微型计算机接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 古辉 刘均 雷艳静 第4章 DMA技术

1、浙江工业大学计算机学院,微机接口技术,1,内容回顾,定时/计数基本概念 定时、计数的基本概念。 微机中的定时：内部定时、外部定时。 定时方法：软件定时、不可编程/可编程硬件定时。 8253/8254定时/计数器 内部结构、引脚定义、端口操作地址。 8253/8254定时/计数器方作方式 6种工作方式。 差异：输出波形、计数触发方式、门控影响。,2,8253/8254编程与应用 写方式字；写初值。 注意区分方式字和初值的端口地址。 PC机的定时/计数器应用 T1：为系统电子时钟提供时间基准。 T2：动态存储器定时刷新控制信号。 T3：扬声器音频发生器。,3,4,第四章 DMA技术,背景：程序控制方式和中断方式都需CPU的干预。对于高速、大批量的数据传输，若由CPU一条一条执行指令来完成数据交换，效率低下。 原理：DMA(Direct Memory Access，直接内存传输)方式下，通过专用接口，让存储器与高速外设之间直接交换数据，而无需CPU的干预；并且内存地址的修改、传送开始和结束控制都由硬件电路实现，大大提高了传输速度。 特点：用硬件控制代替软件控制。实现硬件控制的器件称为DMA控

2、制器（DMAC）。它是DMA传输的核心器件。应用场合：高速、大批量的数据传输。,4.1 DMA 概述,5,DMA控制器2种工作状态 被动工作状态：CPU对DMAC进行控制和指挥。例如：向DMAC写入内存传送区的首地址、传送字节数和控制字。此时，DMAC相当于一个外设接口，称为总线从模块或受控器。 主动工作状态：进行DMA传输时，DMAC取代CPU，获得总线控制权，成为总线的主控者，向存储器和外设发信号。此时，DMAC称为总线主模块或主控器。,6,(1) DMA的传送过程,DMA的传送过程,7,当外设有DMA需求且就绪，向DMAC发请求信号DREQ。,DMAC收到请求后，通过HOLD引脚向CPU发总线请求信号HRQ 。,CPU若允许DMA传输，则释放总线控制权，并发响应信号HLDA 。,DMAC收到HLDA并获得总线控制权后，向外设发应答信号DACK，通知其可以开始进行DMA传输。,DMAC送出地址和控制信号，进行外设与内存间的数据传输。,数据传输结束后，DMAC通过的HOLD引脚发撤销总线请求。CPU收到请求后，使HLDA无效，同时收回总线控制权。,当外设有DMA需求且准备就绪，向DM

3、AC发出DMA请求信号DREQ。 DMAC收到DMA请求后，通过CPU的HOLD引脚向CPU发出总线请求信号HRQ。 CPU收到总线请求后，若允许DMA传输，则会在当前总线周期结束后发出DMA响应信号HLDA。 CPU释放总线控制权（三组总线置高阻态）； CPU向DMAC发HLDA信号，通知DMAC，CPU已释放了总线控制权。,8,DMAC获得总线的控制权，向外设发DMAC的应答信号DACK，通知外设可以开始进行DMA传输。 DMAC送出地址和控制信号，进行外设与内存间的数据传输。 数据传输完毕后，DMAC通过CPU的HOLD引脚发出撤销总线请求信号。CPU收到该信号后，使HLDA无效，同时收回对总线的控制权。,9,一次DMA传送只需执行一个DMA周期，其时间相当于一次总线写周期的时间。,单字节传送方式 每传送完一个字节数据，DMA控制器放弃总线控制权。传送下一个字节时，再重新申请使用总线。 特点：DMA控制器不会长时间占用总线。CPU可在每个DMA周期结束后立即控制总线。CPU与DMA控制器轮流控制系统总线，因此不会对系统运行产生较大影响。 缺点：DMA传输效率低。,10,(2) D

4、MA的传送方式,11,数据块传输方式 DMA控制器获得总线控制权后，可连续传输多个字节。只有当字节全部传送完毕，或被外部强制停止，它才释放总线控制权。 优点：传输效率高。 缺点：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，会对系统产生影响。,12,13,请求传输方式 类似数据块传输方式。不同之处在于：每传输一个字节后，DMA控制器对外设的DMA请求信号DREQ进行测试；若DREQ无效，则停止DMA传输，归还总线控制权。 优点：实现灵活，DMA操作可由外设利用DREQ信号控制发送过程。,14,15,级联传输方式 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。,16,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。 存储器到存储器：实现内存区域到内存区域的读写。 DMA校验：不进行数据传送，而是对数据块内部的每个字节进行校验。,17,(3) DMA的操作类型,DMA读写操作均是针对存储器而言。,18,内容概要,DMA的传送过程 DMA的传送方式 DMA的操作类

5、型,8237A是一款可编程的通用DMA控制器，可实现内存到外设、外设到内存、内存到内存的高速传输，最高传输速率可达1.6MB/s。 8237A具有4个独立通道，可通过级联方式进行扩充。最多可扩展4个从片，共16个DMA通道。每个通道一次可传输的最大数据块为64KB。,4.2 DMA 控制器 8237A,19,20,(1) 8237A 内部结构,8237A包含4个DMA通道和一个公共控制部分。 每个DMA通道包括： 基本地址寄存器(16位)、当前地址寄存器(16位) 基本字节寄存器(16位) 、当前字节寄存器(16位) 请求寄存器位(1位) 、屏蔽寄存器位(1位) 公共控制部分包括： 控制寄存器(8位) 、状态寄存器(8位)、暂存寄存器(8位) 方式寄存器(8位),21,40引脚DIP封装。 信号分组： 请求与应答信号 被动状态下的信号 主动状态下的信号,22,(2) 8237A 外部引脚,请求与应答信号 DREQ0 DREQ3：DMA通道请求信号。有效电平可高可低，由程序控制。优先级：DREQ0最高，DREQ3最低。 HRQ：8237A向CPU发出的使用总线请求信号，高有效。 HLDA

6、：CPU发给8237A的总线请求应答信号，高有效，表示CPU已让出总线使用权。 DACK0 DACK3：DMA通道应答信号。有效电平可由程序设置。同一时刻，只能有一个DACK信号有效。,23,被动状态下的信号线 A0 A3：地址输入线。用于CPU对8237A进行初始化时访问其内部寄存器使用。4位组合可访16个寄存器。 DB0 DB7：双向数据线。用于CPU向8237A进行初始化时传送命令，或传送接收后传送状态。 CS：片选信号。低有效时，CPU可对8237A进行编程。 IOR：I/O读。CPU读取8237A的内部状态寄存器信息。 IOW：I/O写。CPU向8237A写命令及初始化参数。 CLK：时钟信号输入。 RESET：复位输入。,24,主动状态下的信号线 A0 A7：地址输出线。输出低8位存储器地址。 DB0 DB7：数据线 / 高8位地址线分时复用。 ADSTB：地址选通。DMA传输开始时，ADSTB有效，把DB0 DB7 上输出的高 8 位地址锁存在外部锁存器中。 AEN：地址允许输出信号。有效时将锁存的高8位地址送入系统总线，与DMAC输出的低8位地址组成16位地址。 MEM

7、R：存储器读。有效时从存储器读数据。 MEMW：存储器写。有效时将数据写入存储器。,25,IOR：I/O读。低有效时，在DMAC的控制下，从外设读取数据。 IOW：I/O写。低有效时，在DMAC的控制下，将数据写入外设。 READY：准备就绪。用于控制总线周期长度，与慢速设备同步。在DMA传送期间，若READY信号无效，则插入等待周期。 EOP：过程结束信号，双向。DMA传送结束，DMAC从EOP端输出一个负脉冲，通知外设。若外设通过EOP向DMAC输入一个负脉冲信号，则终结DMA传送。,26,8237A内部共有10种寄存器，可分为2类： 通道专用寄存器（4个） 基本地址寄存器、当前地址寄存器 基本字节寄存器、当前字节寄存器 通道公用寄存器（6个） 方式寄存器 命令寄存器 状态寄存器,27,(3) 8237A 内部寄存器的功能,屏蔽寄存器 请求寄存器 暂存寄存器,1. 基本地址寄存器（16位，只写） 用来存放DMA传送的内存起始地址。初始化时由程序写入，先低字节，后高字节。 在整个数据块的DMA传输过程中，其值保持不变。 自动预置时，将它的值重新装入当前地址寄存器。 2. 当前地址寄存

8、器（16位，可读可写） 用来存放DMA传送的当前内存地址，每次DMA传输后，其值自动加1或减1。 初值与基址寄存器相同，由CPU一并写入。 自动预置时，数据块传输结束后，自动恢复为初值。,28,通道专用寄存器,3. 基本字节寄存器（16位，只写） 又称基本字节计数器。用来存放DMA传送的总字节数。若传送N个字节，则要写入N-1。 其值在初始化时由程序写入，先低字节，后高字节。在整个数据块的DMA传输过程中，其值保持不变。 自动预置时，将它的值重新装入当前字节寄存器。 4. 当前字节寄存器（16位，可读可写） 用来存放DMA传送过程中未传完的字节数，其初值与基本字节寄存器相同，由CPU一并写入。 每传送一个字节，其值自动减1。减为-1时，数据块传送结束，EOP信号有效。 自动预置时，数据块传输结束后，自动恢复为初值。,29,1. 工作方式寄存器（8位，只写） 用于设置DMA的操作类型、操作方式、地址改变方式、自动预置以及通道选择。,30,通道公用寄存器,【例4-1】 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。试给出写操作、读操作、校验操作的方式字。 解：

9、写操作：0100 0110 = 46H。 读操作：0100 1010 = 4AH。 校验操作：0100 0010 = 42H。,31,2. 命令寄存器（8位，只写） 用于控制8237A的操作，只能写，不能读。,32,D5：滞后写和扩展写 D5 = 0 为滞后写，表示写脉冲滞后读脉冲一个时钟。 D5 = 1 为扩展写，表示读、写脉冲同时产生。 扩展写增加了写命令宽度。压缩时序下 (D3=1) 该位无意义。 D4：优先级 D4 = 0 为固定优先权， DREQ0 最高，DREQ3 最低。 D4 = 1 为循环优先权，刚服务过的通道优先权变为最低。 D3 ：时序类型 D3 = 0为普通时序，传输一个字节需3个时钟周期。 D3 = 1为压缩时序。对于高速外设，可将时序压缩到2个周期。,33,D2：启动与停止8237A工作 D2 = 0 启动； D2 = 0 停止。一般为0，即启动工作。 该位设置影响所有通道。 D1 和 D0：控制内存到内存的传输。 仅当 D0 = 1 (允许MM传输) 时 D1 才有意义。 实现MM传输，需先把源区数据送入8237A的暂存寄存器，然后再送到目的区。即：每次MM传输需2个DMA周期。 一般用通道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字节数。 传输时，目的地址可自动加/减1，而源地址可通过设置D1=1使其保持不变，这样可使同一数据传输到整个目标内存区域。,34,【例4-2】 PC机中的8237A 按如下要求工作：禁止存储器到存储器传送，采用正常时序，滞后写入，固定优先级，允许8237A工作，DREQ信号高电平有效，而DACK信号低电平有效。已知写命令寄存器对应的地址为08H，请给出写命令的程序段。 解： 命令字：00000000H 写命令字代码段： MOV AL, 00H OUT 08H, AL,35,3. 状态寄存器（8位） 用于存放8237A的状态信息，只读不写。 低4位表示哪些通道传输结束；高4位表示哪些通道当前有DMA请求。,36,4. 屏蔽寄存器（8位） 用来禁止或允许各通道的DMA请求。只写不读。有单通道屏蔽和4通道屏蔽两种格式。 单通道屏蔽：每次只屏蔽一个通道。,37,4通道屏蔽：可同时屏蔽4个通道的DMA请求（相互独立）。 若低4位全为1，则屏蔽所有的

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