1、第十第十 二章二章 8237A DMA控制器控制器及其應用及其應用 (416)前面幾章各種前面幾章各種I/O方式都需要方式都需要CPU作為中介：作為中介： 外設外設 CPU 內存內存兩個含義：兩個含義： 1）軟件：外設與內存之間的數據傳送是通過）軟件：外設與內存之間的數據傳送是通過CPU執執行程序來完成的（行程序來完成的（PIO方式）；方式）； 2）硬件：）硬件：I/O接口和存儲器的讀寫控制信號、地址接口和存儲器的讀寫控制信號、地址信號都是由信號都是由CPU發出的（總線由發出的（總線由CPU控制）?？刂疲?。缺點：程序的執行速度限定了傳送的最大速度（約缺點：程序的執行速度限定了傳送的最大速度（約

2、為幾十為幾十KB/秒）秒）解決方法：解決方法：DMA傳輸傳輸DMA傳輸概念傳輸概念 外設直接與存儲器進行數據交換外設直接與存儲器進行數據交換 ，CPU不再擔不再擔當數據傳輸的中介者；當數據傳輸的中介者；DMA傳輸傳輸: 外設外設 內存內存優點：優點：數據傳輸由數據傳輸由DMA硬件來控制，數據直接在內存硬件來控制，數據直接在內存和外設之間交換，可以達到很高的傳輸速率和外設之間交換，可以達到很高的傳輸速率（可達幾（可達幾MB/秒）秒） 總線由總線由DMA控制器（控制器（DMAC）進行控制（）進行控制（CPU要放棄總線控制權），內存要放棄總線控制權），內存/外設的地址和讀寫外設的地址和讀寫控制信號均

3、由控制信號均由DMAC提供提供DMA傳輸概念傳輸概念 總線控制權總線控制權: master、slaveDMA傳輸傳輸: 外設外設 內存內存幾個基本概念：幾個基本概念： DMAC編程周期：編程周期：slave DMAC控制總線進行數據傳輸周期：控制總線進行數據傳輸周期：master DMA的數據傳輸形式的數據傳輸形式:基本的基本的: MEM I/O和擴充的和擴充的:MEM MEM I/O I/ODMA傳輸概念傳輸概念DMA傳送原理示意傳送原理示意圖圖 外設發出外設發出DMADMA請求請求 DMAC DMAC向向CPUCPU申請總線申請總線 CPU CPU響應，釋放總線控制權響應，釋放總線控制權

4、DMAC DMAC得到總線控制權，并發出得到總線控制權，并發出DMADMA響應信號響應信號 由由DMACDMAC發出各種控制信號，控制外設與存儲器之發出各種控制信號，控制外設與存儲器之 間的數據傳送間的數據傳送 數據傳送完后，數據傳送完后，DMACDMAC撤銷撤銷HOLDHOLD信號信號 CPUCPU釋放釋放HLDAHLDA信號，并重新控制總線信號，并重新控制總線系統總線系統總線CPUDMAC存儲器存儲器外設接口外設接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADREQDACKAENIOWIORMEMWMEMRDMA傳輸概念傳輸概念DMA控制器的工作過

5、程控制器的工作過程1）當外設準備好，可以進行）當外設準備好，可以進行DMA傳送時，外設向傳送時，外設向DMA控制器發出控制器發出“DMA傳送請求傳送請求”信號（信號（DREQ）;2）DMA控制器收到請求后，向控制器收到請求后，向CPU發出發出“總線請求總線請求”信信號號HOLD，表示希望占用總線，表示希望占用總線 ;3）CPU在完成當前總線周期后會立即對在完成當前總線周期后會立即對HOLD信號進信號進行響應。響應包括兩個動作：一是行響應。響應包括兩個動作：一是CPU將數據總線將數據總線、地址總線和相應的控制信號線均置為高阻態，由、地址總線和相應的控制信號線均置為高阻態，由此放棄對總線的控制權。

6、另一方面，此放棄對總線的控制權。另一方面，CPU向向DMA控制器發出控制器發出“總線響應總線響應”信號（信號（HLDA）。）。4）DMA控制器收到控制器收到HLDA信號后，就開始控制總線，信號后，就開始控制總線，并向外設發出并向外設發出DMA響應信號響應信號DACK；DMA傳輸概念傳輸概念DMA控制器的工作過程控制器的工作過程5）DMA控制器送出地址信號和相應的控制信號，實現控制器送出地址信號和相應的控制信號，實現外設與內存或內存與內存之間的直接數據傳送；外設與內存或內存與內存之間的直接數據傳送；例如，例如，向向I/O接口發出讀信號，同時往地址總線上發出接口發出讀信號，同時往地址總線上發出存儲

7、器的地址和存儲器寫信號和存儲器的地址和存儲器寫信號和AEN信號，即可從信號，即可從外設向內存傳送一個字節。外設向內存傳送一個字節。6）DMA控制器自動修改地址和字節計數器，并判斷是控制器自動修改地址和字節計數器，并判斷是否需要重復傳送操作。當規定的數據傳送完后，否需要重復傳送操作。當規定的數據傳送完后，DMA控制器就撤銷發往控制器就撤銷發往CPU的的HOLD信號。信號。CPU檢測到檢測到HOLD失效后，緊接著撤銷失效后，緊接著撤銷HLDA信號，并信號，并在下一時鐘周期重新開始控制總線。在下一時鐘周期重新開始控制總線。 DMA傳輸概念傳輸概念DMA的三種傳輸方式的三種傳輸方式P423:連續傳送（

8、塊傳送）連續傳送（塊傳送）: DMAC申請到總線后，申請到總線后，將一塊數據傳送完后才釋放總線，而不管在這將一塊數據傳送完后才釋放總線，而不管在這期間期間DREQ是否有效是否有效單次傳送（每次傳送一個字節）單次傳送（每次傳送一個字節）: 每個每個DMA周周期只傳送一個字節就立即釋放總線。期只傳送一個字節就立即釋放總線。按需傳送（猝發傳送、請求傳送）按需傳送（猝發傳送、請求傳送）:也可以傳送也可以傳送數據塊，直到要求停止。與塊傳送不同的是，每數據塊，直到要求停止。與塊傳送不同的是，每次傳送一個字節后都要對次傳送一個字節后都要對DREQ進行測試，一旦進行測試，一旦該信號無效，就馬上停止傳送。但不釋

9、放總線，該信號無效，就馬上停止傳送。但不釋放總線，一旦一旦DREQ有效，又開始傳送。有效，又開始傳送。 12-1 8237A的組成和工作原理（的組成和工作原理（P416）8237A是一個可編程的是一個可編程的DMA 控制器芯片，它直接控制器芯片，它直接應用于應用于8086/8088 和和80286系統。在系統。在386和和486系統中，作系統中，作為集成系統外設接口芯片中的一部分仍起著為集成系統外設接口芯片中的一部分仍起著DMA控制控制器的作用。器的作用。8237A的內部結構框圖見的內部結構框圖見P417P417圖圖12-112-18237A的組成和原理的組成和原理（P417）8237A的組成

10、和原理的組成和原理（P418）8237A的組成和原理的組成和原理8237A的組成和原理的組成和原理（P420表表12-1）8237A的組成和原理的組成和原理8237A的組成和原理的組成和原理8237A的組成和原理的組成和原理8237A的組成和原理的組成和原理8237A的組成和原理的組成和原理8237A的組成和原理的組成和原理D7D6D5D4D3D2D1D08237A的組成和原理的組成和原理(1) 寫單個通道屏蔽寄存器寫單個通道屏蔽寄存器 ()4位，每位對應一個通道。相應位為位，每位對應一個通道。相應位為1時，禁止請時，禁止請求。求。8237可以寫入兩種屏蔽字，地址不同。可以寫入兩種屏蔽字，地址

11、不同。D7D6D5D4D3D2D1D0格式：格式：當屏蔽位置位時，該通道就禁止接受當屏蔽位置位時，該通道就禁止接受DREQ的的DMA請求信號。反之，屏蔽位復位則允許請求信號。反之，屏蔽位復位則允許DREQ的請求。的請求。當某一通道進行當某一通道進行DMA傳輸后，產生傳輸后，產生EOP信號，則信號，則這一通道在禁止自動預置工作條件下的屏蔽位置這一通道在禁止自動預置工作條件下的屏蔽位置“1”。必須再次編程，。必須再次編程， 使該通道屏蔽位復位，使該通道屏蔽位復位， 才能進行下才能進行下一次的一次的DMA傳輸。傳輸。8237A的組成和原理的組成和原理D7D6D5D4D3D2D1D0(2) 主屏蔽字主

12、屏蔽字()可用寫入一條主屏蔽命令分別對可用寫入一條主屏蔽命令分別對4個通道相應位個通道相應位進行復位進行復位(允許允許)及置位及置位(禁止禁止)DMA請求。請求。注意：注意：當系統當系統RESET復位或用軟件置位時，主屏蔽復位或用軟件置位時，主屏蔽寄存器各位均被置位，即禁止所有通道接受寄存器各位均被置位，即禁止所有通道接受DMA請請求。求。8237A的組成和原理的組成和原理當芯片編程選擇操作方式為存儲器到存儲器傳輸當芯片編程選擇操作方式為存儲器到存儲器傳輸時，通道時，通道0和通道和通道1交換的數據保存在暫存寄存器交換的數據保存在暫存寄存器(8位位)，待傳輸全部完成后，最后一個傳輸數據仍保存在待

13、傳輸全部完成后，最后一個傳輸數據仍保存在被被CPU編程讀出，編程讀出， 在在DMA復位時被復位時被清除。清除。8237A的組成和原理的組成和原理8237A的組成和原理的組成和原理一個完整的一個完整的DMA傳輸過程必須經過傳輸過程必須經過4個階段：個階段： DMA請求。請求。DMA控制器控制器(8237)接受由接受由I/O設備發來設備發來的的DMA請求信號請求信號DREQ，并經判優后向總線裁決邏輯，并經判優后向總線裁決邏輯提出總線請求提出總線請求HRQ信號。信號。DMA響應。由總線裁決邏輯對總線請求進行裁決。響應。由總線裁決邏輯對總線請求進行裁決。 如如CPU不再對不再對DMA初始編程，則當初始編程，則當CPU完成當前總線完成當前總線周期后予以響應，允許進行周期后予以響應，允許進行DMA傳輸。傳輸。CPU放棄對總放棄對總線的控制權，向線的控制權，向8237 DMA控制器發出總線應答信號控制器發出總線應答信號HLDA。DMA傳輸。由傳輸。由DMA控制器控制總線，控制器控制總線， 發出相應的發出相應的地址與控制信息，地址與控制信息， 按要傳輸的字節數直接控制按要傳輸的字節數直接控制I/O接口接口與與R