微型计算机原理与接口技术（第二版）第9章DMA技术及DMA控制器

,微型计算机原理与接口技术,中国水利水电出版社,ISBN 978-7-5170-3719-4,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,微型计算机原理与接口技术第二版,第,9,章,DMA,技术及,DMA,控制器,9.1 直接存储器存取DMA技术概述,9.2 可编程DMA控制器8237A,9.3 DMA技术在微型计算机系统中的应用,习题与思考,学习目标,9.1 直接存储器存取DMA技术概述,9.1.1 DMA控制器的根本功能,9.1.2 DMA控制器的一般结构,9.1.3 DMA控制器的工作方式,9.1.4 DMA操作过程,9.1.1 DMA控制器的根本功能,能,接受,CPU,的编程，以便进行功能设,定,。,能,接收,I/O,接口的,DMA,请求，并向,CPU,发出总线请求信号，请求总线控制,权。,CPU,响应总线请求之后，,DMAC,能接管总线的控制，进入,DMA,传送过,程。,能,实现有效的寻址，即能输出地址信息并在数据传送过程中自动修改地址指,针。,能,向内存储器和,I/O,接口发出相应的读,/,写控制信,号。,能,控制传送数据的字节数，判定,DMA,传送是否结,束。,DMA,结束,时能释,放总线，恢复,CPU,对总线的控,制。,存储器,DMA,通道,I/O,接口,高速,I/O,设备,DMAC,9.1.2 DMA,控制器的一般结构,存储器,CPU,I/O,接口,I/O,外设,总线请求,总线响应,DMA,结束信号,总线,接口,总线,控制,逻辑,控制寄存器,状态寄存器,地址寄存器,字节计数器,DMA,请求,DMA,响应,9.1.3 DMA,控制器的工作方式,每,次,DMA,操作只传送一个字,节。,每,次,DMA,操作连续传送一组数,据。,类,似于块传送方式，只是当外设发来的,DREQ,无效时暂停,DMA,操作，有效时继,续。,这,种方式可以扩展系统中的,DMA,通道数,量。,1单字节传送方式,2块传送方式组传送方式,3请求传送方式,4级联传送方式,9.1.3 DMA,控制器的工作方式,每,次,DMA,操作只传送一个字,节。,每,次,DMA,操作连续传送一组数,据。,类,似于块传送方式，只是当外设发来的,DREQ,无效时暂停,DMA,操作，有效时继,续。,这,种方式可以扩展系统中的,DMA,通道数,量。,（,1,）,单字节传送,方,式,（,2,）,块传送,方式,（组传送方式）,（,3,）,请求传送,方,式,（,4,）,级联传送,方,式,HLDA,HOLD,CPU,HRQ,HLDA,DREQ,DACK,DREQ,DACK,一级,DMAC,HRQ,HLDA,DREQ,DACK,DREQ,DACK,二级,DMAC,HRQ,HLDA,DREQ,DACK,DREQ,DACK,二级,DMAC,I/O,接口,I/O,接口,I/O,接口,I/O,接口,9.1.4 DMA,操作过程,CPU,对,DMAC,初始化,，,送入存储,器起,始地,址,、,数据,块,长度。,从,I/O,接口向,DMAC,发出,DMA,请求信号,DREQ,。,DMAC,向,CPU,发出总线请求,HRQ,。,CP,U,结束,现行总,线周期,后向,DMAC,回送总线响应信号,HLDA,。,CPU,让,出,控,制总线、地址总线、数据总,线，,由,DMAC,控制。,DMAC,向外部设备发出,DMA,响应信号,DACK,。,进,行,DMA,传,送,：,DMAC,向,I/O,接口发出,读,信号,，数,据读,到,DB,上,，通,过,AB,发,送存储器地址，通,过,CB,向,存,储,器,发出,写,信号,，,DB,上,的数据写入指定的存储器单元。,DMAC,修改内部地址寄存,器,+1,或,-1,，,字节计数,器,-1。,重,复,第,7,、,8,步,，直至设定的字节数传送完毕。,DMAC,撤,消,HRQ,信号,，,释放总线，,CPU,重新控制总线。,以数据由外部设备向存储器输入为例,9.2,可编程,DMA,控制器,8237A,9.2.1 8237A,的主要,特性,9.2.2 8237A,的内部,结构,9.2.3 8237A,的引脚,功能,9.2.4 8237A,的操作,方式,9.2.5 8237A,的编程,9.2.1 8237A,的主要特性,9.2.2 8237A,的内部结构,9.2.2 8237A,的内部结构,1时序与控制逻辑,2优先级编码及控制逻辑,3命令控制逻辑,4数据和地址缓冲器组,5内部存放器组,8237A,从,态,时受,CPU,的控制，时序与控制逻辑电路接受系统送来的时钟、复位、片选和读,/,写控制等信号，完成相应的内部控制操,作,。,8237A,主态时，向,存储器或,I/O,接口发出读,/,写等各种控制信,号,。,根据CPU对8237A初始化时的设置要求，对同时提出DMA请求的多个通道进行优先级次序裁决，以确定优先级最高的通道。,优先级高的设备在效劳时，其他低级别的通道请求均被禁止，直至高优先级通道的效劳结束。,8237A从态时，DB7DB0用于传输CPU要对其读/写的数据信息，主态时用于向存储器送出高位地址。,引脚A7A4、A3A0为地址线，在主态时用于向存储器送出低位地址，从态时CPU通过A3A0引脚对8237A进行内部存放器选择。,8237A内部有4个DMA通道，每个通道各有一个16位的基地址存放器、基字节计数器、当前地址存放器、当前字节计数器，及一个6位的工作方式存放器。,片内还有可编程的命令存放器、屏蔽存放器、请求存放器、状态存放器和暂存存放器各1个，不可编程的计数暂存器和地址暂存器各1个。,名称,位数,数量,CPU,访问方式,名称,位数,数量,CPU,访问方式,基地址寄存器,16,4,写,命令寄存器,8,1,写,基字节计数器,16,4,写,工作方式寄存器,6,4,写,当前地址寄存器,16,4,读,/,写,屏蔽寄存器,4,1,写,当前字节计数器,16,4,读,/,写,请求寄存器,4,1,写,地址暂存器,16,1,不能访问,状态寄存器,8,1,读,计数暂存器,16,1,不能访问,暂存寄存器,8,1,读,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,IOR,IOW,MEMR,MEMW,NC,READY,HLDA,ADSTB,AEN,HRQ,CS,CLK,RESET,DACK2,DACK3,DREQ3,DREQ2,DREQ1,DREQ0,GND,40,39,38,37,36,35,34,33,32,31,30,29,28,27,26,25,24,23,22,21,A7,A6,A5,A4,EOP,A3,A2,A1,A0,Vcc,DB0,DB1,DB2,DB3,DB4,DACK0,DACK1,DB5,DB6,DB7,8,2,3,7,A,9.2.3 8237A,的引脚功能,DREQ,（来自,I/O,接口）,HLDA,（来自,CPU,）,SI,S0,S1,S2,S3,S4,Sw,SI,单字节传送,组传送,S0,空闲,周,期,有效周期,9.2.4 8237A,的操作方式,1,8237A,的操作周期,从时序上看，8237A可以有2个操作周期：,空闲周期从态,有效周期主态，有效周期又称DMA周期,SI,SI,单字节传送,组传送,S0,S0,DREQ,（来自,I/O,接口）,HLDA,（来自,CPU,）,S1,S2,S3,S4,Sw,空闲状态,请求,应答状态,数据传送状态,9.2.4 8237A,的操作方式,2,8237,工作方式,3,8237,传送类型,单,字节传送方,式,请,求传送方,式,数,据块传送方,式,级,联传送方,式,DMA,读,：,将数据由存储器传送到外设。,DMA,写,：,将数据由外设传送到存储器。,DMA,校验,：,一种空操作,，,产生时序、产生地址信号，但不进行传送，而外设可以利用这样的时序进行,DMA,校验。,9.2.5 8237A,的编程,18237A内部存放器的主要功能及格式,8237A,内部寄存器寻址,4,个通道的屏蔽寄存器,清除,4,个通道的屏蔽位,主清除命令,暂存寄存器,清除先,/,后触发器,工作方式寄存器,单通道屏蔽寄存器,请求寄存器,命令寄存器,状态寄存器,通道,3,基（当前）字,节计数器,通道,3,当,前字节计数器,通道,3,基（当前）地,址寄存器,通道,3,当,前地址寄存器,通道,2,基（当前）字,节计数器,通道,2,当,前字节计数器,通,道,2,基（当前）地,址寄存器,通道,2,当,前地址寄存器,通道,1,基,（,当前）字,节计数器,通道,1,当,前字节计数器,通道,1,基（当前）地,址寄存器,通道,1,当,前地址寄存器,通道,0,基（当前）字,节计数器,通道,0,当,前字节计数器,通道,0,基（当前）地,址寄存器,通道,0,当,前地址寄存器,DMA+1111,DMA+1110,DMA+1101,DMA+1100,DMA+1011,DMA+1010,DMA+1001,DMA+1000,DMA+0111,DMA+0110,DMA+0101,DMA+0100,DMA+0011,DMA+0010,DMA+0001,DMA+0000,A3A2A1A0,1基地址存放器,9.2.5 8237A,的编程,每个通道各有一个16位的基地址存放器，用于存放本通道DMA传送时的存储器起始单元地址，在8237A初始化时由CPU写入。,2当前地址存放器,在初始化编程时，CPU向基地址存放器写入的内容，同时也被写入当前地址存放器。,每次DMA传送后，当前地址存放器内容自动增1或减1，以指向相邻的下一个存储单元。该存放器内容可被CPU随时读出。,3基字节计数器,9.2.5 8237A,的编程,每个通道各有一个,16,位的,基,字节计数器，,用于存放本通道要传送的数据,量,，,在,初始,化时,由,CPU,写,入,。,编,程写入的字节数比实际要传送的字节数少,1,。,4当前字节计数器,用于存放本通道DMA传送时待传送的剩余字节数。初始化编程时，CPU向基字节计数器和当前字节计数器同时写入相同的初始值。,每次DMA方式传送一个字节后，当前字节计数器自动减1，当其内容最后一次从0减到0FFFFH时，将产生终止计数的脉冲输出。该存放器可被CPU随时读出。,5暂存存放器,9.2.5 8237A,的编程,暂存存放器为8位，仅在存储器至存储器之间DMA传送时使用，传送操作时用来暂时存放从源地址单元读出的数据。,6地址暂存器和计数暂存器,地址暂存器用于暂时存放当前存储器单元地,址,。,计,数暂存器用于暂时存放当前计数值,。,CPU,不与二者,发,生关,系,，不对二者读,/,写,。,7状态存放器,9.2.5 8237A,的编程,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,1,通道,0,计数结束,1,通道,1,计数结束,1,通道,2,计数结束,1,通道,3,计数结束,1,通道,0,有请求,1,通道,1,有请求,1,通道,2,有,请求,1,通道,3,有,请求,8命令存放器,9.2.5 8237A,的编程,0 DACK,低电平有效,1 DACK,高,电,平有效,0,DREQ,高电平有效,1 DREQ,低,电,平有效,0,正常写,1,扩展写,0,固,定优先级,1,循环,优,先级,0,禁止,内,存到,内,存传,送,0,不,保持通道,0,源地址不变,1,允许内,存到,内,存传,送,1,保,持通道,0,源地址不变,0,允,许,8237A,工作,1,禁止,8237A,工作,0,普,通,时序,1,压缩时序,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,9工作方式存放器,9.2.5 8237A,的编程,工作方式,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,地址,修改,通道选择,传送类型,00,请求传送方式,01,单字节传送方式,10,块传送方式,11,级联方式,00,通道,0,01,通,道,1,10,通,道,2,11,通,道,3,自动,预置,00 DMA,校验,01 DMA,写,10 DMA,读,