微机原理与接口概要

微机原理与接口概要DMA传输概念传输概念 外设直接与存储器进行数据交换外设直接与存储器进行数据交换，CPU不再担不再担当数据传输的中介者；当数据传输的中介者；DMA传输传输:外设外设 内存内存优点：数据传输由优点：数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内存硬件来控制，数据直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几（可达几MB/秒）秒）总线由总线由DMA控制器（控制器（DMAC）进行控制（）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写外设的地址和读写控制信号均由控制信号均由DMAC提供提供DMA传输概念传输概念 总线控制权总线控制权:master、slaveDMA传输传输:外设外设 内存内存几个基本概念：几个基本概念：DMAC编程周期：编程周期：slave DMAC控制总线进行数据传输周期：控制总线进行数据传输周期：master DMA的数据传输形式的数据传输形式:基本的基本的:MEM I/O和扩充的和扩充的:MEM MEM I/O I/ODMA传输概念传输概念DMA传送原理示意传送原理示意图图 外设发出外设发出DMADMA请求请求 DMAC DMAC向向CPUCPU申请总线申请总线 CPU CPU响应，释放总线控制权响应，释放总线控制权 DMAC DMAC得到总线控制权，并发出得到总线控制权，并发出DMADMA响应信号响应信号 由由DMACDMAC发出各种控制信号，控制外设与存储器之发出各种控制信号，控制外设与存储器之 间的数据传送间的数据传送 数据传送完后，数据传送完后，DMACDMAC撤销撤销HOLDHOLD信号信号 CPUCPU释放释放HLDAHLDA信号，并重新控制总线信号，并重新控制总线系统总线系统总线CPUDMAC存储器存储器外设接口外设接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADREQDACKAENIOWIORMEMWMEMRDMA传输概念传输概念DMA控制器的工作过程控制器的工作过程1）当外设准备好，可以进行）当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向传送时，外设向DMA控制器发出控制器发出“DMA传送请求传送请求”信号（信号（DREQ）;2）DMA控制器收到请求后，向控制器收到请求后，向CPU发出发出“总线请求总线请求”信信号号HOLD，表示希望占用总线，表示希望占用总线;3）CPU在完成当前总线周期后会立即对在完成当前总线周期后会立即对HOLD信号进信号进行响应。响应包括两个动作：一是行响应。响应包括两个动作：一是CPU将数据总线将数据总线、地址总线和相应的控制信号线均置为高阻态，由、地址总线和相应的控制信号线均置为高阻态，由此放弃对总线的控制权。另一方面，此放弃对总线的控制权。另一方面，CPU向向DMA控制器发出控制器发出“总线响应总线响应”信号（信号（HLDA）。）。4）DMA控制器收到控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，信号后，就开始控制总线，并向外设发出并向外设发出DMA响应信号响应信号DACK；DMA传输概念传输概念DMA控制器的工作过程控制器的工作过程5）DMA控制器送出地址信号和相应的控制信号，实现控制器送出地址信号和相应的控制信号，实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送；外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送；例如，向例如，向I/O接口发出读信号，同时往地址总线上发出接口发出读信号，同时往地址总线上发出存储器的地址和存储器写信号和存储器的地址和存储器写信号和AEN信号，即可从信号，即可从外设向内存传送一个字节。外设向内存传送一个字节。6）DMA控制器自动修改地址和字节计数器，并判断是控制器自动修改地址和字节计数器，并判断是否需要重复传送操作。当规定的数据传送完后，否需要重复传送操作。当规定的数据传送完后，DMA控制器就撤销发往控制器就撤销发往CPU的的HOLD信号。信号。CPU检检测到测到HOLD失效后，紧接着撤销失效后，紧接着撤销HLDA信号，并在信号，并在下一时钟周期重新开始控制总线。下一时钟周期重新开始控制总线。DMA传输概念传输概念DMA的三种传输方式的三种传输方式P423:连续传送（块传送）连续传送（块传送）:DMAC申请到总线后，申请到总线后，将一块数据传送完后才释放总线，而不管在这将一块数据传送完后才释放总线，而不管在这期间期间DREQ是否有效是否有效单次传送（每次传送一个字节）单次传送（每次传送一个字节）:每个每个DMA周周期只传送一个字节就立即释放总线。期只传送一个字节就立即释放总线。按需传送（猝发传送、请求传送）按需传送（猝发传送、请求传送）:也可以传送也可以传送数据块，直到要求停止。与块传送不同的是，每数据块，直到要求停止。与块传送不同的是，每次传送一个字节后都要对次传送一个字节后都要对DREQ进行测试，一旦进行测试，一旦该信号无效，就马上停止传送。但不释放总线，该信号无效，就马上停止传送。但不释放总线，一旦一旦DREQ有效，又开始传送。有效，又开始传送。12-1 8237A的组成和工作原理（的组成和工作原理（P416）8237A是一个可编程的是一个可编程的DMA 控制器芯片，它直接控制器芯片，它直接应用于应用于8086/8088 和和80286系统。在系统。在386和和486系统中，作系统中，作为集成系统外设接口芯片中的一部分仍起着为集成系统外设接口芯片中的一部分仍起着DMA控制控制器的作用。器的作用。8237A的内部结构框图见的内部结构框图见P417P417图图12-112-18237A的组成和原理的组成和原理（P417）8237A的组成和原理的组成和原理（P418）8237A的组成和原理的组成和原理8237A的组成和原理的组成和原理（P420表表12-1）8237A的组成和原理的组成和原理8237A的组成和原理的组成和原理8237A的组成和原理的组成和原理8237A的组成和原理的组成和原理8237A的组成和原理的组成和原理8237A的组成和原理的组成和原理D7D6D5D4D3D2D1D08237A的组成和原理的组成和原理(1)写单个通道屏蔽寄存器写单个通道屏蔽寄存器 ()4位，每位对应一个通道。相应位为位，每位对应一个通道。相应位为1时，禁止请时，禁止请求。求。8237可以写入两种屏蔽字，地址不同。可以写入两种屏蔽字，地址不同。D7D6D5D4D3D2D1D0格式：格式：当屏蔽位置位时，该通道就禁止接受当屏蔽位置位时，该通道就禁止接受DREQ的的DMA请求信号。反之，屏蔽位复位则允许请求信号。反之，屏蔽位复位则允许DREQ的请求。的请求。当某一通道进行当某一通道进行DMA传输后，产生传输后，产生EOP信号，则信号，则这一通道在禁止自动预置工作条件下的屏蔽位置这一通道在禁止自动预置工作条件下的屏蔽位置“1”。必须再次编程，。必须再次编程，使该通道屏蔽位复位，使该通道屏蔽位复位，才能进行下才能进行下一次的一次的DMA传输。传输。8237A的组成和原理的组成和原理D7D6D5D4D3D2D1D0(2)主屏蔽字主屏蔽字()可用写入一条主屏蔽命令分别对可用写入一条主屏蔽命令分别对4个通道相应位个通道相应位进行复位进行复位(允许允许)及置位及置位(禁止禁止)DMA请求。请求。注意：当系统注意：当系统RESET复位或用软件置位时，主屏蔽复位或用软件置位时，主屏蔽寄存器各位均被置位，即禁止所有通道接受寄存器各位均被置位，即禁止所有通道接受DMA请请求。求。8237A的组成和原理的组成和原理当芯片编程选择操作方式为存储器到存储器传输当芯片编程选择操作方式为存储器到存储器传输时，通道时，通道0和通道和通道1交换的数据保存在暂存寄存器交换的数据保存在暂存寄存器(8位位)，待传输全部完成后，最后一个传输数据仍保存在待传输全部完成后，最后一个传输数据仍保存在被被CPU编程读出，编程读出，在在DMA复位时被清除。复位时被清除。8237A的组成和原理的组成和原理8237A的组成和原理的组成和原理一个完整的一个完整的DMA传输过程必须经过传输过程必须经过4个阶段：个阶段：DMA请求。请求。DMA控制器控制器(8237)接受由接受由I/O设备发来设备发来的的DMA请求信号请求信号DREQ，并经判优后向总线裁决逻辑，并经判优后向总线裁决逻辑提出总线请求提出总线请求HRQ信号。信号。DMA响应。由总线裁决逻辑对总线请求进行裁决。响应。由总线裁决逻辑对总线请求进行裁决。如如CPU不再对不再对DMA初始编程，则当初始编程，则当CPU完成当前总线完成当前总线周期后予以响应，允许进行周期后予以响应，允许进行DMA传输。传输。CPU放弃对总放弃对总线的控制权，向线的控制权，向8237 DMA控制器发出总线应答信号控制器发出总线应答信号HLDA。DMA传输。由传输。由DMA控制器控制总线，控制器控制总线，发出相应的发出相应的地址与控制信息，地址与控制信息，按要传输的字节数直接控制按要传输的字节数直接控制I/O接口接口与与RAM的数据交换。的数据交换。8237A的组成和原理的组成和原理DMA传输结束。当传输结束。当DMA传输结束时，传输结束时，DMA控制器控制器产生计数终止信号产生计数终止信号EOP，并通过接口向，并通过接口向CPU提出中断提出中断请求，以使请求，以使CPU进行进行DMA传输正确性检查并重新获得传输正确性检查并重新获得对总线的控制权。对总线的控制权。12-3 8237A的编程和应用举例的编程和应用举例