第04章dma技术剖析

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1、1,第4章 DMA技术,主要内容：1、DMA传送的特点 2、DMA传送的过程 3、DMA传送的方式 4、DMA控制器 5、DMA系统 6、DMA传送的应用 重点内容： DMA方式的有关概念及应用,2,第4章 DMA技术,一、DMA方式（direct memory access）,直接存储器存取DMA是指计算机的外设与存储器之间或 存储器与存储器间直接进行数据交换的一种方式。 在这种方式下，DMA控制器拥有总线控制权，操纵数据 在存储器与外设间直接传送，不需要CPU执行指令。,、DMA传送,DMA读传送,DMA写传送,存储单元传送,I/O RAM,RAM I/O,RAMRAM,3,第4章 DMA

2、技术,2、DMA传送过程,（1）I/O端口向DMA发出DMA请求DREQ； （2）DMAC向CPU发出总线请求HRQ，请求CPU让出总线控制权； （3）CPU在每个总线周期结束时检测HRQ，响应DMAC的HRQ请求， CPU与总线间成高阻态，向DMAC发回总线响应信号HLDA； （4）DMAC接管总线控制权，DMAC向I/O设备发出DMA响应信号； （5）DMAC把要进行DMA传送涉及RAM地址送地址线，则DMAC向 端口或RAM发R/W命令来完成数据传送。 （6）当传送结束，DMAC将总线请求信号变得无效。,4,第4章 DMA技术,3、DMA传送方式与中断传送方式的区别,（1）传送速度：DM

3、A一个总线周期传送一个字节；中断程序 （2）响应速度：DAM总线周期结束；指令结束 （3）请求方式：外部和内部中断；DMA软件和硬件发出,4、DMA占用总线方式,（1）周期挪用：挪用CPU不访问存储器的机器周期进行DMA 操作。DMA操作不影响CPU的工作，电路复 杂。 （2）周期扩展：采用专门的时钟发生电路加宽 CPU 的时钟周 期，利用 CPU 每个时钟周期的剩余时间进行 DAM操作。降低CPU速度。 （3）CPU停机：在DMA操作期间，CPU 交出总线的控制权， 由DMA控制器接管总完成数据传送。CPU不 能使用总线，只能进行内部操作。,5,第4章 DMA技术,二、8237A的引脚功能和

4、内部结构,1、8237A的基本功能,（3）8237具有4种传送方式：单字节传送方式，数据块传送 方式，请求传送方式和级连传送方式。,（1）每片8237内部有4个独立的通道，每个通道可分别进行 数据传送，一次传送的最大字节数为64KB，能实现存 储器与外设或存储器与存储器两个区域的数据传送。,（2）每个通道的DMA请求可以分别被允许或禁止，具有不 同的优先级， 并且每个通道的优先级可以时固定的， 也可以是循环的。,6,第4章 DMA技术,2、8237A的引脚及功能,READY：准备好信号 表示存储器或外设 已经准备好，用于 DMA 操作时与慢 速存储器或外部设 备同步。,HLDA：总线响应信号

5、是CPU对HRQ信号 的响应，通知 8237 接管总线的控制权。,ADSTB：地址选通输出信号 在DMA传送期间，此信号用 于将D7D0输出的当前地址 寄存器中高 8 位地址送到外 部地址锁存器，与 8237 芯片 直接输出的低 8 位地址A7 A0构成内存单元地址的偏移 量。,AEN：地址允许输出信号 允许8237将高8位地址输出至 地址总线，同时使与 CPU 相 连的地址锁存器无效， 禁止 CPU 使用地址总线，AEN 为 低电平时， 8237 被禁止， CPU占用总线。,HRQ：总线请求输出信号 当 8237的任一个未屏 蔽通道接收到 DREQ 请求时，8237向CPU 输出HRQ信号，

6、请求 CPU 出让总线的控制 权。,CLK：时钟脉冲输入信号 用以控制8237内部操 作及数据传输率。,DREQ0DREQ3：DMA请求信号 通道 30分别对应 DREQ3 DREQ0， 当外设请求DMA服 务时，由I/O接口向 8237 发出 DREQ 请求信号， 直到收到 DMA 响应信号DACK后， 信 号才撤消，在优先级固定方式 下，DREQ0最高。,RESET：复位输入信号 复位后8237处于空 闲状态，清零内部 各寄存器，并置位 屏蔽触发器。,DACK0DACK3 ： DMA响应信号 是8237对DREQ信号的 响应， 当 8237 接收到 DMA 响应信号后， 开 始DMA传送。

7、,D0D7：8位数据总线 CPU读取状态寄存器、现 行地址寄存器、字节数计 数器的内容并可向8237写 入控制命令进行初化编程； 在DMA传送期间输出当前 地址寄存器中的地址与A7 A0组成16位地址。,A0A3 ：地址线 为输入信号时，用于8237 内部寄存器寻址使用。 为输出信号时， 与 A7 A4 构成内存地址单元的 低8位地址。,7,第4章 DMA技术,3、8237A的内部结构,基地址寄存器：用来保存DMA传送时本通道所用到的数据段地址 初值，由CPU对8237进行初始化编程时写入的。,当前地址寄存器：用来保存DMA传送过程中现行地址值，初值时该寄存器的 值是与基地址寄存器相同，每次D

8、MA传送后其内容自动增 1或减1。,基字节寄存器：用来保存整个DMA操作过程中要传送数据的字节 数，这个初值由CPU在编程时写入的。,当前字节寄存器：保存当前要传送的字节数，每次DMA传送后内 容减1，在自动预置状态下，EOP有效可自动恢 复起始状态。,方式寄存器：用在CPU对8237初始化编程时设定8237的工作模式、 地址增减、是否自动预置、传输类型及通道选择。,暂存器：在DMA进行RAM传送方式时，它暂存中间数据。,8,第4章 DMA技术,4、8237A的内部逻辑框图,9,第4章 DMA技术,三、8237A的初始化编程,8237工作前由CPU对其进行初始化编程，设定内部寄存器 的值。一是

9、设定通道计数初始值（基地址与当前地址寄存器、 基字节数与当前字节计数寄存器）， 二是设置通道功能（设置 工作模式寄存器、设置屏蔽寄存器、设置命令寄存器）,、8237A的工作模式,（1）单字节传送模式,每次只传送1个字节。8237每传送一个字节的数据 后， 当前字节计数器减 1 ， 当前地址寄存器也要修改 （增1或减1），HRQ无效，释放系统总线， 由CPU接 管总线。若当前字节计数器为 0，则结束 DMA 传送。 否则 8237 会对 DREQ 信号进行检测，当DREQ有效， 立即向CPU发出总线总线请求信号，获总线控制权后， 再传送下一个字节。,10,第4章 DMA技术,（2）块传送模式,8

10、237获得总线控制权后，可以完成一个数据块的传输，直到 当前字节计数器减为 0 ， 或由外部接口输入有效的 EOP 信号， 8237才释放总线，将总线控制权交还CPU。,（3）请求传送模式,可连续传输多个字节的数据。当出现当前字节计数器减为0、 外部EOP有效、 外界的DREQ变为无效时， 8237结束传送释放总 线，由 CPU接管总线。若此时当前字节计数器不为 0， 8237 相应 通道将保存当前地址和字节寄存器的中间值， 当 8237 检测到 DREQ后，传送可继续进行。,（4）级连传送模式,通过级连方式扩展数据传输通道。构成主从式DMA系统，主 片的DREQ和DACK分别接从片的HRQ和

11、HLDA， 主片的HRQ和 HLDA连接系统总线。5片8237构成的二级主从式DMA系统中， DMA数据通道可扩展到16个。,11,第4章 DMA技术,（1）模式(方式）寄存器（0BH）,、8237A的工作模式,12,第4章 DMA技术,例：PC机软盘读/写操作选择DMA通道 2，单字节传送，地 址加1； 不用自动预置，分别写出读盘和写盘和校验操 作的模式命令字。 写操作：01000110B=46H；读盘（DMA写） 读操作：01001010B=4AH；写盘（DMA读） 校验操作：01000010B=42H；校验盘（DMA校验） 因此，若采用上述方式从软盘上读出的数据存放在内存 区，则方式字为

12、46H，若从内存取出数据写到软盘上， 则方式字为4AH。,13,第4章 DMA技术,（2）控制寄存器（08H）,14,第4章 DMA技术,例：PC机8237按如下要求工作，禁止存储器到存储器 传送，正常时序， 滞后写入， 固定优先级，允许 8237 工作， DREQ 和 DACK 均为高电平， 写出 8237的控制字。 命令字为：00000000B=00H 将命令字写入命令口的程序段为： MOV AL，00H OUT 08H，AL,15,第4章 DMA技术,（3）状态寄存器（08H）,16,第4章 DMA技术,（4）请求寄存器（09H）,DMA请求可由I/O设备发出也可由软件发出。,例：某PC

13、机使用通道进行RAM到RAM间的数据传送，写出CPU 向请求寄存器写入的代码。,17,第4章 DMA技术,（5）单通道屏蔽寄存器（09H）,18,第4章 DMA技术,（6）多通道屏蔽寄存器（0FH）,19,第4章 DMA技术,（7）地址寄存器00H（基地址和当前地址寄存器）：初始时写入,（8）字节寄存器01H（基本字节和当前字节寄存器）：初始时写入,（9）清屏蔽寄存器0EH 无论是RESET复位还是软复位，屏蔽寄存器均被置1，DMA 请求被禁止。当DMA传送结束，EOP*有效，会自动置1屏蔽寄存 器。因此初始化时必须清除屏蔽触发器。 方法：对端口DMA+0EH进行一次写操作，可清除4个通道的屏

14、蔽 触发器。 MOV DX , DMA+0EH MOV AL , 0 OUT DX , AL,20,第4章 DMA技术,（11）暂存寄存器（0DH） 4个通道共用的8位寄存器在DMA控制器实现存储 器到存储器的传送方式时，它暂存中间数据，CPU 可 以读取暂存器中的内容，其值为最后一次传送的数据。,（10）先/后触发器（0CH） 为设置基址寄存器的初始值顺序而设置的。 8237A只有8条数据线，而基地址寄存器和基字节 寄存器都是16位，预置初值时需分两次进行，使用先/ 后触发器时，先将其清零， 写入低字节操作后，触发 器变1，再写高字节。,21,第4章 DMA技术,3、8237A的软命令,只需

15、对特定端口（寄存器）进行一次写操作就 可以完成指定操作与写入的数据无关。,（1）清先/后触发器（0CH） （2）总清除命令（0DH）软件复位命令 与硬件reset信号相同，可使控制寄存器、状态 寄存器、 DMA 请求寄存器、暂存器及先/后触 发器清0，使屏蔽寄存器置1。 （3）清屏蔽寄存器命令（0EH）,22,第4章 DMA技术,4.5 DMA系统,一、DMA系统组成,DMA系统由DMA控制器8237A和DMA页面地址 寄存器及总线裁决逻辑构成。,23,第4章 DMA技术,24,第4章 DMA技术,二、DMA系统有效地址的生成,当DMAC作为主设备，如何为存储器提供足够的地址信号 线，如何对I

16、/O设备寻址。,1、存储器地址的形成 DMA页面地址寄存器,25,第4章 DMA技术,26,第4章 DMA技术,WRTDMAPGREG = 0（80H9FH）,DMAAEN = 0（80H9FH）DACK低电平有效,27,第4章 DMA技术,2、I/O设备寻址,DMA方式传送的I/O 设备，在进行读写数据时， 只要 DACK 信号和RD或 WR 信号同时有效，就能 完成对 I/O 设备端口的读 或写操作，与 I/O 设备的 端口地址无关。,三、PC机的DMA系统,1、单片DMAC的DMA系统,28,第4章 DMA技术,2、双片DMAC的DMA系统,29,第4章 DMA技术,通道号,端口名称,8237A（0）,8237A（1）,0,基/当前地址寄存器 基/当前字节计数器,00H 01H,C0H C2H,1,基/当前地址寄存器 基/当前字节计数器,02H 03H,C4H C6H,2,基/当前地址寄存器 基/当前字节计数器,04H 05H,C8H CAH,3,基/当前地址寄存器 基/当前字节计数器,06H 0