微型计算机系统原理及应用 教学课件 ppt 作者 贺建民 第9章 DMA传输

1、第9章 DMA传输,9.1 DMA传输基本概念 9.2 可编程DMA控制器8237A 9.3 8237A的应用举例,9.1 DMA传输基本概念,1. DMA DMA是Direct Memory Access，DMA传输技术可以提高数据交互的效率，减少对CPU资源的占用。 所谓DMA传输就是在不受CPU干预的情况下，内存储器与高速的外部设备之间交换数据的一种传输方式。,9.1 DMA传输基本概念,2. DMA传输系统的主要功能： 数据传输 数据校验 数据检索等其他功能,9.1 DMA传输基本概念,2. DMA传输系统的基本操作流程（1）: （1）I/O端口向DMA控制器发出DMA操作请求； （2）DMA控制器接到I/O端口的请求后，向CPU发总线请求信号； （3）CPU执行完当前指令后，向DMA控制器发出总线响应信号； （4）CPU放弃对系统总线的控制，处于等待周期，由DMA控制器接管系统总线；,9.1 DMA传输基本概念,2. DMA传输系统的基本操作流程（2）: （5）DMA控制器向I/O端口发出DMA应答信号； （6）DMA控制器把进行DMA操作所涉及的存储器地址发送到总线上；如从

2、I/O端口到存储器的数据传输，DMA控制器向I/O端口发出I/O读信号，向存储器发出MEM写信号；如从存储器到I/O端口的数据传输，DMA控制器向存储器发出MEM读信号，向I/O端口发出I/O信号，完成字节数据传输。 （7）重复第6步进行下一个字节的传输，直到设定的字节数DMA传输完毕或设备发出外部终止信号。DMA将总线请求信号变为无效， CPU检测到总线请求信号无效后，将总线响应信号变为无效，重新获取总线的控制权。,9.1 DMA传输基本概念,3. DMA控制器的基本功能 （1）能够响应外部设备的DMA操作请求，使得CPU处于等待状态，并接管系统总线的控制权； （2）能够按照类似CPU的工作节拍提供存储器和外部设备工作的各种控制信号； （3）能够提供正确的存储器操作所需的地址； （4）可编程控制。 （5）在所需的数据传输操作完成之后，能够发出结束DMA操作的信号，将系统总线的控制权重新交给CPU。,9.1 DMA传输基本概念,4. DMA控制器的主从两面性 DMA控制器在整个传输系统中，能够取代CPU成为系统的主控单元，控制整个系统总线进行数据传输，向存储器和外设发出各种控制信号（I

3、/O读写、存储器读写等）。 DMA控制器同时又是CPU的一个外部设备，或者叫被控设备。当DMA控制器作为外部设备时，要接受CPU对它的控制。通常来说，当系统加电复位后，DMA控制器应该自动处于受控状态，在DMA操作之前，由CPU对其进行编程操作，将其初始化并选择指定的通道、数据传输模式等。,9.2 可编程DMA控制器8237A,9.2.1 8237A的结构及功能 8237A是多模式可编程DMA控制器芯片 使用+5V单电源供电 40引脚双列直插式封装（Cerdip封装） 能够提供4个独立的DMA通道，有多个性能不同的版本,9.2 可编程DMA控制器8237A,9.2.1 8237A的结构及功能 8237A在上述40个引脚中，有些引脚是主控状态（DMA周期）和被控状态（空闲周期）下都有用的，有些则是专用线，可以将其分为与CPU有关的引脚和与存储器有关的引脚。,9.2 可编程DMA控制器8237A,1. 与CPU有关的引脚 RESET：高电平有效的复位信号。 CS：低电平有效的片选信号。 A0A3：低4位地址线，在空闲周期时是输入引脚，CPU寻址芯片内部的寄存器。在DMA周期时是输出引脚，提

4、供低字节的低4位地址。 DB0DB7：数据总线。在空闲周期时，CPU通过数据总线读/写8237A的寄存器。在DMA周期时，DB0DB7成为数据/地址复用总线。 IOR、IOW：I/O设备读写控制信号，低电平有效。在空闲周期实现CPU对8237A的读写操作。,9.2 可编程DMA控制器8237A,2. 与存储器有关的引脚 DREQ0DREQ3：4个DMA通道的DMA请求信号，输入引脚。外部设备为得到DMA服务需要触发这些信号。 DACK0DACK3：4个DMA通道的DMA请求响应信号，输出引脚。外部设备为得到DMA服务需要首先触发对应通道DREQ信号，如果符合条件，芯片就对外部设备回应一个对应的DACK信号，作为进入DMA服务的应答信号。 HRQ：总线接管请求信号，输出引脚，被8237A用来向CPU提出要求接管系统总线。 HLDA：总线接管请求应答信号，输入引脚，被用来接收CPU对于HRQ信号的回应。,9.2 可编程DMA控制器8237A,2. 与存储器有关的引脚 CLK：时钟输入信号 A7A4：三态地址总线，在DMA周期DB7DB0，A7A4，A3A0构成了完整的16位地址总线。 AD

5、STB：地址选通信号，在DMA周期时，将当前地址寄存器的高8位地址锁存。 AEN：地址输出允许信号，在DMA周期时，该信号允许地址锁存器中的高8位地址送到系统总线上。 READY：准备就绪信号，该信号可以扩展8237A的读写周期，实现低速设备在数据传输中的时序匹配。,9.2 可编程DMA控制器8237A,2. 与存储器有关的引脚 MEMR、MEMW：存储器的读/写控制信号，输出引脚，低电平有效。在DMA周期时，用于控制从选中的存储单元中读取数据或者将数据写入指定的存储单元。 EOP：数据传输结束信号，双向引脚，低电平有效。当外部送入该信号到8237A时，则不管当前DMA服务是否结束，都被强行终止。,9.2.2 8237A的控制命令字,1. 8237A的内部结构,9.2.2 8237A的控制命令字,1. 8237A的内部结构 8237A有4个独立的DMA通道 每个DMA通道都有4个16位寄存器，即基地址寄存器、当前地址寄存器、基字节数寄存器和当前字节数寄存器，构成一个基本的加1/减1电路。 各个通道公用的寄存器，如工作方式寄存器、命令寄存器、状态寄存器、屏蔽寄存器、请求寄存器和暂存器。

6、其他逻辑部分，如定时和控制逻辑、优先权控制逻辑等。,9.2.2 8237A的控制命令字,1. 8237A的内部结构 在固定优先权模式下，通道0优先级为最高，通道3优先权为最低； 在循环优先权模式下，最近一次服务的通道在下一次循环中优先级最低，轮流循环下去。,9.2.2 8237A的控制命令字,2. 8237A内部寄存器寻址 8237A内部总计有15个寄存器可以被CPU访问，由CS进行片选，由A0A3组合寻址。,2. 8237A内部寄存器寻址,9.2.2 8237A的控制命令字,3. 地址和字节数寄存器 基地址寄存器每个通道1个，寄存器的值由CPU通过程序写入，表示要传递的数据块在存储器中的位置，这个值也是当前地址寄存器的初值。 基字节数寄存器每个通道1个，其中的值是此次DMA操作所要传递的的数据块的大小（字节数），由CPU通过程序写入，在整个DMA传输过程中是不变的。 在对上述两个基寄存器进行写入的同时，对应的值也会写入相应的当前寄存器。不同的是，在DMA传输过程中，每传递一个字节的数据，当前寄存器中的值会变化一次。,9.2.2 8237A的控制命令字,4. 方式控制寄存器 方式控制寄

7、存器每个通道有一个，端口寻址位置都是DMA+0B，通道的区别通过D1和D0体现。,9.2.2 8237A的控制命令字,4. 方式控制寄存器 D7D6：方式（模式）选择 D7 D6 方式选择 0 0 请求传输方式 0 1 单字节传输方式 1 0 块传输方式 1 1 级联传输方式，多个8237A级联，形成主 从式DMA传输系统 D5：地址增减方向选择 D5 = “0”时，地址递增变化 D5 = “1”时，地址递减变化,9.2.2 8237A的控制命令字,4. 方式控制寄存器 D4：自动预置功能选择 自动预置功能是指当出现EOP信号（一次传输结束）后，把基地址寄存器、基字节数寄存器的值自动再次装载到当前地址寄存器和当前字节数寄存器中去，预备下次DMA传输使用。也称自动初始化方式。 D4 = “0”时，禁止自动预置功能 D4 = “1”时，允许自动预置功能,9.2.2 8237A的控制命令字,4. 方式控制寄存器 D3D2：DMA的传输类型选择 D3 D2 DMA的传输类型 0 0 校验传输（不发存储器和I/O设备的读/写 控制信号） 0 1 写传输，外设存储器 1 0 读传输，存储器外设 1

8、 1 无效,9.2.2 8237A的控制命令字,D1D0：工作通道选择 D1 D0 工作通道选择 0 0 通道0 0 1 通道1 1 0 通道2 1 1 通道3,9.2.2 8237A的控制命令字,5. 命令寄存器,9.2.2 8237A的控制命令字,5. 命令寄存器 D7：DACK的有效电平设置 D7 = “0”时，DACK低电平有效 D7 = “1”时，DACK高电平有效 D6：DREQ的有效电平设置 D6 = “0”时，DREQ低电平有效 D6 = “1”时，DREQ高电平有效,9.2.2 8237A的控制命令字,5. 命令寄存器 D5：写入时序设置 D5 = “0”时，选择滞后写入时序 D5 = “1”时，选择扩展写入时序 D4：通道优先权方式设置 D4 = “0”时，固定优先级方式，通道0优先级为最高，通道3优先权为最低 D4 = “1”时，循环优先级方式,9.2.2 8237A的控制命令字,5. 命令寄存器 D3：工作时序类型设置 D3 = “0”时，正常时序，即一次DMA传输使用3个状态，S2、S3和S4 D3 = “1”时，压缩时序，即一次DMA传输使用2个状态，S2和

9、S4（可以提高DMA的传输速率） D2：启动/停止8237A的工作（软件启动）设置 D2 = “0”时，允许8237A操作（启动） D2 = “1”时，禁止8237A操作（停止）,9.2.2 8237A的控制命令字,5. 命令寄存器 D1：存储器传输设置 D1 = “0”时，通道0源存储器地址不保持 D1 = “1”时，通道0源存储器地址保持，即源地址保持不变，源地址保持不变则将同一数据传输到整个目标存储器。 D0：存储器到存储器传输设置 D0 = “0”时，禁止存储器到存储器之间的DMA数据传输操作 D0 = “1”时，允许存储器到存储器之间的DMA数据传输操作。,9.2.2 8237A的控制命令字,6. 请求寄存器,9.2.2 8237A的控制命令字,6. 请求寄存器 D7D3：未用 D2：请求位（复位/置位选择） D2 = “0”时，请求位被复位，没有DMA请求 D2 = “1”时，请求位被置位，有DMA请求 D1D0：请求通道选择 D1 D0 请求通道选择 0 0 通道0 0 1 通道1 1 0 通道2 1 1 通道3,9.2.2 8237A的控制命令字,7. 屏蔽寄存器 该寄存器是用来设置允许/禁止各通道DMA请求DREQ，当屏蔽对应位时，禁止本通道的DREQ进入；若通道设置为非自动预置，则当通道收到EOP有效后，对应的屏蔽位被置位。 8237A中有两个屏蔽寄存器，单通道屏蔽寄存器和多通道（四通道）屏蔽寄存器。,9.2.2 8237A的控制命令字,7. 屏蔽寄存器 单通道屏蔽寄存器格式如下：,9.2.2 8237A的控制命令字,7. 屏蔽寄存器 D7D3：未用 D2：屏蔽位（屏蔽位复位/置位选择）设置 D2 = “0”时，开通请求DREQ D2 = “1”时，禁止请求DREQD1D0：通道选择 D1D0：通道选择 0 0 通道0 0 1 通道1 1 0 通道2 1 1 通道3,9.2.2 8237A的控制命令字,7. 屏蔽寄存器 多通道屏蔽寄存器格式如下：,9.2.2 8237A的控制命令字,7. 屏蔽寄存器 D7D4：未用 D3：通道3 D2：通道2 D1：通道1 D0：通道0 上述D3D1中对应位是“0”，则该通道清屏蔽（允许DMA请求），对应位是“1”，则该通道被屏蔽（禁

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