[工学]第9章_DMA技术.ppt

第第9 9章章 DMADMA技术技术9.1 DMA传输 9.1.1 DMA传送的特点DMA传送方式让存储器与外设，外设与外设，存储器与 存储器之间直接交换数据，不需经过累加器，减少了中间 环节，并且内存地址的修改，传送结束的报告都由硬件完 成，大大提高了传输速率 （1）适合高速大批量数据传输系统 （2）用硬件控制代替软件控制在小系统或速度要求不高 的系统，一般不采用DMA （3）用DMA控制器取代CPU来完成对DMA传送全过程的控制 下图画出了两种不同形式的数据传送方式：  执行程序指令的传输路径（用 线表示） DMA方式的传输路径（用 线表示）CPU外设存储器总 线下面画出几种不同形式的DMA方式内存外设输出输入DMAC内存内存DMAC外设外设DMAC9.1.2 DMA传输的过程在DMA操作前，需对DMA控制器初始化，包括：传送 字节数、存储器的起始地址、传送方向和DMA通道号初 始化之后就等待外设来申请DMA传输其传输过程包括： （1）申请阶段在初始化之后，若接收到外设的DMA请求信号DREQ后 ，在DMA控制器允许的情况下便向CPU发出总线保持信号 HOLD其过程如下： I/ODMACCPU请求DREQ回答DACK总线保持HOLD回答HOLDACK（包括总线裁决）（2）响应阶段CPU在每个总线周期结束时检测HOLD信号，当HOLD有效，并且总线锁定信号LOCK无效时，响应HOLD请求；此时 ，CPU脱离三总线，发出总线保持回答信号HOLDACK，使 DMAC与总线“接通”。

此刻，DMAC正式成为系统的主控者 I/ODMACCPU请求DREQ回答DACK总线保持HOLD回答HOLDACK（包括总线裁决）（3）数据传送阶段此阶段做两件事： 以DMA请求回答信号DACK通知发出请求的外部设备，使之成为被选中的DMA设备 DMAC行使总线控制权，控制数据按初始化的设定进行 数据传输I/ODMACCPU请求DREQ回答DACK总线保持HOLD回答HOLDACK（包括总线裁决）（4）传送结束阶段 由初始化中规定的数据字节传输完毕引发其过程是： 由外设发出一个“过程结束”信号引发DMAC产生一个“计数已到”信号给外设外设撤消DMA请求信号DREQ相继撤消总线保持信号HOLD和总线回答信号HOLDACKDMAC放弃总线，CPU获取总线9.2 DMA操作 9.2.1 DMA操作类型 1、数据传输把源地址的数据传到目标地址去源地址和目标地 址可以是存储器，也可以是外设 2、数据校验该操作不进行数据传输，只对数据块的每个字节进 行某种校验其过程与数据传输相同，只是DMAC不发存储 器和外设的读/写信号 3、数据检索数据检索与数据校验一样，只是对某个存储区查找 某些关键数据。

9.2.2 DMA操作方式 1、单字节方式每次DMA操作只操作一个字节即每传送一个字节，DMAC都必须重新向CPU申请占用总线数据传送后，字数计 数器减1，释放总线控制权，当计数器从0减到FFFF时，产 生终止计数信号T/C在这种方式下，每传一个数据，CPU都至少可得到一个总线周期，接着8237会立即采样DREQ信号，进行下个字节 的传送 2、连续方式在传送一个数据块的过程中，DMAC始终占用总线，即使DMA请求变为无效，DMAC也不释放总线，只是暂停传 送，直到DMA请求变为有效后，继续传送当字数计数器 由0减到FFFF时，产生终止计数信号或由外部输入结束信号EOP为止 3、请求方式该方式以外部设备是否有DMA请求来决定有请求时，DMAC才占用总线停止传送（释放总线）由以下三种情况 之一决定 数据传送结束，产生终止计数信号T/C 由外部送来过程结束信号EOP 当外设的请求DREQ无效在中，虽然8237A释放总线，但通道内的现行地址和字节数仍保存着，只要外设准备好数据，由DREQ信号再次 有效就可使传送继续下去4、级连方式用于扩展通道微 处 理 器第一级8237第二级8237HRQ HLDADREQ0 DACK0DACK3DREQ3HRQHRQHLDAHLDA……DREQ0 DACK0DACK3DREQ3…DREQ0 DACK0DACK3DREQ3…外设0外设3外设12外设15………存储器和I/O交换数据时，DMAC对它们的控制。

数据交换的顺序I/ODMACRAMCPU①DREQ②HOLD③HOLDACK④DACKR/WI/ODMACCPUI/ORAMDMAC①DREQ②HOLD③HOLDACK④DACKR/W由被动态 进入主动态（总裁） 经总线裁决后认可，进入 总线保持状态，CPU失去 总线控制权经判优及屏 蔽处理后例：从内存输出一个字节数据到外设的工作过程（1）CPU的控制过程 内存中100个数传送到I/O中的程序：MOVSI，1000H；内存的首地址MOVDX，300H；端口地址MOVCX，100LL：MOVAL，[SI]INCSIOUTDX，ALLOOP LLSI的内容送地址总线上 存储器“读”操作 数据总线上的内容送ALDX的内容送地址总线上 AL的内容送数据总线上 I/O“写”操作（2）DMA控制过程总线 控制器HOLD HOLDACK内存接口DMA 控制器I/O设备接口发DMA请求接口锁存数据发总线保持总线允许控 制 总 线地 址 总 线数 据 总 线DMA请 求被确认内存把数据送数据总线CPU收回总线控制权撤消总线保持DMA控制器把地址送地址总线DMA发 存储器读DMA发I/O写9.3 DMA控制器 9.3.1 DMA控制器在系统中的工作状态1、DMA控制器在系统中的两种状态主动态：取代CPU，获得系统总线控制权，向存储器和外设发 号施令。

表现在：DMA写时：发IOR和MEMW信号，数据由外设传到存储器中DMA读时：发MEMR和IOW信号，数据由存储器传到外设中因此DMA控制器有相应的控制线发出不同的控制信号完成数 据的交换被动态：DMAC接受CPU对它的控制和指挥主要完成两件工 作：（1）等待CPU对DMAC初始化编程（在DMA传送之前，CPU必 需要对DMAC进行初始化编程以确定DMAC的工作方式）以及 从DMAC中读取状态（在DMA传送完毕后），如同一般的I/O 芯片在加电复位后，DMAC处于被动状态2）在每个总线周期后DMAC去检测外部设备提出的DMA请 求，以便完成DMA传送2、总线控制权在DMAC与CPU之间的转移主动态被动态DMAC提出HOLD后，CPU发出HOLDACKDMAC发出过程结束信号EOP，撤消HOLD9.3.3 DMA控制器82C37A的外部特性1、特点：（1）四个独立通道2）64KB寻址与计数能力3）有级联方式和多种操作模式其引脚信号的功能可分为以下几类：（1）I/O设备的请求信号DREQ0-3：由I/O设备发向DMAC，DREQ0优先级最高2）DMAC回答I/O的信号DACK0-3 ：由DMAC回答I/O外设注意：系统允许多个DREQ信号同时有效，可以有几个I/O同时提出申请，但同一个时间，只能有一个DACK信号有效。

3）总线保持和应答HRQ和HLDA：总线保持与总线应答4）IOR/IOW，MEMR/MEMW，CSIOR/IOW：双向，主动态时为输出MEMR/MEMW：单向输出，仅在主动态时使用5）地址线 A0-A7，数据线DB0-7双向数据线DB0-7，即是数据线，又是16位地址线的高8位6）EOP：过程结束，双向可由计数终止产生，也可由外设产生2、82C37A的内部逻辑结构3、82C37A的内部寄存器*为软命令9.3.4 DMA控制器82C37A编程命令 1、命令寄存器用于控制82C37A所有通道的操作方式其内容由 CPU写入，由复位和总清命令清除2、方式寄存器设置DMA的操作类型、操作方式等每个通道都有自己的 方式寄存器注意：单一方式：通道启动一次，只传送一个数，传送完就释放系统总线交还CPU并且：当前地址寄存器+1（-1）当前字节数计数器+1（-1）块传送：启动一次可把整个数据块传送完并且，当前字节计数器减到0，产生EOP信号，DMAC才释放系统总线 询问传送：与块传送类似，其不同点在于每传送一个字节之后，要检测（询问）DREQ是否有效 若无效，则“挂起” ；若有效，继续传送 直 至字节计数器为0止。

存贮器-存贮器：为数据块传送而设置，这种传送在通道0与1之间传送通道0（源）→ 通道1（目的）例：PC系列软盘R/W操作选择DMA通道2，单字节传送，地址 增1，不用自动预置，其R/W操作方式字为：I/O→RAM 读盘（DMA写）= 01000110B 0B=46HRAM→I/O 写盘（DMA读）= 01001010B0B=4AH因此，从软盘上读一个扇区的数据存放到内存储区的方式字为46H，写一个扇区的数据到软盘的方式字为 4AH3、地址寄存器每个通到都有基地址寄存器和当前地址寄存器，16位地址寄存器存放DMA传送的内存首址，在初始化时由 CPU写入，传送中基地址不变，而当前地址在变4、字节计数寄存器每个通道都有基字节寄存器和当前字节寄存器，16位字节寄存器存放DMA传送的总字节数，在初始化时由 CPU写入，传送中基值字节计数寄存器不变，而当前字 节寄存器在变化5、请求寄存器DMA请求寄存器就是用于由软件启动DMA请求， 如：RAM→RAM，这种软件请求DMA传输必须是块传输 方式其格式如下：例：若用软件请求使用通道1进行DMA传送，则请求寄存器 写入05H即可6、屏蔽寄存器用来禁止或允许通道的DMA请求。

但对由软件设定的DMA 请求位不能屏蔽 有二种格式：  单一位屏蔽寄存器每次只能屏蔽一个通道其格式如下： 4位屏蔽寄存器可同时屏蔽4个通道其格式如下： 例：开放通道2，作为响应软盘的DMA请求① 使用单一屏蔽MOV AL，00000010BOUT 0AH，AL② 使用4位屏蔽（仅开放通道2 ）MOV AL，00001011BOUT 0FH，AL7、状态寄存器功能：提供哪些通道已到终止计数，哪些通道有DMA请求 等状态信息，供CPU使用其格式如下：8、暂存寄存器 功能：用于存贮器对存贮器传送时，暂时保存从源地址读 出的数据9、软命令（有三条）所谓软命令就是只要对特定地址进行一次写操作， 命令就生效，而与写入的具体数据无关 清先/后触发器命令  总清除命令 清屏蔽寄存器命令（清4个通道）例：清先/后触发器 MOV AL，0AAH；AL为任意值 OUT 0CH，AL；置先/后触发器为0态 例：总清除命令 MOV AL，0BBH；AL为任意值 OUT 0DH，AL；总清命令9.3.5 DMA控制器82C37A的工作时序DMA有7种状态周期，分别为：SI，S0，S1，S2，S3，S4及SW。

1）空闲周期SI上电后未编程前，还没有DMA请求时，便进入空闲周期SI；此时DMA处于被动工作方式，CPU可对DMA进行编程2）过渡状态S0若检测到DREQ（外设发）请求，DMAC即向CPU发出总线请求信号HRQ；并且DMAC从SI跳入S0状态，并重复执行，直 到收到HLDA信号，进入S1状态图9.9 82C37A的时序图（3）DMA有效周期（S1-S4）① 在CPU的回答信号HLDA到达后，DMAC进入了有效的 DMA周期，开始传送数据② 一个完整的传送周期包括S1 ，S2 ，S3 和 S4四个周 期；如果I/O速度跟不上，可在S3 和S4 之间插入等待 周期SW a） S1 周期：更新高8位地址DMAC在S1状态发出地址允许AEN信号（表示DMA过程的开始），将高8位地址A8-A15送 到数据总线DB0-DB7上DMA页面寄存器锁存器RAM20位地址 （24位）CPU读RAM写RAM74LS670（61。