第九章嵌入式DMA.ppt

第9章 DMA控制接口,第9章 DMA控制接口,教学重点 8237A的工作方式 8237A寄存器组的作用 8237A寄存器组的编程,9.1.1直接存取概述,内存与外设间有大量数据交换时，采用中断方式，每传送一次数据，就必须经历中断处理的全部步骤，而且一般需要借助CPU内部的寄存器作为中介 DMA方式：不用CPU的寄存器作传数中介, 完成存储器和外设间的直接传数，CPU必须将系统总线的控制权让给DMAC,9.1.2DMA方式原理方框图,DB HOLD CPU HLDA AB,DMAC,MEM,I/O,DMA的工作流程,DMAC发存储器地址,在总线上传送数据,传送结束？,修改地址指针,DMA结束，交还总线权,Y,N,9.2 可编程DMA控制器8237A,每个8237A芯片有4个DMA通道，就是有4个DMA控制器 每个DMA通道具有不同的优先权 每个DMA通道可以分别允许和禁止 每个DMA通道有4种工作方式 一次传送的最大长度可达64KB 多个8237A芯片可以级连，扩展通道数,9.2.1 8237A的内部结构和引脚,内部结构和外部引脚都相对比较复杂 应用观点，内部主要由两类寄存器组成 通道寄存器 控制和状态寄存器,1. 请求与响应信号,DREQ0DREQ3：DMA通道请求。当外设需要请求DMA服务时，将DREQ信号置成有效电平，并要保持到产生响应信号。 HRQ：总线请求。8237A输出有效的HRQ高电平，向CPU申请使用系统总线。 HLDA：总线响应。8237A接受来自CPU的响应信号HLDA，取得了总线的控制权。 DACK0DACK3：DMA通道响应。8237A使请求服务的通道产生相应的DMA响应信号。,2. DMA传送控制信号,A0A7：地址线。输出低8位存储器地址。 DB0DB7：数据线。输出高8位存储器地址；存贮器与存贮器的传送期间，用于数据传送。 ADSTB：地址选通。DMA传送开始时，输出高有效，把在DB0DB7上输出的高8位地址锁存在外部锁存器中。 AEN：地址允许。输出高有效，将锁存的高8位地址送入系统总线，与芯片此时输出的低8位地址组成16位存储器地址。,2. DMA传送控制信号（续）,MEMR*：存储器读。有效将数据从存储器读出 MEMW*：存储器写。有效将数据写入存储器 IOR*：I/O读。有效将数据从外设读出 IOW*：I/O。有效将数据写入外设 READY：准备好。DMA传送的S3下降沿检测到为低时，插入等待状态Sw，直到READY为高才进入第4个时钟周期S4。 EOP*：过程结束。DMA传送过程结束，输出一个低有效脉冲。外部输入低脉冲信号，则终结DMA传送。,3. 处理器接口信号,DB0DB7：数据线。用于8237A与微处理器进行数据交换。 A0A3：地址线。用以选择芯片内部寄存器。 CS*：片选。低有效时，微处理器与8237A通过数据线通信，主要完成对8237A的编程。 IOR*：I/O读。读取8237A内部寄存器。 IOW*：I/O写。写入8237A内部寄存器。 CLK：时钟。控制芯片内部操作和数据传输。 RESET：复位。使8237A处于初始状态。,8237A的两种工作状态,8237A具有两种工作状态 空闲周期： 作为接口电路，受CPU控制的工作状态 有效周期： 作为DMAC控制DMA传送的工作状态,8237A引脚的两种作用,9.2.2 8237A的工作时序·空闲周期,8237A的任一通道都没有DMA请求时 8237A由微处理器控制作为一个接口芯片 CPU可对8237A编程，或从8237A读取状态 8237A采样CS*选片信号，该信号有效，CPU就要对8237A进行读/写操作 8237A还采样通道的请求输入信号DREQ，该信号有效，就进入有效周期,9.2.2 8237A的工作时序·有效周期,8237A采样到外设有DMA请求，就脱离空闲周期进入有效周期 8237A作为系统的主控芯片，控制DMA传送操作 DMA传送借用系统总线完成，其控制信号以及工作时序类似CPU总线周期,DMA传送时序,DMA传送时序,S1状态输出16位存储器地址 AEN输出高电平，表示DMA传送 S2状态输出DMA响应信号和控制信号 DMA读：MEMR*和IOW*有效 DMA写：IOR*和MEMW*有效 S3和Sw状态检测数据传送是否能够完成，决定是否插入等待状态Sw S4状态完成数据传送,9.2.3 8237A的工作方式,DMA传送方式 · 单字节传送方式 · 数据块传送方式 · 请求传送方式 · 级连方式 DMA传送类型 · DMA读 · DMA写 · DMA检验 存储器到存储器的传送,1. DMA传送单字节方式,每次DMA传送时仅传送一个字节 传送一个字节之后，字节数寄存器减1，地址寄存器加1或减1，HRQ变为无效 8237A释放系统总线，将控制权还给CPU 若传送后使字节数从0减到FFFFH，则终结DMA传送或重新初始化 特点： 一次传送一个字节，效率略低 DMA传送之间CPU有机会重新获取总线控制权,1. DMA传送数据块方式,由DREQ启动就连续地传送数据，直到字节数寄存器从0减到FFFFH终止计数，或由外部输入有效信号终结DMA传送 DREQ只需维持有效到DACK有效 特点： 一次请求传送一个数据块，效率高 整个DMA传送期间CPU长时间无法控制总线（无法响应其他DMA请求、无法处理中断等）,1. DMA传送请求方式,DREQ信号有效就连续传送数据 DREQ信号无效，DMA传送被暂时中止，8237A释放总线，CPU可继续操作 DMA通道的地址和字节数的中间值仍被保持 DREQ信号再次有效，DMA传送就继续进行 如果字节数寄存器从0减到FFFFH，或者由外部送来一个有效的信号，将终止计数 特点： DMA操作可由外设利用DREQ信号控制传送的过程,DMA传送级连方式,用于通过多个8237A级连以扩展通道 第二级的HRQ和HLDA信号连到第一级某个通道的DREQ和DACK上 第二级芯片的优先权等级与所连通道的优先权相对应 第一级只起优先权网络的作用，实际的操作由第二级芯片完成 还可由第二级扩展到第三级等,2. DMA传送类型,DMA读把数据由存储器传送到外设 由MEMR*有效从存储器读出数据，由IOW*有效把这一数据写入外设 DMA写把外设输入的数据写入存储器 由IOR*有效从外设输入数据，由MEMW*有效把这一数据写入存储器。 DMA检验空操作 8237A不进行任何检验 外设可以进行DMA校验 存储器和I/O控制线保持无效，不进行传送,3. 存储器到存储器的传送,固定使用通道0和通道1 通道0的地址寄存器存源区地址 通道1的地址寄存器存目的区地址，通道1的字节数寄存器存传送的字节数 传送由设置通道0的软件请求启动 每传送一字节需用8个时钟周期 前4个时钟周期用通道0地址寄存器的地址从源区读数据送入8237A的临时寄存器 后4个时钟周期用通道1地址寄存器的地址把临时寄存器中的数据写入目的区,4. DMA通道的优先权方式,固定优先权方式优先权固定 通道0优先权最高，通道1其次，通道2再次，通道3最低 循环优先权方式优先权循环变化 最近一次服务的通道在下次循环中变成最低优先权，其他通道依次轮流相应的优先权,5. 自动初始化方式,每当DMA过程结束信号EOP*产生时（不论是内部终止计数还是外部输入该信号） 用基地址寄存器和基字节数寄存器的内容，使相应的现行寄存器恢复为初始值，包括恢复屏蔽位、允许DMA请求 这样就作好了下一次DMA传送的准备,9.2.4 8237A的寄存器,8237A共有10种内部寄存器，对它们的操作有时需要配合3个软件命令 8237A的“软件命令” 不需要通过数据总线写入控制字 直接由地址和控制信号译码实现,1. 现行地址寄存器,保持DMA传送的当前地址值 每次传送后该寄存器的值自动加1或减1 这个寄存器的值可由CPU写入和读出,2. 现行字节数寄存器,保持DMA传送的剩余字节数 每次传送后，该寄存器的值减1 这个寄存器的值可由CPU写入和读出 该寄存器的值减至0，再减1（从0减到FFFFH）时，终止计数,读写通道寄存器,CPU与8237A之间通过8位数据总线交换信息，8237A的通道寄存器均为16位 需要两次读写操作才能实现CPU与8237A之间的一个完整数据的交换 8237A内含一个高/低触发器，用来控制读写通道寄存器的高、低字节,高/低触发器,该触发器为0，控制读写低字节 该触发器为1，控制读写高字节 软、硬件复位后，触发器为0 每次读写通道寄存器，自动改变触发器状态。如果对16位寄存器的操作用两次连续读写进行，就不必清除这个触发器 清除高/低触发器软件命令（A3A2A1A01100）将使高/低触发器清零,3个软件命令,清除高/低触发器软件命令 A3A2A1A01100，使高/低触发器清零 主清除命令 A3A2A1A01101，使高/低触发器清零 还使命令、状态、请求、临时寄存器清零 使屏蔽寄存器置为全1（禁止DMA请求） 主清除命令与硬件的RESET信号具有相同的功能 清屏蔽寄存器命令 A3A2A1A01110，使4个屏蔽位都清零（允许DMA请求）,5. 模式寄存器,存放相应通道的方式控制字 选择某个DMA通道的工作方式 其中用最低2位选择哪个DMA通道,方式字格式,00 请求模式 01 单字节模式 10 数据块模式 11 级联模式,0 地址增量（加1） 1 地址减量（减1）,0 禁止自动初始化 1 允许自动初始化,00 DMA校验 01 DMA写 10 DMA读 11 非法 ×× 若D7D611,00 通道0 01 通道1 10 通道2 11 通道3,6. 命令寄存器,存放8237A的命令字 设置8237A芯片的操作方式 影响每个DMA通道 复位时使命令寄存器清零 设置D21才使8237A可以作为DMA控制器,命令字格式,7. 请求寄存器,存放软件DMA请求状态 除硬件DMA请求外，当工作在数据块传送方式时也可以通过软件发出DMA请求 若是存贮器到存贮器传送，则必须由软件请求启动通道0,请求字格式,8. 屏蔽寄存器,控制外设硬件DMA请求是否被响应（为0允许），各个通道互相独立。3种方法： 单通道屏蔽字只对一个DMA通道屏蔽位进行设置 主屏蔽字对4个DMA通道屏蔽位同时进行设置 清屏蔽寄存器命令使4个屏蔽位都清零（允许） 复位使4个通道全置于屏蔽状态 当一个通道的DMA过程结束，如果不是工作在自动初始化方式，则这一通道的屏蔽位置位，必须再次编程为允许，才能进行下次DMA传送,单通道屏蔽字格式,主屏蔽字格式,Di0 清通道I屏蔽位Di1 置通道I屏蔽位,9. 状态寄存器,可由CPU读取 低4位反映读命令这个瞬间每个通道是否为1，表示该通道传送结束） 高4位反映每个通道的DMA请求情况（为1，表示该通道有请求） 状态位在复位或被读出后，均被清零,10. 临时寄存器,在存储器到存储器的传送方式下，临时寄存器保存从源存储单元读出的数据，该数据又被写入到目的存储单元 传送完成，临时寄存器只会保留最后一个字节，可由CPU读出 复位使临时寄存器内容为零,9.2.5 8237A的编程,8327A芯片的初始化编程：只要写入命令寄存器 可先输出主清除命令，进行软件复位 然后写入命令字 命令字影响所有4个通道的操作,9.2.5 8237A的编程（续1）,DMA通道的DMA传送编程： 将存储器起始地址写入地址寄存器（如果采用地址减量工作，则是结尾地址） 将本次DMA传送的数据个数写入字节数寄存器（个数要减1） 确定通道的工作方式，写入方式寄存器 写入屏蔽寄存器复位通道屏蔽位，允许DMA请求,DMA通道0的刷新编程,out 0dh,al ;DMAC主清除命令 mov al,0 out 08,al ;DMAC命令字 mov al,0 out 00,al ;通道0的地址寄存器低字节 out 00,al ;通道0的地址寄存器高字节 mov al,0ffh out 01,al ;通道0的字节数寄存器低字节 out 01,al ;通道0的字节数寄存器高字节 mov al,58h out 0bh,al ;通道0模式字 mov al,0 out 0ah,al ;通道0屏蔽字,IBM PC/XT,9.2.5 8237A的编程（续2）,两种方法反映DMA过程结束（即终止计数、发生TC）： 状态寄存器的低4位 信号（需配合DACK响应信号确定通道） 应用程序处理DMA传送过程结束： 采用软件查询状态字 采用硬件中断在中断服务程序处理,9.3 8237A的应用,8237A在PC系列机的使用情况 DMA写传送 DMA设定子程序,9.3.1 8237A在IBM PC系列机上的应用,IBM PC/XT机使用一片8237A 通道0：动态存贮器DRAM刷新 通道1：用户使用或SDLC卡 通道2：内存与软盘的高速数据交换 通道3：内存与硬盘的高速数据交换 IBM PC/AT机采用两片8237A DMAC1包含通道03，支持8位数据传送 DMAC2组成通道47，通道57支持16位数据传送，通道4用于级连,1. 8237A的初始化,8237A初始化写入命令字为0，确定了： DREQ高电平有效、DACK低电平有效，固定优先权（依次为通道0、17） 不进行存储器到存储器的数据传输 PC机用DMA控制电路进行刷新，所以DMA传送不能长时间占用总线（不应超过15s），一般只能使用单字节传送方式 在PC系列机上，用户如果使用DMA通道，要注意遵从上述系统要求。除了要禁止8237A工作，用户通常不必操作命令寄存器,2. 高位地址的形成,DMA传送时的高位地址由“页面寄存器”提供 页面寄存器由CPU的输出指令实现写入 DMAC1的通道0通道3：8237A提供系统A0A15低16位地址，页面寄存器输出系统A16A23高8位地址 DMAC2的通道5通道7：8237A提供系统A1A16的16位地址，而系统A0被强迫为逻辑0，页面寄存器仅输出高7位地址A17A23,9.3.2 DMA写传送,通道1工作方式,mov al,45h ;通道1方式字： ;单字节写传送，地址增量，非自动初始化 out 0bh,al nop ;延时 nop out 0ch,al ;清高/低触发器命令,DMA写传送,通道1起始地址,mov al,0 out 02h,al ;写入低8位地址到地址寄存器 mov al,50h out 02h,al ;写入中8位地址到地址寄存器 mov al,04h out 83h,al ;写入高8位地址到页面寄存器,DMA写传送,通道1传送字节数,mov ax,2048-1 ;AX传送字节数减1 out 03h,al ;送字节数低8位到字节数寄存器 mov al,ah out 03h,al ;送字节数高8位到字节数寄存器 mov al,01 out 0ah,al ;单通道屏蔽字：允许通道1的DMA请求 ;其他工作,DMA写传送,通道1传送结束判断,dmalp: in al,08h ;读状态寄存器 and al,02h ;判断通道1是否传送结束 jz dmalp ;没有结束，则循环等待 ;传送结束，处理转换数据,DMA写传送,9.3.3 DMA设定子程序,系统ROM-BIOS的DMA设定子程序：DMA通道2传送编程 软盘的读写利用DMA通道2传送数据 被读软盘、写软盘和软盘检验等软盘I/O功能程序调用,通道2工作方式,push cx ;保存CX cli ;关中断 out 0ch,al ;清高/低触发器命令 push ax ;延时 pop ax out 0bh,al ;将AL中的方式字写入通道2,DMA设定子程序,形成物理地址,mov ax,es mov cl,4 rol ax,cl ;段地址左移4位 mov ch,al ;高位存入CH and al,0f0h add ax,bx ;加段内偏移地址 jnc j33 inc ch ;物理地址形成 j33: push ax ;保存AX,DMA设定子程序,通道2起始地址,out 04h,al ;写入地址寄存器 mov al,ah out 04h,al mov al,ch and al,0fh out 81h,al ;写入页面寄存器,DMA设定子程序,计算传送字节数,mov ah,dh ;取扇区数，计算传送的字节数 sub al,al ;AX为扇区数乘256 shr ax,1 ;AX为扇区数乘128 push ax ;暂存AX mov bx,6 call GET-PARM ;调用参数子程序 mov cl,ah ;出口参数：AH0/1/2/3 pop ax ;恢复AX shl ax,cl ;AX为DMA传送的字节数,DMA设定子程序,通道2传送字节数,dec ax ;字节数减1 push ax ;保存 out 05h,al ;写入字节数寄存器 mov al,ah out 05h,al sti ;开中断,DMA设定子程序,设置出口参数,pop cx ;弹出传送的字节数 pop ax ;弹出物理地址的低16位地址 add ax,cx ;相加，根据结果建立标志CF pop cx ;恢复CX mov al,02h ;允许通道2进行DMA响应 out 0ah,al ret ;返回,DMA设定子程序,第9章教学要求,1. 了解8237A引脚特点和工作时序 2. 掌握8237A的各种工作方式 3. 理解8237A内部寄存器的作用和编程 4. 了解8237A在IBM PC系列机上的应用情况,