐng)求，則DMAC就占用總線；當(dāng)DMA請(qǐng)求無(wú)效，或DMA操作完成，或由外部傳來(lái)過(guò)程結(jié)束信號(hào)（EOP）時(shí)，DMAC都會(huì)釋放總線。級(jí)聯(lián)傳送方式。

2．DMA控制器的傳送方式131）主動(dòng)態(tài)在DMAC獲得總線控制權(quán)之后，DMAC取代CPU而成為系統(tǒng)的主控者，接管和控制系統(tǒng)總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）。通過(guò)總線向存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備發(fā)出地址、讀/寫(xiě)信號(hào)，以控制在兩個(gè)實(shí)體之間的傳送2）被動(dòng)態(tài)

在DMAC獲得總線控制權(quán)之前，DMAC受CPU控制。此時(shí)，CPU可對(duì)DMAC進(jìn)行初始化編程，也可從DMAC中讀出狀態(tài)。當(dāng)DMAC上電或復(fù)位時(shí)，DMAC自動(dòng)處于被動(dòng)態(tài)。3、DMA控制器在系統(tǒng)中的地位149.2可編程DMA控制器8237A9.2.18237A的引腳信號(hào)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)8237A的主要特性①具有4個(gè)獨(dú)立的DMA通道，每個(gè)通道都可獨(dú)立地進(jìn)行初始化。②每個(gè)通道的DMA請(qǐng)求都可以被允許或禁止。③每個(gè)通道的DMA有不同的優(yōu)先級(jí)，既可以是固定優(yōu)先級(jí)，也可以是循環(huán)優(yōu)先級(jí)。④每個(gè)通道進(jìn)行一次傳送的最大字節(jié)數(shù)為64K。⑤提供4種傳送方式：?jiǎn)巫止?jié)傳送方式、數(shù)據(jù)塊傳送方式、請(qǐng)求傳送方式和級(jí)聯(lián)傳送方式。⑥多個(gè)8237A芯片可以級(jí)連，擴(kuò)展通道數(shù)15182C37A的引腳功能162.8237A內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)178237A的內(nèi)部寄存器

18端口通道I/O口地址寄

存

器讀

操

作寫(xiě)

操

作DMA+0000H讀通道0的地址計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道0的地址初值寄存器和地址計(jì)數(shù)器DMA+101H讀通道0的字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道0的字節(jié)數(shù)初值寄存器和字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器DMA+2102H讀通道1的地址計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道1的地址初值寄存器和地址計(jì)數(shù)器DMA+303H讀通道1的字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道1的字節(jié)數(shù)初值寄存器和字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器DMA+4204H讀通道2的地址計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道2的地址初值寄存器和地址計(jì)數(shù)器DMA+505H讀通道2的字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道2的字節(jié)數(shù)初值寄存器和字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器DMA+6306H讀通道3的地址計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道3的地址初值寄存器和地址計(jì)數(shù)器DMA+707H讀通道3的字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器寫(xiě)通道3的字節(jié)數(shù)初值寄存器和字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器DMA+8公用08H讀狀態(tài)寄存器寫(xiě)控制（命令）寄存器DMA+909H—寫(xiě)請(qǐng)求寄存器DMA+100AH—寫(xiě)單個(gè)通道屏蔽寄存器DMA+110BH—寫(xiě)工作方式寄存器DMA+120CH—寫(xiě)清除先/后觸發(fā)器命令（軟命令）DMA+130DH讀暫存寄存器寫(xiě)總清除命令（軟命令）DMA+140EH—寫(xiě)清除屏蔽寄存器命令（軟命令）DMA+150FH—寫(xiě)綜合屏蔽命令191.工作方式寄存器的格式D7D6D5D4D3D2D1D0工作方式選擇地址增減選擇自動(dòng)預(yù)置選擇傳送類型選擇通道選擇00=請(qǐng)求傳送01=單字節(jié)傳送10=塊字節(jié)傳送11=級(jí)聯(lián)傳送0=地址加11=地址減10=禁止1=允許00=校驗(yàn)傳送01=寫(xiě)傳送10=讀傳送11=無(wú)意義00=選擇通道001=選擇通道110=選擇通道211=選擇通道39.2.28237A的寄存器格式及其編程命令209.2.28237A的寄存器格式及其編程命令【例9.1】PC系列微機(jī)軟盤讀/寫(xiě)操作選擇DMA通道2，單字節(jié)傳送，地址增1，不用自動(dòng)預(yù)置，其讀、寫(xiě)、校驗(yàn)操作的方式如下：寫(xiě)操作:01000110B=46H ;讀盤,DMA寫(xiě)讀操作:01001010B=4AH ;寫(xiě)盤,DMA讀校驗(yàn)操作:01000010B=42H ;校驗(yàn)盤,DMA校驗(yàn)212.控制寄存器的格式22【例9.2】PC微機(jī)中的8237A按照如下要求工作：禁止存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送，正常時(shí)序，滯后寫(xiě)入，固定優(yōu)先級(jí)，允許工作，DREQ高有效，DACK低有效，控制字為00H，將此命令寫(xiě)入控制寄存器的程序段為：MOVAL,00H ;控制字=00000000BOUT08H,AL ;控制口地址08H233.請(qǐng)求寄存器存放軟件DMA請(qǐng)求狀態(tài)除硬件DMA請(qǐng)求外，當(dāng)工作在數(shù)據(jù)塊傳送方式時(shí)也可以通過(guò)軟件發(fā)出DMA請(qǐng)求若是存貯器到存貯器傳送，則必須由軟件請(qǐng)求啟動(dòng)通道0243.請(qǐng)求寄存器的格式25例如，如果用軟件請(qǐng)求使用通道1進(jìn)行DMA傳送，則向請(qǐng)求寄存器寫(xiě)入05H代碼即可。MOVAL,05H ;請(qǐng)求字=00000101BOUT09H,AL ;請(qǐng)求寄存器端口地址09H264.屏蔽寄存器的格式控制外設(shè)硬件DMA請(qǐng)求是否被響應(yīng)（為0允許），各個(gè)通道互相獨(dú)立。3種方法：?jiǎn)瓮ǖ榔帘巫种粚?duì)一個(gè)DMA通道屏蔽位進(jìn)行設(shè)置主屏蔽字對(duì)4個(gè)DMA通道屏蔽位同時(shí)進(jìn)行設(shè)置清屏蔽寄存器命令使4個(gè)屏蔽位都清零（允許）復(fù)位使4個(gè)通道全置于屏蔽狀態(tài)當(dāng)一個(gè)通道的DMA過(guò)程結(jié)束，如果不是工作在自動(dòng)初始化方式，則這一通道的屏蔽位置位，必須再次編程為允許，才能進(jìn)行下次DMA傳送27單通道屏蔽字格式28主屏蔽字格式D7D6D5D4D3D2D1D0任意Di＝0清通道I屏蔽位Di＝1置通道I屏蔽位29D7D6D5D4D3D2D1D0通道3通道2通道1通道0通道3通道2通道1通道00=沒(méi)有請(qǐng)求；1=有請(qǐng)求0=計(jì)數(shù)未結(jié)束；1=計(jì)數(shù)結(jié)束可由CPU讀取低4位反映讀命令這個(gè)瞬間每個(gè)通道是否產(chǎn)生TC（為1，表示該通道傳送結(jié)束）高4位反映每個(gè)通道的DMA請(qǐng)求情況（為1，表示該通道有請(qǐng)求）狀態(tài)位在復(fù)位或被讀出后，均被清零5.狀態(tài)寄存器306軟命令2）清字節(jié)指示器軟命令MOV AL,0XXH ;0XXH為AL中任意值OUT 0CH,AL ;先/后觸發(fā)器被清“0”1）總清除軟命令MOVAL,0XXH ;0XXH為AL中任意值OUT 0DH,AL ;寫(xiě)入總清端口，執(zhí)行總清除命令3）清屏蔽寄存器軟命令。MOVAL,0XXH;0XXH為AL中任意值OUT0EH,AL ;寫(xiě)入清屏蔽寄存器端口319.2.48237A的使用和編程◆初始化編程的步驟：①輸出主清除命令②方式字寫(xiě)入方式寄存器③命令字寫(xiě)入控制寄存器④寫(xiě)入相應(yīng)通道當(dāng)前地址寄存器和基地址寄存器初值⑤寫(xiě)入當(dāng)前字節(jié)寄存器和基字節(jié)寄存器的初值⑥解除屏蔽，準(zhǔn)備接收DMA請(qǐng)求⑦寫(xiě)入請(qǐng)求寄存器，可以由軟件啟動(dòng)DMA，否則由DREQ啟動(dòng)32DMA傳送實(shí)驗(yàn)在內(nèi)存6000H:0開(kāi)始單元存放10個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)DMA控制器8237進(jìn)行初始化，使每一次DMA請(qǐng)求從內(nèi)存向外設(shè)傳送一字節(jié)數(shù)據(jù)。33DMA傳送實(shí)驗(yàn);由內(nèi)存向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)。datasegmentout_datadb01,02,04,08,10h,20h,40h,80h,0ffh,00hdataendsextrasegmentat6000hextdb10dup(?)extraends34codesegmentassumecs:code,ds:data,es:extrastart:mov

ax,data

mov

ds,ax

mov

ax,extra

mov

es,ax leasi,out_data leadi,ext

cld

movcx,10 repmovsb35

out0ch,al;清字節(jié)指針

moval,49h;寫(xiě)方式字

out0bh,al

moval,06