(選學(xué))第11章 DMA接口技術(shù)

1、微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章DMA 接接 口口 技技 術(shù)術(shù)第十一章第十一章微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.1 DMA控制器概要控制器概要 DMA 主要用于需要高速大批量數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)中，以提高數(shù)據(jù)的吞吐量，如磁盤(pán)存取、圖像處理、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、同步通信等。PC中，還采用 DMA 技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)存儲(chǔ)器的動(dòng)態(tài) RAM 刷新。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.1.1 DMA控制器的基本功能控制器的基本功能 DMA控制器應(yīng)具有以下基本功能： （1）向CPU提出DMA請(qǐng)求。 （2）CPU響應(yīng)DMA請(qǐng)求后， DMA 控制器從C

2、PU 處獲得對(duì)總線(xiàn)的控制權(quán)。 （3）提供讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的各種命令。 （4）確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗嫉刂泛蛿?shù)據(jù)的長(zhǎng)度，每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，能自動(dòng)修改地址數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。 （5）數(shù)據(jù)傳送完畢，發(fā)出結(jié)束DMA傳送信號(hào)，將總線(xiàn)控制權(quán)交還給 CPU。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.1.2 DMA控制器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理控制器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 為使DMA控制器正常工作，系統(tǒng)應(yīng)用軟件對(duì)DMA控制器進(jìn)行初始化。初始化過(guò)程包括兩個(gè)方面： （1）數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)的起始地址或結(jié)束地址地址寄存器。 （2）傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)或字?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章圖11.

3、1 DMA 控制器的編程結(jié)構(gòu)和外部連線(xiàn)微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.2 DMA控制器控制器8237A11.2.1 8237A的主要功能與工作模式的主要功能與工作模式1. 8237A的主要功能的主要功能 （1）4 個(gè)獨(dú)立通道，通道的優(yōu)先級(jí)可設(shè)定為固定或循環(huán)方式。 （2）每個(gè)通道的DMA請(qǐng)求可分別允許/禁止。 （3）每個(gè)通道支持16位地址和64K字節(jié)計(jì)數(shù)，可分別工作在4種傳輸模式下。 （4）DMA傳輸速率達(dá)1.6MB/s （5）可級(jí)連擴(kuò)展通道。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章2. 8237A的操作類(lèi)型和傳輸模式的操作類(lèi)型和傳輸模式四種操作類(lèi)型：四

4、種操作類(lèi)型：（1）DMA寫(xiě)傳送（I/O設(shè)備 存儲(chǔ)器）。（2）DMA讀傳送（存儲(chǔ)器 I/O設(shè)備）。（3）DMA校驗(yàn)。（4）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章四種傳輸模式：四種傳輸模式：（1）單字節(jié)（單次）傳輸模式。（2）塊（成組）傳輸模式。（3）請(qǐng)求傳輸模式。（4）級(jí)連傳輸模式微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.2.2 8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳 DMA控制器作為總線(xiàn)中的一個(gè)模塊，它一方面可以控制系統(tǒng)總線(xiàn)，作為總線(xiàn)主模塊；另一方面，它又和其它接口一樣，接受CPU對(duì)它的讀/寫(xiě)操作，作為總線(xiàn)從模塊。8237A的內(nèi)部結(jié)

5、構(gòu)和外部引腳是與這兩方面的工作情況對(duì)應(yīng)的。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章1. 8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖11.2 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章（1）地址寄存器）地址寄存器 由基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器組成，均為16位，使一次DMA可傳送的地址數(shù)為216（64K）。 基地址寄存器：基地址寄存器：存放本通道DMA傳輸?shù)牡刂烦踔怠?當(dāng)前地址寄存器：當(dāng)前地址寄存器：每進(jìn)行一次DMA傳輸后，自動(dòng)1；計(jì)到 0，自動(dòng)回到初值。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章（2）字節(jié)計(jì)數(shù)器）字節(jié)計(jì)數(shù)器 由基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前

6、字節(jié)寄存器組成，均為 16 位，使一次 DMA 傳送的字節(jié)數(shù)為216（64K）。 基本字節(jié)寄存器：基本字節(jié)寄存器：存放本通道DMA傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)初值，應(yīng)比實(shí)際傳輸字節(jié)數(shù)少 1。 當(dāng)前地址寄存器：當(dāng)前地址寄存器：每進(jìn)行一次DMA傳輸后，自動(dòng)減 1，其值由 0減到FFFFH，產(chǎn)生計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)EOP。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章2. 8237A的外部引腳的外部引腳圖11.3 8237A 引腳微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.2.3 8237A的內(nèi)部寄存器的內(nèi)部寄存器（1）方式寄存器（起始地址11）（2）控制寄存器（起始地址8）（3）狀態(tài)寄存器（起始地

7、址8）（4）請(qǐng)求寄存器（起始地址9）（5）屏蔽寄存器（起始地址10/14/15）（6）暫存寄存器（起始地址13）微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章1. 方式寄存器方式寄存器用于控制本通道的工作模式。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章2. 命令寄存器命令寄存器決定整個(gè)8237A的總體特性。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章3. 狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 指出 4 個(gè)通道是否有DMA請(qǐng)求及計(jì)數(shù)是否結(jié)束，供CPU讀出。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章4. 請(qǐng)求寄存器請(qǐng)求寄存器 標(biāo)志某個(gè)通道是否有DMA請(qǐng)求。 1 表示有請(qǐng)求

8、，0 表示無(wú)請(qǐng)求?？捎密浖梦粏?dòng) DMA請(qǐng)求。 微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章5. 屏蔽寄存器屏蔽寄存器（1）通道屏蔽字）通道屏蔽字 用于屏蔽或允許某個(gè)通道的DMA請(qǐng)求。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章（2）主屏蔽字）主屏蔽字 一次完成對(duì) 4 個(gè)通道的屏蔽位設(shè)置。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章6. 暫存寄存器暫存寄存器7. 主清命令和清除先主清命令和清除先/后觸發(fā)器命令后觸發(fā)器命令 用于存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器傳送時(shí)，暫存從源地址讀出的數(shù)據(jù)。 主清命令使命令、狀態(tài)、請(qǐng)求、暫存寄存器及先/后觸發(fā)器清 0，屏蔽寄存器置位。 清除先/后觸發(fā)

9、器命令保證向16位寄存器寫(xiě)基值地址和基值字節(jié)計(jì)數(shù)值時(shí)，先寫(xiě)低 8 位，后寫(xiě)高 8 位。 只要對(duì)特定地址進(jìn)行一次寫(xiě)操作，這兩條命令就生效，與寫(xiě)入的具體內(nèi)容無(wú)關(guān)。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章7. 各寄存器對(duì)應(yīng)的端口地址各寄存器對(duì)應(yīng)的端口地址微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.3 8237A在系統(tǒng)中有效地址的生成在系統(tǒng)中有效地址的生成 三個(gè)問(wèn)題：三個(gè)問(wèn)題： （1）CPU如何對(duì)8237A尋址？ （2）8237A 地址寄存器中存放的是存儲(chǔ)器地址，那么它是如何對(duì)I/O尋址的？ （3） 8237A地址寄存器為16位，那么它是如何尋址20位地址空間（1MB）的

10、？微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章1. 8237A的的CS及內(nèi)部寄存器口地址的產(chǎn)生及內(nèi)部寄存器口地址的產(chǎn)生 DMA在取得總線(xiàn)控制權(quán)之前，由CPU控制地址線(xiàn)對(duì) 8237A 尋址。口地址范圍： 0000H000FH，具體分配見(jiàn)前表（教材表8-1）。圖 系統(tǒng)板口地址譯碼電路微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章2. 8237A有效地址的生成有效地址的生成 及頁(yè)面地址的使用及頁(yè)面地址的使用 當(dāng)DMA在取得總線(xiàn)控制權(quán)后，作為系統(tǒng)主控制器，它如何向存儲(chǔ)器和它如何向存儲(chǔ)器和 I/O 設(shè)備發(fā)地設(shè)備發(fā)地址信號(hào)？址信號(hào)？（1）如何提供存儲(chǔ)器地址）如何提供存儲(chǔ)器地址 在系統(tǒng)中設(shè)

11、置DMA頁(yè)面地址寄存器，產(chǎn)生DMA通道的高 4 位地址A16A19。它與8237A輸出的16位地址一起組成20位地址線(xiàn)，以訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器全部存儲(chǔ)單元。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章圖 8237A有效地址 的生成CH2CH3CH1WB WA 寄存器0111011#2#3#頁(yè)面寄存器的寫(xiě)入頁(yè)面寄存器的寫(xiě)入CH2CH3CH1RBRA0111011#2#3#頁(yè)面寄存器的讀出頁(yè)面寄存器的讀出CH0 DMA刷新，不用 頁(yè)面寄存器。寄存器微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章 頁(yè)面寄存器74LS670內(nèi)有 4 個(gè) 4 位寄存器（0#4#），高 4 位地址A16A19由CP

12、U在初始化編程時(shí)通過(guò) D14 寫(xiě)入這些 4 位寄存器。由于這些 4 位寄存器與 DMA通道由一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)選中某一寄存器讀出，就可以從 Q14 輸出頁(yè)面地址 至系統(tǒng)地址線(xiàn)A16 A19。 A8A15由8273A的DB07通過(guò)地址鎖存器74LS373的Q07輸出。 A0A7由 8273A 的 A07 通過(guò)地址驅(qū)動(dòng)器74LS244輸出。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章（2）如何提供）如何提供 I/O 設(shè)備的地址設(shè)備的地址 DACK 引腳接至 I/O 設(shè)備，可作為 I/O 口地址選擇信號(hào)。 DACK 信號(hào)和 RD 或 WR 信號(hào)同時(shí)有效，就能完成對(duì) I/O 設(shè)備端口的讀/寫(xiě)

13、操作。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.4 8237A的編程及應(yīng)用的編程及應(yīng)用11.4.1 8237A的初始化編程的初始化編程 例1：IBM PC/XT系統(tǒng)中BIOS對(duì)8237A的初始化。 初始化設(shè)置為：CH0對(duì)DRAM刷新，CH2和CH3分別用來(lái)進(jìn)行軟驅(qū)、硬盤(pán)和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，CH1提供給用戶(hù)使用。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章 初始化內(nèi)容：初始化內(nèi)容： （1）設(shè)定命令寄存器的字為00H：禁止存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送，允許8237A操作、正常時(shí)序、固定優(yōu)先級(jí)、滯后寫(xiě)、DREQ高有效、DACK低有效； （2）存儲(chǔ)器起始地址0； （3）基本字節(jié)計(jì)數(shù)

14、器初值為FFFFH，即64KB； （4）CH0工作方式：讀操作、自動(dòng)預(yù)置、地址加1、單字節(jié)傳送； （5） CH1工作方式：校驗(yàn)傳送、禁止自動(dòng)裝入、地址加1、單字節(jié)傳送； （6）CH2（軟磁盤(pán)）、CH3（硬磁盤(pán)）工作方式與CH1相同。 初始化程序詳見(jiàn)教材p245246。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章11.4.1 8237A的應(yīng)用的應(yīng)用 例2：利用IBM PC/XT系統(tǒng)板上的8237A通道 1 進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集。 使通道 1 工作在請(qǐng)求傳送方式，即只要DREQ1 信號(hào)有效，DMA 就傳送數(shù)據(jù)， DREQ1失效就暫停，當(dāng)前地址寄存器和字節(jié)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容不變，一旦 DREQ1 再

15、次有效，又繼續(xù)，直至預(yù)置的字節(jié)數(shù)全部傳送完畢，由 8237A 發(fā)出結(jié)束信號(hào) T/C 為止。微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章圖 DMA方式高速數(shù)據(jù)采集接口原理框圖微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章 由于BIOS已對(duì) 8237A進(jìn)行了初始化，下面的數(shù)據(jù)采集程序不需再對(duì)地址寄存器和字節(jié)計(jì)數(shù)器進(jìn)行，而只要對(duì)方式、命令等內(nèi)部寄存器進(jìn)行即可。這里僅需考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）選定傳輸通道：CH1； （2）設(shè)定傳送的存儲(chǔ)器地址：2000H； （3）設(shè)定傳送的總字節(jié)長(zhǎng)度：64KB； （4）規(guī)定傳送方向：I/O M； （5）傳送方式：請(qǐng)求傳送； （6）設(shè)置DMA請(qǐng)求屏蔽字。 設(shè)待采集數(shù)據(jù)存放的實(shí)際地址為20000H2FFFFH。利用CH1，以請(qǐng)求傳送方式采集64KB數(shù)據(jù)的程序段如下：微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十一章第十一章INTCH1: MOV AL,05H; 設(shè)置方式字 OUT 0BH,AL; MOV AL,02H; 設(shè)頁(yè)面地址 OUT 83H,AL; MOV AL,00H; 設(shè)基地址低 8 位 OUT 02H,AL; MOV AL,00H; 設(shè)基地址高 8 位 OU