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1、微型机原理与技术CH9 DMA控制器的编 程结构及编程主要内容DMA 控制器概要DMA 控制器8237的原理8237A的工作方式和寄存器9.19.29.328237A各寄存器对应的端口地址9.48237A的编程和应用9.5DMA 传输的特点9.0lDMAnDMA (Direct Memory Access)：让存储器与高 速外设直接进行数据交换而无需CPU的干预。l特点nDMA传送期间，DMA控制器(DMAC)接管了 CPU对总线的控制权。nDMA方式中，内存地址的修改、传送结束的判 断都由硬件电路实现。即：用硬件控制代替了 软件控制。nDMA控制器是实现DMA传送的核心器件。 39.0 DM
2、A传送的特点l应用场合nDMA方式主要用于高速大批量传输数据 的场合。如：硬盘和软盘外设；快速通信通道；多处理机和多程序数据块传送；图像处理中向CRC屏幕传送数据；快速数据采集；DRAM的刷新操作。 49.0 DMA传送的特点59.1 DMA控制器概要lDMA的传送过程分5个阶段：1. 初始化阶段6 要传送的数据字节数 数据在存储器中的起始地址 传送方向 DMAC的通道号 DMAC 9.1 DMA控制器概要2. 申请阶段当外设有DMA需求，并且已准备就绪，则向 DMA控制器发出DMA请求信号DREQ。DMA控制器接收到DMA请求信号后，向CPU 发出总线请求信号HRQ。该信号连接到CPU的 H
3、OLD信号。7CPU DMAC 外部设备DREQHRQ9.1 DMA控制器概要3. 响应阶段CPU收到DMA的HRQ 请求后，若允许DMA 传输，则在当前总线 周期结束后，释放总 线控制权，并向 DMAC发HLDA信号， 通知其CPU已交出总 线。8CPU检测HRQHRQ有效且LOCK无效CPU交出总线CPU向DMAC发HLDAYNDMAC成为总线主控者 9.1 DMA控制器概要4. 数据传送阶段DMA控制器获得总线的控制权，向外设发送 应答信号DACK，通知外设可以进行DMA传输 了。DMA控制器送出地址信号和控制信号，实现 外设与内存的数据传输。9外部设备 DMAC 存储器 DACK地址信
4、号读写信号9.1 DMA控制器概要5. 传送结束阶段DMAC向外设发送 EOP信号，外设撤 销DREQ请求，同 时HRQ和HLDA信 号变为无效， DMAC释放总线， CPU重获总线控制 权。10CPU重获总线控制权DMAC向外设发 EOP信号外设撤消DREQ 信号HRQ和HLDA变 为无效DMAC交出总线 控制权9.1 DMA控制器概要lDMA控制器8237A-5 的基本特点n8237A-5是一个高性能通用可编程DMAC。n具有4个独立的通道，通过级联方式进行扩充。最多可 扩展4个从片，即16个DMA通道。每个通道可传输的最 大数据块均为64KB。n可实现内存到外设、外设到内存以及内存到内存
5、之间的 高速数据传输，最高数据传输速率可达1.6MB/s。n具有多种控制方式和操作类型。119.2 DMA控制器8237A的原理129.2 DMA控制器8237A的原理lDMA控制器的2种状态n主动工作态：主模块在主动工作状态下，DMAC取代处理器CPU，获得 了对系统总线的控制权，成为系统总线的主控者， 向存储器和外设发号施令。n被动工作态：从模块在被动工作状态下，DMAC接受CPU对它的控制和 指挥。例如：对DMAC进行初始化编程以及从 DMAC读取状态等。1. 8237A的编程结构l8237A-5外部特性n概况40引脚双列直插 封装。n引脚说明139.2 DMA控制器8237A的原理l8
6、237A内部结构n4个DMA通道和一个公共控制部分。n每个DMA通道包括：基本地址寄存器、当前地址寄存器基字节寄存器、当前字节计数器n公共控制部分：工作方式寄存器、命令寄存器、状态寄存器请求寄存器、屏蔽寄存器、暂存寄存器149.2 DMA控制器8237A的原理159.2 DMA控制器8237A的原理图9.1 8237A的编程结构和外部连接（1） 请求与应答信号DREQ3 DREQ0：DMA通道请求输入信号（由外设提供）。 有效电平可高可低，由程序选定。 优先级：DREQ0最高， DREQ3最低。DACK3 DACK0：DMA响应输出信号（外接外设）。有效电平 可高可低，由程序选定。 8237A
7、在同一个时间，只能有一个 DACK应答信号有效。HRQ：8237A-5向CPU发出的总线请求信号，高电平有效。HLDA：CPU发给8237A-5的总线请求响应信号。高电平有效。 有效时表示CPU已让出总线。16外部设备 DMAC DREQCPU HRQHLDADACK9.2 DMA控制器8237A的原理2. 8237A的外部信号（2）地址信号线A3 A0：地址线，双向三态。l 被动状态下，为输入，作为CPU对8237A内部的 16个寄存器与计数器寻址之用。l 主动状态下，为输出，作为20位存储器地址的最 低4位。A7 A4：地址线，单向。l 主动状态下，为输出。作为访问20位存储器地址 低8位
8、中的高4位。179.2 DMA控制器8237A的原理2. 8237A的外部信号（3）数据信号DB7 DB0：地址数据复用线，双向三态。l被动状态下，为双向数据线。用于CPU对8237A 进行初始化，或DMA传输结束后传送状态。l主动状态下，分时复用作为访问存储器的高8位 地址线和数据线。在存储器到存储器传送方式中 ，作为数据的输入输出端。189.2 DMA控制器8237A的原理2. 8237A的外部信号（4）控制信号CS：片选信号，低有效。被动状态下用于CPU对8237的寻址。CLK：控制芯片内部操作和数据传输。RESET：输入信号，复位8237A。IOR/IOW：读写控制信号。l被动状态下，
9、为输入。用于CPU向DMAC写命令或初始化参 数，或CPU读取8237A内部寄存器状态。l主动状态下，为输出。对外设进行读写。MEMR/MEMW：存储器读/写信号，单向输出。当8237A为主动 工作状态时，对存储器进行读写。199.2 DMA控制器8237A的原理2. 8237A的外部信号ADSTB：地址选通信号。此信号有效时，DMA控制器的当前 地址寄存器中的高8位地址通过DB0DB7送到外部锁存器。AEN：地址允许。使地址锁存器中的高8位地址送地址总线。READY：准备就绪信号。低电平时，8237A处于等待状态， 高电平表示外设或存储器准备就绪。EOP：DMA传输过程结束信号。DMA传送过
10、程结束，则从 EOP输出一个低有效脉冲。若从EOP输入低脉冲信号，则表 明外部强制结束DMA传送。209.2 DMA控制器8237A的原理（4）控制信号lDMA的传送类型n数据传送：把源地址的数据传送到目的地址去。DMA读：把数据由存储器传送到外设。DMA写：把外设输入的数据写入存储器。存储器与存储器之间的传递。读/写操作均是针对存储器而言。n数据校验：对数据块内的每个字节进行校验。n数据检索：在指定的内存区域内查找某个关键字节 或某几个关键数据位是否存在，如果查到了，就停 止检索。9.3 8237A的工作方式和方式寄存器n单字节传送方式每次传送一个字节，然后 释放总线控制权。传送下 一个字节
11、时，重新申请使 用总线。特点CPU在每个DMA周期结 束后立即控制总线。对系 统影响不大。CPU和DMAC轮流控制系 统总线，传输效率低。 229.3 8237A的工作方式和方式寄存器允许 DMADMAC发总线请求CPU响应DMA 放弃总线DMAC控制 传一个字节放弃总线中断请求NDMA 放 弃 总 线NYYDMA请求？块结束否？1. 8237A的工作方式和方式寄存器8237A的四种工作方式n数据块传送方式只要DMA一启动，DMAC 始终占用总线，直到数据 传送结束，或外部强制停 止，才交出总线控制权。特点效率高。DMA传输期间CPU长时 间不能控制总线。若一 次传输的数据较多，对 系统会有一
12、定响应。23YNDMAC控制传一个字节放弃总线中断请求CPU 响应 DMA 放弃总线DMAC发总线请求允许 DMADMA请求？块结束？8237A的四种工作方式9.3 8237A的工作方式和方式寄存器1. 8237A的工作方式和方式寄存器n请求传送方式当8237A检测到DREQ请求时就传输一字节，当DREQ 无效，或操作结束，或由外部送来结束信号EOP， DMAC都会释放总线，把总线控制权交还CPU。具体实现：每传完一个字节，DMAC都会检测外设的 DREQ请求。若DREQ无效，则马上停止DMA传输， 将总线控制权交给CPU。特点实现灵活，DMA操作可由外设用DREQ信号控制发送过 程。2482
13、37A的四种工作方式9.3 8237A的工作方式和方式寄存器1. 8237A的工作方式和方式寄存器25允许DMADMAC发出总线请求CPU响应DMA放弃总线DMAC控制传一个字节放弃总线中断请求YY放弃总线NNYDMA请求？块结束？DMA请求？Nn级联传送方式将多个DMAC连在一起，一个为主，其余为从。从片 收到外设的DMA请求后，不是向CPU申请总线，而是 向主片申请，再由主片向CPU申请。268237A的四种工作方式9.3 8237A的工作方式和方式寄存器1. 8237A的工作方式和方式寄存器278237A的方式寄存器9.3 8237A的工作方式和方式寄存器1. 8237A的工作方式和方式
14、寄存器例：PC系列软盘读写操作选择DMA通道2，单字节传送 ，地址增1，不用自动预置，其写、读、校验操作的方 式字分别如下：l写操作：01000110 = 46H。l读操作：01001010 = 4AH。l校验操作：01000010 = 42H。9.3 8237A的工作方式和方式寄存器1. 8237A的工作方式和方式寄存器9.3 8237A的工作方式和方式寄存器2. 8237A的控制寄存器和有关问题（1） 8237A命令寄存器（只写）D7、D6：决定DREQ和DACK的有效电平。D5：扩展写和不扩展写lD5=1：扩展写信号，表示写脉冲加宽。lD5=0：不扩展写信号，表示正常时序。D4：控制通道
15、的优先权lD4=0：采用固定优先级，DREQ0最高，DREQ3最低。lD4=1：采用循环优先级。已服务过的通道优先权变为最 低，其下一个通道优先权变为最高。309.3 8237A的工作方式和方式寄存器2. 8237A的控制寄存器和有关问题（1） 8237A命令寄存器（只写）319.3 8237A的工作方式和方式寄存器2. 8237A的控制寄存器和有关问题（1） 8237A命令寄存器（只写） D3：时序类型lD3=0：普通时序，每传输一个字节需要3个时钟周期 。lD3=1：压缩时序，每传输一个字节需要2个时钟周期 。 D2：启动和停止8237A的工作。lD2=0：启动；D2=1：停止。l该位影响
16、所有的通道 D1：通道0地址保持。用于内存到内存的传输。lD1=0：不保持。D1=1：保持。l配合D0位使用。D0：允许和禁止内存到内存传输。lD0=1：允许。D0=0：禁止。l在实现内存到内存的传输时，需把源数据先送到8237的 暂存器中，然后再送到目的区。这时，用通道0的地址寄 存器存放源地址，用通道1的地址寄存器和字节计数器存 放目的地址和计数值。传输时，目的地址寄存器的值正 常加1或减1，但源地址寄存器的值可通过设置D1=1而保 持不变，这样可使同一数据传输到整个选定的内存区域 。329.3 8237A的工作方式和方式寄存器2. 8237A的控制寄存器和有关问题（1） 8237A命令寄存器（只写）【例】PC微机中的8237A-5，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 8237A-5工作，DREQ信号高电平有效，DACK信号低电平有 效。已知写命令寄存器对应的地址为08H，请给
