第6.3章：DMA控制方式主講老師：廉迎戰(zhàn)副教授

6.3、DMA方式和DMA控制器6.3.1、DMA方式1、什么是DMA傳送方式？

在查詢和中斷方式下，數(shù)據(jù)傳送：DMA（存儲(chǔ)器直接存取方式）CPUM外設(shè)MOVOUTINOUT

外設(shè)與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的傳送，都需要用IN和OUT指令經(jīng)CPU，并且，一次只能傳送一個(gè)字節(jié)在存儲(chǔ)器與外設(shè)之間建一高速通路直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，不經(jīng)CPU，并且可一次傳送數(shù)據(jù)塊，地址、字節(jié)數(shù)的修改由硬件完成。DMAC管理總線CPUM外設(shè)DMAC2、DMA工作過程1、外設(shè)DMACCPU（HOLD=1請(qǐng)求占有總線）

CPU（HLDA=1同意讓出總線）DMAC2、CPU將地址、數(shù)據(jù)、控制總線的管理權(quán)交DMAC3、DMAC回答外設(shè)。

4、進(jìn)行DMA傳送。傳送的內(nèi)存地址，字節(jié)數(shù)由DMAC控制。

5、傳送完畢，DMAC交出總線管理權(quán)，CPU重新占有總線。DMA請(qǐng)求請(qǐng)求回答

HLDAHOLDHLDAHRQCPUDACKDREQDMAC地?cái)?shù)控地?cái)?shù)控M外設(shè)（1）DMA請(qǐng)求（2）總線請(qǐng)求（3）總線允許（4）DMA回答EOP計(jì)數(shù)結(jié)束DMAC初始化：工作方式地址基與當(dāng)前寄存器計(jì)數(shù)值基與當(dāng)前寄存器此時(shí)DMAC是接口（從摸塊）。稱DMAC空閑周期。進(jìn)入DMA方式：DMAC管理總線，此時(shí)DMAC相當(dāng)于CPU（主摸塊）。稱DMAC工作周期數(shù)據(jù)D0~D7內(nèi)存或反之。地址總線HRQDREQDMACHLDADACK總線請(qǐng)求總線響應(yīng)HOLDHLDACPUDMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)I/O設(shè)備控制總線數(shù)據(jù)總線3.DMA系統(tǒng)組成

I/O向DMACDMAC向CPU響應(yīng)DMAC向發(fā)請(qǐng)求CPU發(fā)請(qǐng)求DMAC請(qǐng)求I/O發(fā)響應(yīng)DMA傳送結(jié)束DMA傳送進(jìn)行DMAC發(fā)出控制信號(hào)DMAC發(fā)出內(nèi)存地址4.DMA工作過程1）字節(jié)傳送允許DMA

DMA請(qǐng)求？DMAC發(fā)BUS請(qǐng)求CPU響應(yīng)DMA放棄BUSDMAC控制傳一個(gè)字節(jié)

塊結(jié)束否？放棄總線中斷請(qǐng)求NDMA放總線NYY5、DMA傳送方式2）塊傳送5、DMA傳送方式允許DMADMA請(qǐng)求？DMAC發(fā)BUS請(qǐng)求CPU響應(yīng)DMA放棄BUSDMAC控制傳一個(gè)字節(jié)塊結(jié)束否？放總線中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求？NYYNNY5、DMA傳送方式允許DMADMA請(qǐng)求？DMAC發(fā)出BUS請(qǐng)求CPU響應(yīng)DMA放棄總線DMAC控制傳一個(gè)字節(jié)塊結(jié)束否？放總線中斷請(qǐng)求YDMA請(qǐng)求？Y放總線NNY3）隨機(jī)請(qǐng)求DEMANDREQUESTN6．DMA控制器的功能結(jié)構(gòu)1）總線控制功能。2）具有用于提供交換數(shù)據(jù)地址的地址寄存器。3）具有數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器。4）具有編程寄存器和狀態(tài)寄存器。8、缺點(diǎn)（1）DMA期間，CPU不占總線，因而不能做其它工作。（2）CPU對(duì)DMAC初始化占有額外時(shí)間。（3）增加硬件，提高成本，使電路復(fù)雜。因此對(duì)于數(shù)據(jù)塊短，需頻繁DMAC初始化的場(chǎng)合，對(duì)于CPU來得及處理的情況，就不必采用DMA方式。1、硬盤和軟盤的輸入/輸出

2、快速通信通道輸入/輸出

3、多處理機(jī)和多程序數(shù)據(jù)塊傳送

4、掃描操作（圖象顯示）

5、高速數(shù)據(jù)采集7、在什么情況下用DMA6.3.2可編程DMA控制器82371．8237可編程控制器

1）8237特證DIP40,單時(shí)鐘,單+5V4個(gè)DMA通道,每個(gè)通道有獨(dú)立的地址/字節(jié)數(shù)寄存器，而控制/狀態(tài)寄存器為四個(gè)通道所共用。每個(gè)通道DMA請(qǐng)求可分別被允許/禁止,有不同優(yōu)先權(quán)4種工作方式,可級(jí)連以增加通道數(shù)

2）8237A主從兩面性：作為DMAC，8237A是可控制總線的主模塊。作為I/O芯片，8237A可被處理器讀寫。運(yùn)行時(shí)注意8237A主-從地址的變化。6.3.2、DMA與DMA控制器2、8237A控制器引腳和組成1）8237A引線說明：數(shù)據(jù)總線DB7-DB0：雙向數(shù)據(jù)總線。8237A為從模塊時(shí)被處理器編程或讀狀態(tài)，DB7-DB0作為數(shù)據(jù)線，傳輸數(shù)據(jù)或命令字。8237A為主模塊時(shí)DB7-DB0輸出地址A15-A8，在MM傳送操作時(shí)經(jīng)DB7-DB0，將M數(shù)據(jù)送8237A暫存器。DAM請(qǐng)求和響應(yīng)DREQ0-DREQ3：I/O設(shè)備DMA請(qǐng)求DACK0-DACK3：DMA響應(yīng)請(qǐng)求。圖28237的引腳配置讀寫邏輯：A3-A0：地址線，8237A：從模塊時(shí)為輸入，處理器尋址8237A；主模塊時(shí)輸出低4位地址。A7-A4：地址線主模塊時(shí)輸出存儲(chǔ)單元中的A7-A4。CS#：片選從模塊時(shí)處理器用來尋址8237A；主模塊時(shí)禁止。IOR#，IOW#：I/O讀寫控制，雙向。8237A在從模塊時(shí)為輸入，在主模塊時(shí)為輸出。RESET：輸入，復(fù)位信號(hào)復(fù)位時(shí)屏幕寄存器置1，其它寄存器置0。CLK：時(shí)鐘控制8237定時(shí)和數(shù)據(jù)傳送速率8237CLK=3MHz控制邏輯HRQ：8237A向處理器發(fā)出的總線請(qǐng)求信號(hào)。HLDA：處理器發(fā)給8237A的總線請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。READY：輸入，準(zhǔn)備就緒主模塊時(shí)控制總線周期的長(zhǎng)度，與慢速設(shè)備同步。MEMR#，MEMW：輸出，存儲(chǔ)器讀寫控制主模塊時(shí)送存儲(chǔ)器—外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。EOP#：雙向。輸出時(shí)，表明內(nèi)部通道傳送結(jié)束；輸入時(shí)，表明外部強(qiáng)迫DMA傳送仃止。AEN，地址鎖存允許在主模塊時(shí)允許外部鎖存器鎖存8237A的高8位地址。ADSTB，地址選通。在主模塊時(shí)8237地址寄存器的高8位地址經(jīng)數(shù)據(jù)總線鎖存到外部鎖存中。6.3.2、DMA與DMA控制器2）8237A組成說明四個(gè)獨(dú)立DMA通道：每個(gè)通道有16位地址REG，16位字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器，6位模式REG，1位請(qǐng)求REG，1位屏蔽REG。DMA0DMA1DMA2DMA3公用控制寄存器控制寄存器狀態(tài)寄存器暫存寄存器（各寄存器均為8位）命令REG.8HRQAddr.Temp.16CountTemp.16狀態(tài)REG.8暫存器8HLDARENMODEREG.6REQ1FLAG1MASK

FLAG當(dāng)前ADDR..REG.16基地址REG.16可讀非讀當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器.16基字節(jié)數(shù)REG.16

通道0通道1通道2通道3HOLDHLDACLOCKAEN關(guān)閉CPU地址鎖存器EN#STB鎖存器ADSTBDB7

：DB0IO/M#CS#ADDR.

譯碼DATASUBA15~A8A7~A0地址總線A3~A0A7~A4IOR#MEMR#IOW#MEMW#READYRESETDREQ0DACK0DREQ1DACK1DREQ2DREQ3DACK2DACK3EOP#圖3.Intel8237A可編程DMA控制器框圖18237的結(jié)構(gòu)框圖6.3.2、DMA與DMA控制器3）8237通道寄存器地址寄存器：16位，公用一個(gè)IO地址基地址寄存器：放DMA傳送RAM地址初值。當(dāng)前地址寄存器：提供DMA傳送時(shí)RAM地址,且每傳送一個(gè)字節(jié)對(duì)其加1或減1（程序控制）。CPU連續(xù)兩次讀出。字節(jié)寄存器：16位，公用一個(gè)IO地址基字節(jié)數(shù)寄存器：DMA傳送的總字節(jié)數(shù)。當(dāng)前字節(jié)數(shù)寄存器：DMA傳送字節(jié)數(shù)，自動(dòng)減1，可讀。通道方式寄存器：8位，每個(gè)通道一個(gè)方式寄存器，用于存放本通道的方式控制字，4個(gè)通道用一個(gè)IO地址。通道請(qǐng)求寄存器：8位，通道公用一個(gè)寄存器，應(yīng)用于塊傳送方式。通道屏蔽寄存器：8位，通道公用一個(gè)寄存器，分單通道屏蔽和4通道屏蔽，RESET時(shí)DMA被屏蔽。6.3.2、DMA與DMA控制器4）8237公用寄存器命令寄存器：8位，獨(dú)立IO地址決定DMA的工作方式。RESET時(shí)DMA被復(fù)位。狀態(tài)寄存器：8位，獨(dú)立IO地址表示DMA的運(yùn)行狀態(tài)可讀。表18237的內(nèi)部寄存器名稱位數(shù)數(shù)量CPU訪問方式基地址寄存器164只寫基字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器164只寫當(dāng)前地址寄存器164可讀可寫當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器164可讀可寫地址暫存器161不能訪問字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器161不能訪問命令寄存器81只寫工作方式寄存器64只寫屏蔽寄存器41只寫請(qǐng)求寄存器41只寫狀態(tài)寄存器81只讀暫存寄存器81只讀3、8237操作類型和傳送方式1）操作類型（四種）DMA寫傳送：IO寫入RAM-IOR讀IO數(shù)據(jù)-MEMW寫數(shù)據(jù)入RAMDMA讀傳送：RAM讀出數(shù)據(jù)IO-MEMR讀RAM數(shù)據(jù)-IOW寫入IO數(shù)據(jù)3、8237操作類型和傳送方式1）操作類型（四種）DMA校驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行效驗(yàn)RAM--RAM傳送：用兩個(gè)DAM通道CH0和CH1CH0為源地址，CH1為目的地址需要兩個(gè)周期完成字節(jié)計(jì)數(shù)器存字節(jié)數(shù)3、8237操作類型和傳送方式2）傳送方式（四種）單字節(jié)每次一個(gè)字節(jié)塊傳送每次N個(gè)字節(jié)字節(jié)計(jì)數(shù)器為FFFFH時(shí)，-EOP=0，DMA終止隨機(jī)請(qǐng)求傳送每次傳送一個(gè)字節(jié)后，8237對(duì)DREQ測(cè)試。直到連續(xù)傳送到字節(jié)計(jì)數(shù)器為0或外部輸入使-EOP變低或DREQ變?yōu)闊o效時(shí)為止。3、8237操作類型和傳送方式2）傳送方式（四種）級(jí)聯(lián)傳送優(yōu)先權(quán)決定于連接的通道號(hào)可擴(kuò)充系統(tǒng)的DMA通道數(shù)。下一級(jí)的HRQ接到上一級(jí)的某一通道的DREQ上，而上一級(jí)的響應(yīng)信號(hào)DACK，可接下一級(jí)的HLDA上。在級(jí)聯(lián)方式下，當(dāng)?shù)诙?jí)8237的請(qǐng)求得到響應(yīng)時(shí)，第一級(jí)8237僅應(yīng)輸出HRQ信號(hào)而不能輸出地址及控制信號(hào)，因?yàn)?，第二?jí)的8237才是真正的主控制器，而第一級(jí)的8237僅應(yīng)起到傳遞DREQ請(qǐng)求信號(hào)及DACK應(yīng)答信號(hào)的作用。3、8237操作類型和傳送方式3）優(yōu)先級(jí)8237有兩種優(yōu)先級(jí)方案可供編程選擇：(1)．固定優(yōu)先級(jí)規(guī)定各通道的優(yōu)先級(jí)是固定的，即通道0的優(yōu)先級(jí)最高，依次降低，通道3的優(yōu)先級(jí)最低。(2)．循環(huán)優(yōu)先級(jí)規(guī)定剛被服務(wù)通道的優(yōu)先級(jí)最低，依次循環(huán)。這就可以保證4個(gè)通道的優(yōu)先級(jí)是動(dòng)態(tài)變化的，若3個(gè)通道已經(jīng)被服務(wù)則剩下的通道一定是優(yōu)先級(jí)最高的。3、8237操作類型和傳送方式4）傳輸速率在一般情況下，8237進(jìn)行一次DMA傳送需要4個(gè)時(shí)鐘周期(不包括插入的等待周期SW)。例如，PC機(jī)的時(shí)鐘周期約210ns，則一次DMA傳送需要210ns*4+2l0ns＝1050ns。多加一個(gè)210ns是考慮到人為插入一個(gè)SW的緣故。另外，8237為了提高傳送速率，可以在壓縮定時(shí)狀態(tài)下工作。在壓縮定時(shí)狀態(tài)下，每個(gè)DMA總線周期僅用2個(gè)時(shí)鐘周期就可以實(shí)現(xiàn)，從而可以大幅度地提高數(shù)據(jù)的傳送速率。。4、8237編程1）通道REG設(shè)定工作方式設(shè)定（8237A模式REG.格式（寫B(tài)號(hào)）

）

D7D6D5D4D3D2D1D0模式選擇隨機(jī)請(qǐng)求傳輸模式00單字節(jié)傳輸模式001111非傳輸模式級(jí)聯(lián)傳輸模式地址增量選擇地址加10地址減11自動(dòng)預(yù)置功能選擇禁止0

允許1

通道選擇

0選0#

Channel

0011101選1#

Channel選2#

Channel選3#

Channel傳輸類型選擇

00校驗(yàn)傳輸001111

XX寫傳輸

讀傳輸非法D7D6=11圖請(qǐng)求寄存器的格式通道請(qǐng)求設(shè)定8237A單通道屏蔽REG.格式

D7D6D3D2D1D0D5D4不用0清除MASK位建立MASK位100Channel0001111Channel1Channel2Channel3

通道選擇通道屏蔽設(shè)定8237A四通道屏蔽REG.格式通道屏蔽設(shè)定

D7D6D3D2D1D0D5D4不用0清Channel3M位設(shè)Channel3M位100110清Channel2M位1設(shè)Channel2M位清Channel0Mask位設(shè)Channel0Mask位清Channel1Mask位設(shè)Channel1Mask位4、8237編程2）公用REG設(shè)定命令REG設(shè)定

D7D6D5D4D3D2D1D0DACK有效電平低電平有效0高電平有效101DREQ有效電平

高電平有效擴(kuò)展寫

MEM.011001

Enable8237A低電平有效不擴(kuò)展寫0擴(kuò)展寫1D3=1

X優(yōu)先級(jí)類型01固定優(yōu)先級(jí)循環(huán)優(yōu)先級(jí)MEM.傳輸禁止允許Channel0地址保持不變XDisableEnable

D0=08237A工作

Disable8237A時(shí)序類型01

X普通時(shí)序壓縮時(shí)序D0=1圖狀態(tài)寄存器格式狀態(tài)寄存器格式通道REGISTER操作CS#10R#10W#A3A2A1A0內(nèi)F/FDB0~DB7000

1111基/現(xiàn)行地址基/現(xiàn)行字計(jì)數(shù)現(xiàn)行地址現(xiàn)行字計(jì)數(shù)

基/現(xiàn)行地址現(xiàn)行地址基/現(xiàn)行字計(jì)數(shù)現(xiàn)行字計(jì)數(shù)寫寫寫

寫讀讀讀讀

010010001001

010010

0010010100100010010010010100100000000000000000000100010001000100100010001000100011001100110011

0101010101010101

A0~A7A8~A15A0~A7A8~A15W0~W7W8~W15W0~W7W8~W15W0~W7W8~W15W0~W7W8~W15A0~A7A8~A15A0~A7A8~A158237A字計(jì)數(shù)器與地址寄存器端口號(hào)與對(duì)應(yīng)操作（1）8237A編程3）地址、字、計(jì)數(shù)器端口分配0通道REGISTER操作CS#10R#10W#A3A2A1A0內(nèi)F/FDB0~DB7223333基/現(xiàn)行地址基/現(xiàn)行字計(jì)數(shù)現(xiàn)行地址現(xiàn)行字計(jì)數(shù)

基/現(xiàn)行地址現(xiàn)行地址基/現(xiàn)行字計(jì)數(shù)現(xiàn)行字計(jì)數(shù)寫寫寫

寫讀讀讀讀

010010001001

010010

0010010100100010010010010100100100010001000100010101010101010101100110011001100111011101110111

0101010101010101

A0~A7A8~A15A0~A7A8~A15W0~W7W8~W15W0~W7W8~W15W0~W7W8~W15W0~W7W8~W15A0~A7A8~A15A0~A7A8~A158237A字計(jì)數(shù)器與地址寄存器端口號(hào)與對(duì)應(yīng)操作（2）223）操作命令與端口A3A2A1A0IOR#IOW#操作十六進(jìn)制100001讀狀態(tài)REG.8100010寫命令/控制REG.100101非法9100110寫DMA請(qǐng)求標(biāo)志REG.

101001非法A101010寫屏蔽標(biāo)志REG.101101非法B101110寫模式REG.110001非法C110010清除高/低字節(jié)指針（內(nèi)F/F）

110101讀暫存器D110110主清除（總清）

111001非法E111010清除屏蔽標(biāo)志REG.111101非法F111110寫所有屏蔽REG單一位三個(gè)軟件命令不依賴DB上數(shù)據(jù)所有位操作命令與端口號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系表4）操作命令和端口3個(gè)軟件命令：與端口號(hào)有關(guān)，與DB線上的內(nèi)容無關(guān)。清除高/低字節(jié)指針（內(nèi)F/F）寫C號(hào)地址：清除字節(jié)指針F/F，使將裝入順序?yàn)橄萀SB后MSB。內(nèi)F/F可在連續(xù)讀數(shù)中自動(dòng)改變清除屏蔽寄存器寫E號(hào)地址，清除屏蔽標(biāo)志。4個(gè)通道的屏蔽位被清除以使4個(gè)通道可以接受DMA請(qǐng)求4）操作命令和端口軟件復(fù)位具有和硬件復(fù)位RESET相同效果寫D號(hào)地址（對(duì)A3A2AlA0為1101的地址進(jìn)行寫操作OUTDMA+0DH，AX）：總清除命令復(fù)位狀態(tài)：8237屏蔽REG.為1，其它REG.為08237進(jìn)入空閑狀態(tài)實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)位。5）、8237編程過程HLDA無效時(shí)8237A接受μP編程，不管HRQ是否有效。1、編程前禁止8237A：發(fā)關(guān)閉8237A命令，向8號(hào)端口（硬件設(shè)置）寫04H，或?qū)νǖ肋M(jìn)行屏蔽。2、用軟命令發(fā)出總清（MasterClear)操作：向0DH端口執(zhí)行一次寫操作。3、向通道送基地址/當(dāng)前地址寄存器、基字節(jié)數(shù)/當(dāng)前字節(jié)數(shù)寄存器數(shù)值。每個(gè)通道的上述4個(gè)寄存器占兩個(gè)地址，故將循環(huán)計(jì)數(shù)器CX的內(nèi)容置為8。4、送硬件設(shè)置方式字，屏蔽字、命令字，打開8237A。5、設(shè)置請(qǐng)求字，準(zhǔn)備接收DMA請(qǐng)求。地址低字節(jié)總清地址高字節(jié)字?jǐn)?shù)低字節(jié)字?jǐn)?shù)高字節(jié)方式字命令字屏蔽字其他通道參數(shù)圖6-168237的初始化流程6．8237編程舉例例1：PC機(jī)系統(tǒng)，程序中的變量DMA地址為00H，設(shè)對(duì)8237的0通道編程，使其工作于單一傳送方式，地址加1，自動(dòng)預(yù)置，讀出操作。傳送數(shù)據(jù)源地址為：20000H。

1、控制命令字 方式控制字：0101,1000(58H)

屏蔽字： 0000,0000(00H)

命令字： 0000,0000(00H)

請(qǐng)求字： 0000,0000(00H)MOVAL，04H ；命令字禁止8237操作OUTDMA+8，AL ；1、命令字送命令寄存器OUTDMA+0DH，AL ；2、發(fā)主清命令MOVAL，0XFFH ；傳送字節(jié)數(shù)送ALOUTDMA+1，AL ；寫0通道字節(jié)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器低8位,同時(shí),內(nèi)F/F自動(dòng)改OUTDMA+1，AL ；寫0通道字節(jié)計(jì)數(shù)器和當(dāng)前字節(jié)