(選學(xué))第11章DMA接口技術(shù)

(選學(xué))第11章DMA接口技術(shù)第一頁，共35頁。§11.1DMA控制器概要DMA主要用于需要高速大批量數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)中，以提高數(shù)據(jù)的吞吐量，如磁盤存取、圖像處理、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、同步通信等。PC中，還采用DMA技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)存儲器的動態(tài)RAM刷新。第二頁，共35頁。11.1.1DMA控制器的基本功能DMA控制器應(yīng)具有以下基本功能：（1）向CPU提出DMA請求。（2）CPU響應(yīng)DMA請求后，DMA控制器從CPU處獲得對總線的控制權(quán)。（3）提供讀/寫存儲器或I/O設(shè)備的各種命令。（4）確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗嫉刂泛蛿?shù)據(jù)的長度，每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，能自動修改地址數(shù)據(jù)長度。（5）數(shù)據(jù)傳送完畢，發(fā)出結(jié)束DMA傳送信號，將總線控制權(quán)交還給CPU。第三頁，共35頁。11.1.2DMA控制器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

為使DMA控制器正常工作，系統(tǒng)應(yīng)用軟件對DMA控制器進(jìn)行初始化。初始化過程包括兩個(gè)方面：（1）數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)的起始地址或結(jié)束地址→地址寄存器。（2）傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)或字?jǐn)?shù)→計(jì)數(shù)器。第四頁，共35頁。圖11.1DMA控制器的編程結(jié)構(gòu)和外部連線第五頁，共35頁。§11.2DMA控制器8237A11.2.18237A的主要功能與工作模式1.8237A的主要功能

（1）4個(gè)獨(dú)立通道，通道的優(yōu)先級可設(shè)定為固定或循環(huán)方式。（2）每個(gè)通道的DMA請求可分別允許/禁止。（3）每個(gè)通道支持16位地址和64K字節(jié)計(jì)數(shù)，可分別工作在4種傳輸模式下。（4）DMA傳輸速率達(dá)1.6MB/s

（5）可級連擴(kuò)展通道。第六頁，共35頁。2.8237A的操作類型和傳輸模式四種操作類型：（1）DMA寫傳送（I/O設(shè)備→存儲器）。（2）DMA讀傳送（存儲器→I/O設(shè)備）。（3）DMA校驗(yàn)。（4）存儲器→存儲器。第七頁，共35頁。四種傳輸模式：（1）單字節(jié)（單次）傳輸模式。（2）塊（成組）傳輸模式。（3）請求傳輸模式。（4）級連傳輸模式第八頁，共35頁。11.2.28237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳DMA控制器作為總線中的一個(gè)模塊，它一方面可以控制系統(tǒng)總線，作為總線主模塊；另一方面，它又和其它接口一樣，接受CPU對它的讀/寫操作，作為總線從模塊。8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳是與這兩方面的工作情況對應(yīng)的。第九頁，共35頁。1.8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖11.28237A

內(nèi)部結(jié)構(gòu)第十頁，共35頁。（1）地址寄存器

由基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器組成，均為16位，使一次DMA可傳送的地址數(shù)為216（64K）。基地址寄存器：存放本通道DMA傳輸?shù)牡刂烦踔?。?dāng)前地址寄存器：每進(jìn)行一次DMA傳輸后，自動±1；計(jì)到0，自動回到初值。第十一頁，共35頁。（2）字節(jié)計(jì)數(shù)器

由基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器組成，均為16位，使一次DMA傳送的字節(jié)數(shù)為216（64K）?；咀止?jié)寄存器：存放本通道DMA傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)初值，應(yīng)比實(shí)際傳輸字節(jié)數(shù)少1。當(dāng)前地址寄存器：每進(jìn)行一次DMA傳輸后，自動減1，其值由0減到FFFFH，產(chǎn)生計(jì)數(shù)結(jié)束信號EOP。第十二頁，共35頁。2.8237A的外部引腳圖11.38237A

引腳第十三頁，共35頁。11.2.38237A的內(nèi)部寄存器（1）方式寄存器（起始地址＋11）（2）控制寄存器（起始地址＋8）（3）狀態(tài)寄存器（起始地址＋8）（4）請求寄存器（起始地址＋9）（5）屏蔽寄存器（起始地址＋10/14/15）（6）暫存寄存器（起始地址＋13）第十四頁，共35頁。1.方式寄存器用于控制本通道的工作模式。第十五頁，共35頁。2.命令寄存器決定整個(gè)8237A的總體特性。第十六頁，共35頁。3.狀態(tài)寄存器

指出4個(gè)通道是否有DMA請求及計(jì)數(shù)是否結(jié)束，供CPU讀出。第十七頁，共35頁。4.請求寄存器

標(biāo)志某個(gè)通道是否有DMA請求。1表示有請求，0表示無請求。可用軟件置位啟動DMA請求。第十八頁，共35頁。5.屏蔽寄存器（1）通道屏蔽字用于屏蔽或允許某個(gè)通道的DMA請求。第十九頁，共35頁。（2）主屏蔽字一次完成對4個(gè)通道的屏蔽位設(shè)置。第二十頁，共35頁。6.暫存寄存器7.主清命令和清除先/后觸發(fā)器命令

用于存儲器→存儲器傳送時(shí)，暫存從源地址讀出的數(shù)據(jù)。

主清命令使命令、狀態(tài)、請求、暫存寄存器及先/后觸發(fā)器清0，屏蔽寄存器置位。清除先/后觸發(fā)器命令保證向16位寄存器寫基值地址和基值字節(jié)計(jì)數(shù)值時(shí)，先寫低8位，后寫高8位。只要對特定地址進(jìn)行一次寫操作，這兩條命令就生效，與寫入的具體內(nèi)容無關(guān)。第二十一頁，共35頁。7.各寄存器對應(yīng)的端口地址第二十二頁，共35頁。§11.38237A在系統(tǒng)中有效地址的生成

三個(gè)問題：（1）CPU如何對8237A尋址？（2）8237A地址寄存器中存放的是存儲器地址，那么它是如何對I/O尋址的？（3）8237A地址寄存器為16位，那么它是如何尋址20位地址空間（1MB）的？第二十三頁，共35頁。1.8237A的CS及內(nèi)部寄存器口地址的產(chǎn)生DMA在取得總線控制權(quán)之前，由CPU控制地址線對8237A尋址?？诘刂贩秶?000H～000FH，具體分配見前表（教材表8-1）。圖系統(tǒng)板口地址譯碼電路第二十四頁，共35頁。8237A有效地址的生成及頁面地址的使用

當(dāng)DMA在取得總線控制權(quán)后，作為系統(tǒng)主控制器，它如何向存儲器和I/O設(shè)備發(fā)地址信號？（1）如何提供存儲器地址

在系統(tǒng)中設(shè)置DMA頁面地址寄存器，產(chǎn)生DMA通道的高4位地址A16～A19。它與8237A輸出的16位地址一起組成20位地址線，以訪問存儲器全部存儲單元。第二十五頁，共35頁。圖8237A有效地址的生成CH2CH3CH1WBWA寄存器0111011#2#3#頁面寄存器的寫入CH2CH3CH1RBRA0111011#2#3#頁面寄存器的讀出CH0DMA刷新，不用頁面寄存器。寄存器第二十六頁，共35頁。①頁面寄存器74LS670內(nèi)有4個(gè)4位寄存器（0#～4#），高4位地址A16～A19由CPU在初始化編程時(shí)通過D1～4

寫入這些4位寄存器。由于這些4位寄存器與DMA通道由一一對應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)選中某一寄存器讀出，就可以從Q1～4輸出頁面地址至系統(tǒng)地址線A16

～A19。②A8～A15由8273A的DB0～7通過地址鎖存器74LS373的Q0～7輸出。

③A0～A7由8273A的A0～7通過地址驅(qū)動器74LS244輸出。第二十七頁，共35頁。（2）如何提供I/O設(shè)備的地址DACK引腳接至I/O設(shè)備，可作為I/O口地址選擇信號。

DACK信號和RD或WR信號同時(shí)有效，就能完成對I/O設(shè)備端口的讀/寫操作。第二十八頁，共35頁?！?1.48237A的編程及應(yīng)用11.4.18237A的初始化編程

例1：IBMPC/XT系統(tǒng)中BIOS對8237A的初始化。

初始化設(shè)置為：CH0對DRAM刷新，CH2和CH3分別用來進(jìn)行軟驅(qū)、硬盤和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，CH1提供給用戶使用。第二十九頁，共35頁。

初始化內(nèi)容：

（1）設(shè)定命令寄存器的字為00H：禁止存儲器到存儲器傳送，允許8237A操作、正常時(shí)序、固定優(yōu)先級、滯后寫、DREQ高有效、DACK低有效；（2）存儲器起始地址0；（3）基本字節(jié)計(jì)數(shù)器初值為FFFFH，即64KB；（4）CH0工作方式：讀操作、自動預(yù)置、地址加1、單字節(jié)傳送；（5）CH1工作方式：校驗(yàn)傳送、禁止自動裝入、地址加1、單字節(jié)傳送；（6）CH2（軟磁盤）、CH3（硬磁盤）工作方式與CH1相同。初始化程序詳見教材p245～246。第三十頁，共35頁。11.4.18237A的應(yīng)用

例2：利用IBMPC/XT系統(tǒng)板上的8237A通道1進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集。

使通道1工作在請求傳送方式，即只要DREQ1信號有效，DMA就傳送數(shù)據(jù)，DREQ1失效就暫停，當(dāng)前地址寄存器和字節(jié)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容不變，一旦DREQ1再次有效，又繼續(xù)，直至預(yù)置的字節(jié)數(shù)全部傳送完畢，由8237A發(fā)出結(jié)束信號T/C為止。第三十一頁，共35頁。圖DMA方式高速數(shù)據(jù)采集接口原理框圖第三十二頁，共35頁。

由于BIOS已對8237A進(jìn)行了初始化，下面的數(shù)據(jù)采集程序不需再對地址寄存器和字節(jié)計(jì)數(shù)器進(jìn)行，而只要對方式、命令等內(nèi)部寄存器進(jìn)行即可。這里僅需考慮以下幾個(gè)問題：（1）選定傳輸通道：CH1；（2）設(shè)定傳送的存儲器地址：2000H；（3）設(shè)定傳送的總字節(jié)長度：64KB；（4）規(guī)定傳送方向：I/O→M；（5）傳送方式：請求傳送；（6）設(shè)置DMA請求屏蔽字。設(shè)待采集數(shù)據(jù)存放的實(shí)際地址為20000H～2FFFFH。利用CH1，以請求傳送方式采集64KB數(shù)據(jù)的程序段如下：第三十三頁，共35頁。INTCH1:MOVAL,05H ;設(shè)置方式字

OUT0BH,AL ;MOVAL,02H ;設(shè)頁面地址

OUT83H,AL ;MOVAL,00H ;