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1、第11章 DMA技术与DMA控制器,11.1 DMA技术概述 11.2 可编程DMA控制器8237A 11.3 DMA技术在微机系统中的应用,直接存储器存取,11.1 DMA技术概述,1、DMA 传送方式的实现方法： 由专用接口芯片DMA控制器 (简称DMAC) 控制传送过程； 当外设需传送数据时，通过 DMAC向CPU发出总线请求； CPU发出总线响应信号，释放总线； DMAC接管总线，控制外设、内存之间进行直接数据传送。 DMAC撤消总线请求； CPU撤消总线响应，并重新接管总线。,DMA技术概述,2、DMA传送方式的特点 外设和内存之间，直接进行数据传送，不通过CPU, 传送效率高。适用
2、于在内存与高速外设、内存两个区域之间，或两个高速外设之间进行大批量数据传送。 电路结构复杂，硬件开销较大,DMA 传送过程示意图,总线 响应,总线 请求,总线,11.1.1 DMAC的基本功能,接收接口往DMA控制器发出DMA请求信号后，DMA控制器能向CPU发出总线请求信号HOLD(高电平)。当CPU向DMA发出响应信号HLDA(高电平)以后，DMA能接管对总线的控制，进入DMA方式。能向地址总线发出内存地址信息，对其进行寻址及修改地址指针。,DMAC的基本功能,能向存储器或I/O接口发相应的读写控制信号。 能决定传送字节数，并判断DMA传送是否结束。 DMA过程结束，能向CPU发出DMA结
3、束信号，HOLD变低,将总线控制权还给CPU，CPU恢复正常工作。,11.1.2 DMAC的一般结构,图9.1 单通道DMAC的一般结构及其与I/O接口的连接,11.1.3 DMAC的工作方式,1、单字节传输方式 ：在单字节传输方式下，DMA控制器每次请求总线只传送一个字节数据，传送完后即释放总线控制权。2、块传输方式（也称组传输方式）：块传输方式是指DMA控制器每次请求总线连续传送一个数据块，待整个数据块全部传送完成后再释放总线控制权。,3、请求传输方式：此方式与块传输方式基本类似，不同的是每传输完一个字节，DMA控制器都要检测由I/O接口发来的DMA请求信号是否仍然有效，如果该信号仍有效，
4、则继续进行DMA传输；否则，就暂停传输，交还总线控制权给CPU，直至DMA请求信号再次变为有效，数据块传输则从刚才暂停的那一点继续进行下去。,11.1.4 DMA操作过程 （以输入数据块为例）,若从外设往内存输入一个数据块（输入过程），在单字节传输方式下，主要工作过程为： 从I/O接口向DMA控制器发送DMA请求信号； DMA控制器向CPU发总线请求信号，当得到CPU送来的总线允许信号后，DMA控制器获得总线控制权； DMA控制器将其地址寄存器的内容送到地址总线上； DMA控制器往I/O接口发送DMA响应信号，并接着发出I/O接口的读信号，使I/O接口把数据送到数据总线上；,DMA操作过程,
5、DMA控制器发出端口读信号和存储器写信号，使数据传送到由地址总线的地址所指向的内存单元； 地址寄存器加1； 字节计数器减1； 如果字节计数寄存器的值不为零，则返回第步，否则进入第步； DMA控制器释放总线；,内存把数据送数据总线,内存,8086和,总线控,制逻辑,HOLD,HLDA,发送总线请求,控制总线,总线允许,地址总线,数据总线,接口,DMA,控制器,接口准备就绪,发送DMA请求,发端口读和内存写信号,I/O设备,DMA请求,得到确认,3,2,5,1,6,4,8,9,DMA控制器把地址送地址总线,撤消总线请求,8086收回总线控制权,图11.2 以DMA方式输出一个字节数据的工作过程,1
6、1.2 可编程DMA控制器8237A,11.2.1 8237A的主要特性 1具有四个独立的DMA通道，每个通道都具有64K的存贮器寻址能力，即一次传送的最大长度为64K字节。 2可实现内存与外设之间的高速大批量数据传送 ，也可实现内存两个不同区域之间的高速数据传送。 3每个通道的DMA请求均可分别允许或禁止，且四个通道的DMA请求的优先权可由软件设置为固定的或旋转的。,8237A的主要特性,4具有单字节传送、数据块传送、请求传送和级联传送四种工作方式。 5可用级联方式扩展DMA通道数目。 6DMA传送结束信号可由内部计数产生，也可由外部输入提供。 7单一的+5V电源，40个引脚双列直插式封装。
7、 8采用5MHz时钟，传送速率可达1.6M字节/秒。 98237可以级连，任意扩展通道数。,11.2.2 8237A的工作原理,18237A的编程结构 编程结构见下页图 内部有大量寄存器，内部寄存器的功能、端口地址等信息 参见表11.1.,图11.3 8237 A的编程结构,82C37A内部逻辑框图,DMA 控制器 8237A 的内部结构8237A由基本控制单元、缓冲器、内部寄存器组成1基本控制逻辑单元（1）时序与控制逻辑：根据初始化编程时所设置的工作式， 产生 8237A 内部定时信号和外部控制信号。（2）优先级编码：CPU 对 8237A 送来的初始化命令所设置的 优先权，对外设同时提出的
8、多个 DMA 请求，进行排队判优，裁决 各通道的优先次序。,（3）命令控制单元：CPU 控制总线，DMA 处于从属状态时， 对 CPU 送来的初始化命令进行译码；当 DMA 控制总线，CPU 脱离总线时，对设定的 DMA 工作方式字进行译码。2缓冲器（1）地址 I/O 缓冲器：4 位双向的三态缓冲器，在 CPU 控制总线时，将地址总线的低 4 位 A3A0 送入 8237A 进行译码，选通内部寄存器，在 有效时，将数据总线的数据写入所选通的内部寄存器中；在 有效时，将所选通的寄存器内容送到总线上；在 DMA 控制总线时，将 8237A 产生的 16 位存储器的地址低 4位 A3A0 送出。（2
9、）数据I/O缓冲器：8 位双向的三态缓冲器，是 8237A 与系统数据总线的接口，CPU 对 8237A 的编程控制字、CPU 从 8237A 中读取的状态字、当前地址、字节计数器的内容，经过它进行输入输出。,见图 10.1 （3）输出缓冲器：4 位双向的三态缓冲器，在 DMA 控制时导通，8237A 提供的 16 位存储器地址 A7A4 由此送出。38237A 的内部寄存器（1）命令寄存器：又称控制寄存器，用来设置 8237A 的工作方式。（2）8位状态寄存器：读命令时低 4 位表示每个通道的字节数是否为 0，高 4 位表示每个通道是否还有未处理的 DMA 请求。（3）4 位请求寄存器：每一
10、位对应一个通道的请求位，8237A 可通过硬件引脚 DREQ 来进行 DMA 请求外，也可通过软件对请求寄存器的编程设计产生 DMA 请求。 （4）4位屏蔽寄存器：对应通道 DMA 屏蔽请求标志位，编程决定。 （5）4位综合屏蔽寄存器：对 4 个通道，一起设置屏蔽或一起复位。,见图 10.1（6）暂时字节计数器：暂时存放当前字节计数器的内容，仅供芯片内部使用。（7）暂时地址寄存器：暂时存放当前地址计数器的内容，仅供芯片内部使用。（8） 8位暂存寄存器：暂时存放从源单元读出的数据。（9）工作方式寄存器：保存通道方式控制字，规定通道操作方式。（10）基地址寄存器：保存通道当前地址寄存器的初值，其值
11、与当前地址寄存器同时写入，不被 CPU 读出，设置为自动初始化，当 有效时，用来使当前地址寄存器恢复初值。,见图 10.1 （11）当前地址寄存器：保存 DMA 传送过程中的地址，每次传送其地址要自动 +1 或 1，设置为自动初始化，当 有效时可恢复初值 （12）基字节计数器：保存通道当前字节数寄存器的初值，其值与当前地址寄存器同时写入，不被 CPU 读出，自动初始化时，用来使当前字节计数器恢复初值。 （13）当前字节计数器：保存当前字节数，每次传送后，其值自动 +1 或 1，设置为自动初始化，当 有效时，可恢复初值。,40 根引脚双列直插式芯片，见图 10.2。1时序控制逻辑引脚（1） CL
12、K 时钟输入：用于控制芯片内的操作和数据传输率，8237A的时钟频率为 3MHZ。（2）片选信号 ：低电平有效时，选中 8237A，DMA 通过数据总线与 CPU通讯。（3）RESET 复位输入信号：高电平有效时，8237A 芯片被复位，其内部的寄存器被清 0，复位期间芯片处于空闲状态。（4）READY 准备好输入信号：外设输入，高电平有效，当进行 DMA 传送的是慢速 I/O 外设或是存储器时，可能要求延长读/写操作的时间，READY 变为低电平，使 8237A 在 DMA 周期中插入等待周期 TW 。 （5）ADSTB 地址选通信号：低电平有效时，DMA 控制器将当前地址寄存器中的高 8
13、位 DB7DB0（A15A8）锁存到外部锁存器中。,DMA 控制器 8237A 的引脚,图 10.2。（10）输入输出设备写信号 ：三态输出，低电平有效，输出有效低电平时，作为输入控制信号，CPU将信息写入8237A内部寄存器，作为输出控制信号， 配合，将数据从存储器送到外设。（11）传输过程结束信号 ：双向，低电平有效，输出有效低电平时，外部向 DMA 发一个 信号，DMA 被外部强制结束，DMA 内部的计数器计到 0 时，产生 信号，表示DMA 的传送结束。2优先权电路引脚（1）DREQ0DREQ3 通道0通道3 DMA 请求输入信号：当外设请求 DMA 服务时，向 8237A 的 DRE
14、Q 引脚送一个有效的电平，极性由编程时决定，固定优先权 DREQ0 最高，DREQ3 最低。,图 10.2。（2）DACK0DACK3 通道 0通道 3 对外设 DMA 请求响应信号：输出，有效电平极性由编程时决定，当 8237A 收到 CPU 对其 DMA 请求回答信号 HLDA 时，开始 DMA 传送，DACK 发出有效信号送到外设，8237A 已经进入 DMA 周期。（3）HRQ DMA 总线请求信号：输出，高电平有效，与 CPU 的HOLD 相连，外设有 DMA 请求时，通过相应的 DREQ 发有效电平，DMA 通过 HRQ 向 CPU 申请总线控制权。（4）HLDA 总线响应信号：输
15、入，高电平有效，与 CPU 的 HLDA 相连，CPU 收到 8237A 的 HRQ 信号，当前机器周期结束后，释放总线，使 HLDA 有效电平，8237A 接管总线，开始 DMA 传送。,3数据、地址缓冲线脚，图 10.2（1）A3A0 双向三态地址线：输入地址时，用来寻找 DMA 的内部寄存器，CPU 对所选的寄存器进行操作；输出地址时，作为低 4 位的地址输出线。（2）A7A4 高 4 位地址线：工作在输出状态，输出 4 位地址信息。（3）DB7DB0 双向数据线：连接到系统总线上，CPU 通过读命令，读取 8237A 内部的寄存器的内容；通过写命令，对 8237A 内部寄存器进行编程。
16、,1方式寄存器保用来存相应通道的控制字，规定相应通道的工作方式，见图10.3 。（1）D1D0 8237A 的通道选择位：D1D0= 00 时，选择通道0；D1D0= 01时，选择通道 1 ；D1D0 = 10时，选择 通道 2；D1D0= 11时选择 通道 3。（2）D3D2 设置数据传送类型：D3D2 = 00时，DMA 校验传送；D3D2 = 01时，DMA 写传送；D3D2 = 10时，DMA 读传送；D3D2 = 11 时无效。（3）D4 设置是否允许自动初始化：D4 = 0时，禁止自动初始化；D4 = 1时，允许自动初始化。（4）D5 设置每次传送完成后地址：是增 1 还是减 1：D5= 0时，地址增 1；D5 = 1时地址减 1。（5）D7D6 规定 DMA 的工作方式：D7D6 = 00时，请求传送方式；D7D6 = 01时，单字节传送方式；D7D6 = 10时，块传送方式；D7D 6= 11时级联方式。,
