1、第十二章 8237A DMA控制器及PC/XT機(jī)的系統(tǒng)板nDMA數(shù)據(jù)傳送方式（已在第六章講過(guò)）nDMA控制器的功能n8237DMA控制器的兩種工作狀態(tài)n8237A的組成和工作原理DMA數(shù)據(jù)傳送方式nDMA方式的提出nDMA數(shù)據(jù)傳送方式概述DMA方式的提出n程序控制傳送方式以CPU為中心，數(shù)據(jù)傳送由CPU來(lái)控制n利用中斷方式雖然可以提高效率，但也必須由CPU控制；CPU在執(zhí)行中斷服務(wù)程序、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)都會(huì)花費(fèi)不少時(shí)間n總體評(píng)價(jià)：慢！不能滿(mǎn)足高速數(shù)據(jù)傳送的要求。n利用DMA可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送！DMA數(shù)據(jù)傳送方式概述n高速數(shù)據(jù)傳送的需求nDMA方式特點(diǎn)nDMA方式傳送數(shù)據(jù)路徑nDMA方式的優(yōu)

2、點(diǎn)nDMA方式不是萬(wàn)能的nDMA的應(yīng)用場(chǎng)合高速數(shù)據(jù)傳送的需求n某些外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送非常快！n例如：硬盤(pán)，其數(shù)據(jù)的最低傳送速率達(dá)5MB/S。用程序控制方法傳送數(shù)據(jù)的速率最高也只能達(dá)到530KB/S。因此完成硬盤(pán)與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送實(shí)際上是不可能的！n因此，在這種情況下，數(shù)據(jù)傳送采用DMA方式。DMA方式特點(diǎn)nDMA-Direct Memory Accessn在存儲(chǔ)器和外部設(shè)備之間，直接開(kāi)辟高速的數(shù)據(jù)傳送通路。n數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程不需要CPU介入，只用一個(gè)總線周期，就能完成存儲(chǔ)器和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。DMA方式傳送數(shù)據(jù)路徑CPU外設(shè)存儲(chǔ)器總線程序控制數(shù)據(jù)輸入/輸出DMA方式數(shù)據(jù)傳送DMA方式的

3、優(yōu)點(diǎn)n由DMAC提供源地址和目的地址；修改地址、控制傳送操作的結(jié)束和發(fā)出傳送控制信號(hào)都由DMAC承擔(dān)。即DMA方式是一種由硬件代替軟件的方法，因而數(shù)據(jù)傳送的速度顯著提高了。nDMA方式大大縮短了數(shù)據(jù)傳送的響應(yīng)時(shí)間。DMA方式不是萬(wàn)能的n在DMA方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，CPU把總線的控制權(quán)讓給DMAC，DMAC取代CPU控制總線，此時(shí)，CPU不能讀取指令；n當(dāng)DMAC控制總線時(shí)，CPU不能去檢測(cè)和響應(yīng)來(lái)自系統(tǒng)中其他設(shè)備的中斷請(qǐng)求；nDMA傳送也存在以下兩個(gè)額外開(kāi)銷(xiāo)： 總線訪問(wèn)時(shí)間； DMAC的初始化，CPU要對(duì)DMAC寫(xiě)入控制字； n總之，采用DMA方式，會(huì)增加硬件投資，提高系統(tǒng)的成本！DMA控制器的功

4、能n能向CPU提出DMA請(qǐng)求，請(qǐng)求信號(hào)加到CPU的HOLD引腳上nCPU響應(yīng)DMA請(qǐng)求后，DMA控制器從CPU那獲得對(duì)總線的控制權(quán)，CPU暫停工作。n提供讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的各種命令n確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗嫉刂泛蛿?shù)據(jù)的長(zhǎng)度，能自動(dòng)修改地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度n數(shù)據(jù)傳送完畢，發(fā)出結(jié)束DMA傳送的信號(hào)8237DMA控制器的兩種工作狀態(tài)n從態(tài)方式：DMA控制器未取得總線控制權(quán)時(shí)，必須由CPU對(duì)DMA進(jìn)行編程，以確定通道的選擇、數(shù)據(jù)傳送的方式和類(lèi)型、內(nèi)存單元起始地址、地址是遞增還是遞減、要傳送的總字節(jié)數(shù)；CPU也可讀取DMA的狀態(tài)n主態(tài)方式：DMA控制器取得總線控制權(quán)后，系統(tǒng)完全在它的控制下，I/O設(shè)備和存儲(chǔ)

5、器之間或存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)傳送8237A的組成和工作原理n8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n8237A的引腳功能n8237A的內(nèi)部寄存器8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n時(shí)序與控制邏輯n優(yōu)先級(jí)編碼電路n數(shù)據(jù)和地址緩沖器n命令控制邏輯n內(nèi)部寄存器組8237A引腳功能nCLK 時(shí)鐘信號(hào)，輸入nCS 片選信號(hào)nREADY 準(zhǔn)備好nA3A0 DMAC的內(nèi)部寄存器選擇信號(hào)nDB7DB0 數(shù)據(jù)線nAEN 地址允許信號(hào)nADSTB 地址選通信號(hào)nIOR和IOW I/O讀寫(xiě)信號(hào)nMEMR和MEMW 存儲(chǔ)器讀寫(xiě)信號(hào)nDREQ3DREQ0 通道30的DMA請(qǐng)求信號(hào)nHRQ和HLDA 保持請(qǐng)求和保持響應(yīng)信號(hào)nDACK3DAC

6、K0 通道30的DMA響應(yīng)信號(hào)nEOP 傳輸過(guò)程結(jié)束信號(hào)8237A的內(nèi)部寄存器名稱(chēng)位數(shù)數(shù)量當(dāng)前地址寄存器164（每通道一個(gè)）當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器164（每通道一個(gè)）基地址寄存器164（每通道一個(gè)）基字計(jì)數(shù)寄存器164（每通道一個(gè)）工作方式寄存器64（每通道一個(gè)）命令寄存器81（4個(gè)通道公用一個(gè)）狀態(tài)寄存器81（4個(gè)通道公用一個(gè)）請(qǐng)求寄存器41（每通道1位）屏蔽寄存器41（每通道1位）暫存寄存器81（每通道1位）當(dāng)前地址寄存器n每個(gè)通道都有一個(gè)16位的當(dāng)前地址寄存器，用于存放DMA傳送的存儲(chǔ)器地址值。n每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，地址值自動(dòng)增1或減1，以指向下一個(gè)存儲(chǔ)單元。當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器n每個(gè)通道都有一個(gè)16

7、位的當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器，它的初值比實(shí)際傳送的字節(jié)數(shù)少1，該值是在編程狀態(tài)下由CPU寫(xiě)入的。n在進(jìn)行DMA傳送時(shí)，每傳送一個(gè)字節(jié)，字計(jì)數(shù)器的內(nèi)容自動(dòng)減1，當(dāng)它的值減為0，再由0減到FFFFH，將產(chǎn)生終止計(jì)數(shù)信號(hào)TC。基地址寄存器n每個(gè)通道都有一個(gè)16位的基地址寄存器，它用來(lái)存放對(duì)應(yīng)通道當(dāng)前地址寄存器的初值，該值是在CPU對(duì)DMA控制器進(jìn)行編程時(shí)，與當(dāng)前地址寄存器的值一起被寫(xiě)入的，即兩個(gè)寄存器有相同的寫(xiě)入端口地址，編程時(shí)寫(xiě)入相同的內(nèi)容。n但基地址寄存器的內(nèi)容不能被CPU讀出，也不能被修改。當(dāng)執(zhí)行自動(dòng)預(yù)置操作時(shí)，使當(dāng)前地址寄存器能恢復(fù)到初始值。基字計(jì)數(shù)寄存器n每個(gè)通道都有一個(gè)16位基字計(jì)數(shù)寄存器。用于

8、存放對(duì)應(yīng)通道當(dāng)前字計(jì)數(shù)器的初值，該值也是在CPU對(duì)8237A進(jìn)行編程時(shí)與當(dāng)前字計(jì)數(shù)器一起寫(xiě)入的，且兩者具有相同的寫(xiě)入端口，寫(xiě)入相同的內(nèi)容。n該寄存器的內(nèi)容也不能被CPU讀出，主要用于自動(dòng)預(yù)置操作時(shí)使當(dāng)前字計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值。工作方式寄存器n每個(gè)通道都有一個(gè)6位的工作方式寄存器，用于選擇DMA的傳送方式和類(lèi)型。工作方式字的格式D7D600請(qǐng)求傳送方式01單字節(jié)傳送方式10數(shù)據(jù)塊傳送方式11級(jí)聯(lián)傳送方式D50地址增1地址減11D40禁止自動(dòng)預(yù)置1允許自動(dòng)預(yù)置D3D200校驗(yàn)傳送寫(xiě)傳送0110讀傳送11非法D1D000選擇通道0選擇通道10110選擇通道211選擇通道3命令寄存器n命令是一個(gè)8位寄存器，

9、用來(lái)控制8237A的操作。編程狀態(tài)時(shí)，由CPU對(duì)它進(jìn)行編程，設(shè)置8237A的操作方式，復(fù)位時(shí)將其清除。命令字的格式D70DACK低電平有效1DACK高電平有效D60DREQ低電平有效1DREQ高電平有效D50不擴(kuò)展寫(xiě)選擇D3=1時(shí)不起作用1擴(kuò)展寫(xiě)選擇D40固定優(yōu)先權(quán)1循環(huán)優(yōu)先權(quán)D30正常時(shí)序D0=1時(shí)不起作用1壓縮時(shí)序D20允許8237A操作1禁止8237A操作D10禁止通道0地址保持不變D0=0時(shí)不起作用1允許通道0地址保持不變D00禁止存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送1允許存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送請(qǐng)求寄存器n在DMA內(nèi)部有一個(gè)4位的請(qǐng)求寄存器，每位對(duì)應(yīng)一個(gè)通道。n相應(yīng)請(qǐng)求位置1，對(duì)應(yīng)的通道可產(chǎn)生DMA請(qǐng)求，清

10、0時(shí)不產(chǎn)生請(qǐng)求。請(qǐng)求字的格式D7D6D5D4D3無(wú)關(guān)D20復(fù)位請(qǐng)求位1置位請(qǐng)求位D1D000選擇通道0選擇通道10110選擇通道211選擇通道3屏蔽寄存器nDMA內(nèi)部有一個(gè)4位的屏蔽寄存器，每位對(duì)應(yīng)一個(gè)通道。n相應(yīng)屏蔽位置1時(shí)，禁止對(duì)應(yīng)通道的DREQ請(qǐng)求進(jìn)入請(qǐng)求寄存器，屏蔽位復(fù)位時(shí)，允許DREQ請(qǐng)求。狀態(tài)寄存器nDMA內(nèi)部的8位狀態(tài)寄存器用來(lái)存放狀態(tài)信息，供CPU讀出。暫存寄存器n在存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送時(shí)，暫存寄存器用來(lái)保存所傳送的數(shù)據(jù)。n當(dāng)傳送完畢，暫存寄存器中始終保存著最后一個(gè)傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)，可以用RESET信號(hào)清除。軟件命令n在編程狀態(tài)，DMA可執(zhí)行3個(gè)附加的特殊軟件命令，這3個(gè)軟件命令不

11、關(guān)心數(shù)據(jù)的具體格式，只要對(duì)特定的端口地址進(jìn)行一次寫(xiě)操作，命令就生效。n清除先/后觸發(fā)器n主清命令n清除屏蔽寄存器各寄存器對(duì)應(yīng)的端口地址I/O口地址寄存器讀寫(xiě)00H通道0當(dāng)前地址寄存器通道0基地址與當(dāng)前地址寄存器01H通道0當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器通道0基字計(jì)數(shù)與當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器02H通道1當(dāng)前地址寄存器通道1基地址與當(dāng)前地址寄存器03H通道1當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器通道1基字計(jì)數(shù)與當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器04H通道2當(dāng)前地址寄存器通道2基地址與當(dāng)前地址寄存器05H通道2當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器通道2基字計(jì)數(shù)與當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器06H通道3當(dāng)前地址寄存器通道3基地址與當(dāng)前地址寄存器07H通道3當(dāng)前字計(jì)數(shù)寄存器通道3基字計(jì)數(shù)與當(dāng)前

12、字計(jì)數(shù)寄存器08H狀態(tài)寄存器命令寄存器09H請(qǐng)求寄存器0AH屏蔽寄存器0BH工作方式寄存器0CH清除先/后觸發(fā)器0DH暫存寄存器主清命令寄存器0EH屏蔽寄存器（清除屏蔽）0FH屏蔽寄存器（主屏蔽字）8237A的時(shí)序n外設(shè)和內(nèi)存間的DMA數(shù)據(jù)傳送時(shí)序n8237A有兩個(gè)主要的工作周期，即空閑周期（IDLE CYCLE）和有效周期（ACTIVE CYCLE）。n每個(gè)周期由若干個(gè)狀態(tài)構(gòu)成。n空閑周期、有效周期和擴(kuò)展寫(xiě)周期n空閑周期：系統(tǒng)復(fù)位后或無(wú)DMA請(qǐng)求時(shí)處于空閑周期，這時(shí)DMA處于從態(tài)n有效周期：當(dāng)外部向DMAC發(fā)出DMA請(qǐng)求，可處于有效周期，DMAC處于主態(tài)n擴(kuò)展寫(xiě)周期：8237A的編程和應(yīng)用舉例nPC/XT機(jī)中的DMA的控制邏輯n8237A的一般編程方法nPC/XT機(jī)上的DMA控制器的使用PC/XT機(jī)中的DMA的控制邏輯n各通道的功能n通道0：用于動(dòng)態(tài)RAM的刷新n通道1：保留n通道2：用于軟盤(pán)的DMA傳送n通道3：用于硬盤(pán)的DMA傳送8237A的編程方法n編程步驟：n 輸出主清命令，使8237A復(fù)位n 寫(xiě)入基地址和現(xiàn)行地址寄存器，確定起始地址n 寫(xiě)入基字和現(xiàn)行字計(jì)數(shù)器，確定要傳送的字節(jié)數(shù)n 寫(xiě)入方式字，指定工作方式