《《微型计算机原理与接口技术》课件——第8章 DMA控制器与定时计数器接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《微型计算机原理与接口技术》课件——第8章 DMA控制器与定时计数器接口（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本章主要教学内容 可编程DMA控制器8237A的内部结构和引 脚功能 8237A的工作方式及编程方法 可编程计数/定时器接口芯片8253的编程结 构与使用方法 8253在PC机上的具体应用第8章 DMA控制器与定时计数器接口 8.1 可编程DMA控制器8237A数据传送方式除了查询方式和中断方式以外还有DMA控制方式。利用DMA方式传送数据时，数据的传送过程完全由硬件电路控制，这种电路称为DMA控制器（DMAC），它可以在DMA方式下起到CPU的作用。DMAC的功能就是在存储器和I/O设备之间进行高速、成批的数据传输。在8086系统中，DMAC选用的是可编程器件Intel 8237A，它含有
2、4个独立的DMA通道，可以用来实现内存到接口、接口到内存及内存到内存之间的高速数据传送，最高数据传送速率可达1.6MB/s，在此过程中CPU不再干预，这样可大大减少数据传送的中间过程，提高了数据的传送速度。 8.1.1 8237A的内部结构及引脚在DMA控制器取得系统总线的控制权后，系统就完全在它的控制下进行工作，此时DMA为总线主模块，这种工作方式通常称为主态方式；另外，DMA又可以和其它接口一样，接受CPU对它的读/写操作，这时DMA控制器就成了总线从模块，这种工作方式通常称为从态方式。8237A的编程结构和引脚信号与这两方面的情况有关。1. 8237A的内部结构8237A的内部结构如图8
3、-1所示，它主要由时序与控制逻辑、命令控制逻辑、优先级编码电路、数据和地址缓冲器组以及内部寄存器等5个部分组成。 图8-1 8237A内部结构 图8-1中各主要部件的功能分析如下：（1）时序与控制逻辑：当8237A处于从态工作方式时，时序与控制逻辑电路接受系统送来的时钟、复位、片选和读/写控制等信号，完成相应的控制操作；当8237A处于主态工作方式时则向系统发出相应的控制信号。（2）命令控制逻辑：8237A处于从态工作方式时，命令控制逻辑接收CPU送来的寄存器选择信号A3A0，选择8237A内部相应的寄存器；主态时，对工作方式寄存器的最低两位D1D0进行译码，以确定DMA的操作类型。寄存器选择
4、信号A3A0与、配合可组成各种操作命令。 （3）优先级编码电路：该电路根据CPU对8237A初始化 时送来的命令，对同时提出DMA请求的多个通道进行排队判 优，来决定哪一个通道的优先级别为最高。对优先级的管理 有固定优先级和循环优先级两种方式，无论采用哪种优先级 管理，一旦某个优先级高的设备在服务时，其它通道的请求 均被禁止，直到该通道的服务结束时为止。 （4）数据和地址缓冲器组：8237A的引脚A7A4、A3A0为 地址线；引脚DB7DB0在从态时传输数据信息，在主态时传 送地址信息。这些数据引线和地址引线都与三态缓冲器相连 ，因而可以接管或释放总线。 （5）内部寄存器：8237A内部有4个
5、DMA通道，每个通道都 有一个16位的基地址寄存器、基字计数器、当前地址寄存器 和当前字计数器，以及一个6位的工作方式寄存器。片内还 各有一个可编程的命令寄存器、屏蔽寄存器、请求寄存器、 状态寄存器和暂存寄存器，以及不可编程的字数暂存器和地 址暂存器等。2. 8237A的引脚8237A是一种具备40个引脚的双列直插式DIP封装的芯片，如图8-2所示。 8.1.2 8237A的工作方式8237A在系统中可以有两种功能：一种功能是系统总线的主控者，这是它工作的主方式。在取代CPU控制DMA传送时，它应提供存储器的地址和必要的读写控制信号，数据是在I/O设备与存储器之间通过数据总线直接传递；另一种功
6、能是在成为主控 者之前，必须由CPU对它编程以确定通道的选择、数据传送的模式、存储器区域首地址、传送总字节数等等。在DMA传送之后，也有可能由CPU读取DMA控制器的状态。这时8237A如同一般I/O端口设备一样，是系统总线的从设备，这是8237A工作的从方式。 1. 8237A传送工作方式 （1）单字节传送方式这种工作方式的特点是每申请一次只传送一个字节。数据传送后字节计数器自动减量（增量或减量取决于编程）。传 送完这一个字节后DMAC放弃系统总线，将总线控制权交回 CPU。HRQ信号变为无效，释放系统总线。若传送数据使字 节数减为0，总线计数结束发出信号，或终结DMA传送，或重新初始化。
7、（2）数据块传送方式 在这种传送方式下，DMAC一旦获得总线控制权便开始连续传送数据。每传送一个字节，自动修改地址，并使要传送 的字节数减1，直到将所有规定的字节全部传送完，或收到外 部信号，DMAC才结束传送，将总线控制权交给CPU。 （3）请求传送方式在这种方式下，8237A可以进行连续的数据传送，只有出现以下三种情况之一时才停止传送：字节数计数器减到0，产生一个终止计数T/C信号；由外界送来一个有效的信号；外界的DRQ信号变为无效（外设来的数据已传送完）。 （4）级联方式采用这种方式可以将多个8237A级联起来，以扩展系统中的DMA通道数量。如图8-3所示，是2个8237A级联情况示意。
8、 图8-3 二级8237A的级联示意图2. 8237A的传送类型8237A主要完成三种不同的传送：（1）I/O接口到存储器的传送（2）存储器到I/O接口的传送（3）存储器到存储器的传送3. 8237A的优先级处理8237A有两种优先级方案可供编程选择：（1）固定优先级：规定每个通道的优先级是固定的，即通 道0的优先级最高，依次降低，通道3的优先级最低。（2）循环优先级：规定刚被服务的通道的优先级为最低 ，依次循环。这样，就可以保证4个通道都有机会被服务 。若3个通道已被服务，则剩下的通道一定是优先级最高 的。 4. 8237A的传送速率一般情况下，8237A进行一次DMA传送需要4个时钟周期（
9、不包括插入的等待周期）。例如，PC机的时钟周期约为210ns，则一次DMA传送需要210 ns4+210 ns=1050 ns，多加一个210 ns是考虑到认为插入一个等待周期的缘故。另外，8237A为了提高传输速率，可以在压缩定时状态下工作。在压缩定时下，每一个DMA总线周期仅用2个时钟周期来实现，从而大大地提高了传送速率。 8.1.3 8237A的内部寄存器 1. 8237A内部寄存器的种类8237A的内部有10种不同类型的寄存器。各类寄存器 的名称、位数、寄存器个数及其主要功能见表8-1所示。 名称位数数量功能当前地址寄存器164保存在DMA传送期间的地址值，可读写当前字节计数寄存器16
10、4保存当前字节数，初始值比实际值少1，可读写基地址寄存器164保存当前地址寄存器的初始值，只能写基字节计数寄存器164保存相应通道当前字节计数器的初值工作方式控制寄存器84保存相应通道的方式控制字，由编程写入命令寄存器81保存CPU发送的控制命令状态寄存器81保存8237A各通道的现行状态请求寄存器41保存各通道的DMA请求信号屏蔽寄存器41用于选择允许或禁止各通道的DMA请求信号暂存寄存器81暂存传输数据，仅用于存储器到存储器的传输2. 8237A内部寄存器（1）当前地址寄存器（2）当前字节计数寄存器（3）基地址寄存器（4）基字节计数寄存器（5）工作方式寄存器（6）命令寄存器（7）状态寄存器
11、（8） 请求寄存器（9）屏蔽寄存器（10）暂存寄存器（11）软件命令8.1.4 8237A的编程及应用 1. 8237A编程的一般步骤 在进行DMA传输之前，CPU要对8237A进行初始化编程， 设定工作模式及参数等。通常，其编程内容主要包括以下 几步： （1）输出总清除命令，使8237A处于复位状态，做好接收 新命令的准备； （2）根据所选通道，写入相应通道的基地址寄存器和当前 地址寄存器的初始值； （3）写入基字节计数寄存器和当前字节计数寄存器的初始 值； （4）写入方式控制寄存器，以确定8237A的工作方式和传 送类型； （5）写入屏蔽寄存器； （6）写入命令寄存器，以控制8237A的工
12、作； （7）写入请求寄存器。 【例8.1】已知某系统采用一片8237A来设计DMA传输电路， 给定8237A的基地址为00H。利用通道0从磁盘将一个1K字 节的数据块传送到内存06000H开始的区域中，每传送一个 字节，地址增1，采用数据块连续传送方式，禁止自动预 置，外设的DMA请求信号DREQ和响应信号DACK均为高电平有效。对8237A的初始化程序如下： DMA EQU 00H OUT DMA+0DH，AL MOV AX，6000H OUT DMA+00H，AL MOV AL，AH OUT DMA+00H，AL MOV AX，0400H DEC AX OUT DMA+01H，AL MOV
13、 AL，AH OUT DMA+01H，AL 写入方式字：数据块传送，地址增量，禁止自动预置，写传 送，选择通道 MOV AL，10000100B OUT DMA+0BH，AL 写入屏蔽字：通道0屏蔽位清0MOV AL，00H OUT DMA+0AH，AL写入命令字：DACK和DREQ为高电平，固定优先级，非存储 器间传送MOV AL，10000000B OUT DMA+08H，AL 写入请求字：通道0产生请求，用软件启动8237AMOV AL，04H OUT DMA+09H，AL 2. 8237A的应用为了掌握8237A的编程方法，我们结合IBM PC/XT计算机系 统中8237A的应用来进行
14、说明。 【例8.2】在PC/XT机中，8237A的通道0用来对动态RAM进行 刷新，通道2和通道3分别用来进行软盘驱动器和内存之间的 数据传送以及硬盘和内存之间的数据传送，通道1用来提供其 它传送功能，比如网络通讯功能。系统采用固定优先级，即 动态RAM刷新的优先权最高。4个DMA请求信号中，只有 DREQ0是和系统板相连的，DREQ1DREQ3几个请求信号都 接到总线扩展槽的引脚上，由对应的软盘接口板和网络接口 板提供。同样，DMA应答信号DACK0送往系统板，而 DACK1DACK3信号则送往扩展槽。该例中的8237A对应端口地址为0000H000FH，在下面的 编程中我们采用标号DMA来
15、代表首地址0000H。 对8237A的初始化及测试程序如下。初始化程序段：MOV AL， 04 ；4个DMA请求信号MOV DX， DMA+8；DMA+8为控制寄存器的端口号 OUT DX， AL；输出控制命令，关闭8237A MOV AL， 00 MOV DX， DMA+0DH ；DMA+0DH为主清除命令端口号 OUT DX， AL；发送主清除命令MOV DX， DMA；DMA为通道0的地址寄存器对应端口号 MOV CX，0004 MOV AL， 0FFH OUT DX， AL；写入地址低位 OUT DX， AL；写入地址高位 INC DX INC DX；指向下一通道 LOOP WRITE
16、；使4个通道地址寄存器均为FFFFHMOV DX， DMA+0BH；DMA+0BH为模式寄存器的端口 MOV AL，58H OUT DX， AL MOV AL， 42H OUT DX， AL；设置通道2模式 MOV AL， 43H OUT DX， AL；设置通道3模式 MOV DX， DMA+8 ；DMA+8为控制寄存器的端口号 MOV AL， 0 OUT DX， AL MOV DX， DMA+0AH ；DMA+0AH为屏蔽寄存器的端口号 OUT DX， AL；通道0去除屏蔽 MOV AL， 01 OUT DX， AL；通道2去除屏蔽 MOV AL， 01 OUT DX， AL；通道1去除屏蔽 MOV AL， 03 OUT DX， AL；通道3去除屏蔽 对通道13的地址寄存器的值
