第九章.DMA技術(shù)8237微機(jī)原理與接口技術(shù)

DMA技術(shù)查詢和中斷方式時(shí)數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)CPU的累加器中轉(zhuǎn)檢查是否傳送完畢,在程序中控制,由CPU執(zhí)行修改內(nèi)存地址,在程序中控制,由CPU執(zhí)行DMA方式時(shí)內(nèi)存與高速外設(shè)直接交換數(shù)據(jù),不需CPU干預(yù),減少中間環(huán)節(jié)內(nèi)存地址修改,傳送結(jié)束報(bào)告,由硬件完成第一節(jié)基本概念一.DMA控制器在系統(tǒng)中的地位(1)主控器

DMAC工作在主動(dòng)態(tài),取代CPU獲得總線控制權(quán),向內(nèi)存和外設(shè)發(fā)號(hào)施令.即它通過(guò)總線向內(nèi)存或外設(shè)發(fā)出地址和讀寫信號(hào).(2)受控器

DMAC工作在被動(dòng)態(tài),接受CPU對(duì)它的控制和指揮,例如:對(duì)DMAC進(jìn)行初始化,讀取DMAC的狀態(tài).DMA傳送過(guò)程外設(shè)通過(guò)DREQ向DMAC發(fā)出請(qǐng)求。DMAC通過(guò)HRQ向CPU請(qǐng)求。CPU應(yīng)答，DMAC通過(guò)DACK應(yīng)答。向存儲(chǔ)器發(fā)出地址。向外設(shè)發(fā)出讀命令，讀出數(shù)據(jù)。向存儲(chǔ)器發(fā)出寫命令，存入數(shù)據(jù)地址加1，計(jì)數(shù)器加1，準(zhǔn)備下一次傳送第一節(jié)基本概念三、內(nèi)部編程結(jié)構(gòu)和外部聯(lián)接（圖9-4-3）4個(gè)通道4個(gè)16位寄存器基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器、基字節(jié)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器1個(gè)8位模式寄存器公用控制寄存器、狀態(tài)寄存器

8237的內(nèi)部邏輯對(duì)于8237的內(nèi)部邏輯重點(diǎn)在了解DMA通道的構(gòu)成。每個(gè)通道有各自的作用：16位基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器；16位基字節(jié)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器；8位方式寄存器；1位DMA請(qǐng)求觸發(fā)器；1位屏蔽觸發(fā)器。8237的引腳特性讀寫控制信號(hào)：MEMR和MEMW：輸出信號(hào)，控制對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫。IOR和IOW：雙向信號(hào)。輸入時(shí)，是CPU向8237寫控制字或讀8237狀態(tài)（被動(dòng)狀態(tài)）。輸出時(shí)，8237控制對(duì)外設(shè)的讀寫。

8237的引腳特性其他信號(hào)：READY：輸入，高電平表示傳送準(zhǔn)備好。用來(lái)調(diào)整讀寫時(shí)序。EOP：DMA過(guò)程結(jié)束信號(hào)，負(fù)脈沖輸出時(shí)表示傳送結(jié)束。負(fù)脈沖輸入時(shí)強(qiáng)制結(jié)束DMA過(guò)程。RESET：復(fù)位信號(hào)。DMA系統(tǒng)的組成DMA控制器：產(chǎn)生傳送所需要的地址和控制信號(hào)。頁(yè)面地址寄存器：存放高位地址。對(duì)8086系統(tǒng)需要存放4位地址，以便和DMA控制器所產(chǎn)生的16位地址構(gòu)成20位物理地址。若是80286系統(tǒng)，就要存儲(chǔ)8位高位地址了。鎖存器：存放DMA控制器給存儲(chǔ)器的高8位地址。頁(yè)面寄存器8237IORMEMRMEMWDREQ1DACK0DREQ0DACK1IOWA0~A7RDWRRDWRDB0~DB7A16~A19A8~A15A0~A7

CPUA16~A19鎖存器AD0~AD7A0~A3RDWRHRQHLDAHOLDHLDARAM外設(shè)D0~D7ADSTBDMA控制器的兩種狀態(tài)被動(dòng)狀態(tài)：DMA控制器受CPU控制的狀態(tài)。主要是對(duì)DMA控制器進(jìn)行初始化編程。主動(dòng)狀態(tài)：DMA控制數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)。它既發(fā)出IOR或IOW控制外設(shè)，也發(fā)出MEMR或MEMW信號(hào)控制存儲(chǔ)器。頁(yè)面寄存器8237IORMEMRMEMWDREQ1DACK0DREQ0DACK1IOWCSDB0~DB7A16~A19

CPUA16~A19譯碼器AD0~AD7A0~A3RDWRHRQHLDAHOLDHLDAA0~A3被動(dòng)狀態(tài)頁(yè)面寄存器8237IORMEMRMEMWDREQ1DACK0DREQ0DACK1IOWA0~A7RDWRRDWRDB0~DB7A16~A19A8~A15A0~A7鎖存器

A0~A3

HRQHLDA

RAM外設(shè)D0~D7主動(dòng)狀態(tài)ADSTB

8237的工作類型DMA讀：內(nèi)存→外設(shè)DMA寫：外設(shè)→內(nèi)存DMA校驗(yàn)，只對(duì)芯片內(nèi)部的讀寫功能進(jìn)行校驗(yàn)，不進(jìn)行實(shí)際的數(shù)據(jù)傳送。存儲(chǔ)器~存儲(chǔ)器傳送。這時(shí)要占用兩個(gè)通道：通道0作為數(shù)據(jù)源，通道1作為目的。這時(shí)的數(shù)據(jù)傳送要經(jīng)過(guò)8237的數(shù)據(jù)暫存器。在PC機(jī)中沒有使用。

8237的初始化編程各通道初始化：

-初始化地址寄存器（基地址和當(dāng)前地址）；

-初始化字節(jié)計(jì)數(shù)器（基字節(jié)和當(dāng)前字節(jié)）；

-初始化8位方式寄存器；

-初始化1位DMA請(qǐng)求觸發(fā)器；

-初始化1位屏蔽觸發(fā)器（兩種方式）。整個(gè)8237初始化

-初始化命令寄存器軟命令

-清先/后觸發(fā)器、總清、總清屏蔽

8237的初始化編程初始化基字節(jié)和當(dāng)前字節(jié)寄存器：端口地址為1、3、5、7；其余和地址寄存器相同。

8237的初始化編程D7D6操作模式：00：詢問(wèn)方式、01：?jiǎn)我粋魉汀?/p>

10：成組傳送、11：級(jí)聯(lián)D5地址增減：0：地址加1、1：地址減1D4預(yù)置設(shè)置：0：非自動(dòng)、1：自動(dòng)預(yù)置D3D2傳送類型：00：DMA校驗(yàn)、01：DMA讀

10：DMA寫、11：無(wú)效D1D0通道選擇：00：通道0、01：通道1、

10：通道2、11：通道3D7D6D5D4D2D1D0D3初始化通道方式寄存器（地址0BH）

8237的初始化編程

D7~D4：不用

D3：通道3：0：不屏蔽、1：屏蔽

D2：通道2：0：不屏蔽、1：屏蔽

D1：通道1：0：不屏蔽、1：屏蔽

D0：通道0：0：不屏蔽、1：屏蔽注：一次可以屏蔽（不屏蔽）4個(gè)通道D7D6D5D4D2D1D0D3初始化屏蔽寄存器（地址0FH）

8237的初始化編程

D7~D3：不用

D2請(qǐng)求選擇：0：不請(qǐng)求、1：請(qǐng)求DMA傳送

D1D0：通道選擇：00：通道0、01：通道1、

10：通道2、11：通道3注：可以通過(guò)軟件方式申請(qǐng)DMA傳送D7D6D5D4D2D1D0D3初始化DMA請(qǐng)求寄存器（地址09H）

8237的初始化編程D0：0：禁止M~M傳送：1：允許M~M傳送D1：0：通道0地址不保持：1：通道0地址不變D2：0：允許工作、1：不允許工作D3：0：正常時(shí)序、1：壓縮時(shí)序D4：0：固定優(yōu)先級(jí)、1：循環(huán)優(yōu)先級(jí)D5：0：滯后寫、1：擴(kuò)展寫D6：0：DREQ高電平有效、1：低電平有效D7：0：DACK低電平有效、1：高電平有效D7D6D5D4D2D1D0D3初始化命令寄存器（地址08H）

8237的初始化編程清先/后觸發(fā)器命令（地址0CH）作用：使先/后觸發(fā)器置0，以便對(duì)地址寄存器和字節(jié)寄存器寫入初值。特點(diǎn)：只要輸出命令，輸出的值并不重要：

OUT（DMA+0CH），AL注：DMA為8237的高位地址

8237的初始化編程總清命令（地址0DH）作用：軟件復(fù)位。控制位置0，屏蔽位置1。特點(diǎn)：只要輸出命令，輸出的值并不重要：

OUT（DMA+0DH），AL注：DMA為8237的高位地址

8237的初始化編程總清屏蔽命令（地址0EH）作用：使4個(gè)通道的4個(gè)屏蔽位全部清0，即都不屏蔽。特點(diǎn)：只要輸出命令，輸出的值并不重要：

OUT（DMA+0EH），AL注：DMA為8237的高位地址

8237的初始化編程D7~D4：反映哪個(gè)通道還有未處理的DMA申請(qǐng)：1有申請(qǐng)、0：無(wú)申請(qǐng)；D3~D0：反映哪個(gè)通道的DMA過(guò)程已結(jié)束：1：已結(jié)束、0：未結(jié)束。D7D6D5D4D2D1D0D3狀態(tài)寄存器（地址08H）空閑周期SI被動(dòng)態(tài)，無(wú)DMA請(qǐng)求階段，空閑周期但實(shí)際并不空閑，不停的檢測(cè)、采樣兩個(gè)信號(hào)DREQi，確定是否有通道請(qǐng)求DMA服務(wù)CS#，判定CPU是否要對(duì)自己進(jìn)行讀寫8237工作周期請(qǐng)求應(yīng)答周期S0(有效周期)采樣到DREQi信號(hào)，向CPU總線請(qǐng)求信號(hào)HRQ，由此進(jìn)入S0周期在此階段，等待CPU的應(yīng)答信號(hào)HLDA，此時(shí)，CPU仍可訪問(wèn)8237（因?yàn)榭偩€控制權(quán)還沒有下放）直到得到HLDA信號(hào)，本周期結(jié)束本周期可看作是8237從被動(dòng)態(tài)到主動(dòng)態(tài)的過(guò)渡時(shí)期8237的操作時(shí)序三種操作周期SI（Sidle）－空閑周期，被動(dòng)態(tài)S0－請(qǐng)求應(yīng)答周期S1～S4（SW）DMA操作周期，主動(dòng)態(tài)DMA操作周期完整的DMA傳送周期包括S1、S2、S3、S4四態(tài)慢速設(shè)備：Sw狀態(tài)M—M傳送：8態(tài)S1：標(biāo)志獲得系統(tǒng)總線控制權(quán)；把地址送到總線上去S2：發(fā)出DACK選中設(shè)備S3：Read/Write；……S4：收尾內(nèi)部狀態(tài)流程SIS4SIS0S0S1S2S3SWSWReadyReadyNotReadyDREQHRQHLDA塊字節(jié)單字節(jié)空閑狀態(tài)請(qǐng)求應(yīng)答狀態(tài)DMA操作(數(shù)據(jù)傳輸)狀態(tài)

8237的工作時(shí)序8237的編程步驟輸出主清除命令寫入基與現(xiàn)行地址寄存器寫入基與現(xiàn)行字節(jié)數(shù)寄存器寫入模式寄存器寫入屏蔽寄存器寫入控制寄存器寫入請(qǐng)求寄存器8237的編程步驟用通道0，由外設(shè)輸入32K字節(jié)數(shù)據(jù)塊，傳送至內(nèi)存8000H開始的區(qū)域（增量傳送），塊傳送，DREQ和DACK為高電平有效。確定模式控制字是84H。方式控制字是A0H。屏蔽字是00H。

out 5dh,al ;輸出主清除命令

mov al,00h out 50h,al ;基地址低8位

mov al,80h out 50h,al ;基地址高8位

mov al,00h out 51h,al mov al,80h ;字節(jié)計(jì)數(shù)器賦值，32K

out 51h,al mov al,84h ;輸出模式字

out 5bh,al mov al,00h ;輸出屏蔽字

out 5ah,al mov al,0a0h out 58h,al ;輸出控制字DMA系統(tǒng)

DMA傳送是外設(shè)和存儲(chǔ)器傳送數(shù)據(jù)的各種方式中速度最快的一種。DMA傳送是在脫離CPU控制的情況下進(jìn)行的。傳送過(guò)程不執(zhí)行任何指令。DMA傳送必須有DMA控制器的支持，由DMA控制器產(chǎn)生產(chǎn)生傳送的控制信號(hào)。DMA系統(tǒng)

DMA控制器控制數(shù)據(jù)傳送需要有什么功能？

需要DMA控制器能產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳送所需的地址和各種控制信號(hào)：RD、WR等。DMA控制器控制為什么能加速數(shù)據(jù)傳送？因?yàn)椴恍枰獔?zhí)行數(shù)據(jù)傳送指令，特別是那些可以不需要的指令。DMA接口電路DMA接口舉例：利用DMA通道5進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。外設(shè)的DMAREQ既用來(lái)鎖存數(shù)據(jù)，也用來(lái)產(chǎn)生DMA請(qǐng)求信號(hào)。DMA響應(yīng)后，DACK5清除DMA觸發(fā)器的請(qǐng)求輸出。DMA傳送結(jié)束時(shí)的TC信號(hào)請(qǐng)求中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。8237A