1、1/第8章 DMA技术与DMA***/8/1 DMA技术概述 8/2 可编程DMA***8237A 8/3 DMA技术在微机系统中的应用/直接存储器存取/2/1/DMA(Direct Memory Access)的概念 DMA方式不用处理器干预完成M与I/O间数据传送。 DMA期间系统总线由其它主模块控制(驱动) 控制总线的主模块要提供系统的地址及控制信号。 DMA***与处理器配合可实现系统的DMA功能/8/1 DMA技术概述/3/2/ DMA系统组成及工作过程 DMA系统组成/4/DMAC的基本功能/接收接口往DMA***发出DMA请求信号后，DMA***能向CPU发出总线请求信号HOLD

2、(高电平)。 当CPU向DMA发出响应信号HLDA(高电平)以后，DMA能接管对总线的控制，进入DMA方式。 能向地址总线发出内存地址信息，对其进行寻址及修改地址指针/5/DMAC的基本功能/能向存储器或I/O接口发相应的读写控制信号。 能决定传送字节数，并判断DMA传送是否结束。 DMA过程结束，能向CPU发出DMA结束信号，HOLD变低/将总线控制权还给CPU，CPU恢复正常工作/6/允许 DMA/DMA 请求/DMAC发BUS请求/CPU响应DMA 放弃BUS/DMAC控制 传一个字节/块结束否/放弃总线中断请求/N/DMA 放 总 线/N/Y/字节传送/Y/DMA传送方式/7/允许 D

3、MA/DMA请求/DMAC发BUS请求/CPU 响应 DMA 放弃 BUS/DMAC控制 传一个字节/块结束否/放总线中断请求/DMA请求/N/Y/Y/N/块传送/DMA传送方式/8/允许 DMA/DMA请求/DMAC发出BUS请求/CPU响应DMA放弃总线/DMAC 控制传一个字节/块结束否/放总线中断请求/Y/DMA请求/Y/放总线/N/N/Y/随机请求 DEMAND REQUEST/DMA传送方式/9/I/O设备向DMAC发出DMA请求/DMAC向CPU发出总线请求/CPU在执行完当前指令的当前 的总线周期后，向DMAC发出 总线响应信号/CPU脱离对系统总线的控制， 由DMAC接管对系

4、统总线的控制/DMAC向I/O设备发出 的DMA应答信号/DMAC进行一个字节的传送/完成设定的字节数据传送， CPU恢复对系统总线的控制/DMA传送的过程/10/8/2 可编程DMA***8237A/8/2/1 8237A的主要特性 1具有四个***的DMA通道，每个通道都具有64K的存贮器寻址能力，即一次传送的最大长度为64K字节。 2可实现内存与外设之间的高速大批量数据传送 ，也可实现内存两个不同区域之间的高速数据传送。 3每个通道的DMA请求均可分别允许或禁止，且四个通道的DMA请求的优先权可由软件设置为固定的或循环的/11/8237A的主要特性/4具有单字节传送、数据块传送、请求传送和

5、级联传送四种工作方式。 5可用级联方式扩展DMA通道数目。 6DMA传送结束信号可由内部计数产生，也可由外部输入提供。 7单一的+5V电源，40个引脚双列直插式封装。 8采用5MHz时钟，传送速率可达1/6M字节/秒/12/8采用5MHz时钟，传送速率可达1/6M字节/秒。 8237进行一次DMA传送需要3个时钟周期(不包括***的等待周期SW)。时钟周期为200 ns，则一次DMA传送需要200 ns3200 ns700 ns（1/6 M字节/秒）。多加一个200 ns是考虑到人为***一个SW的缘故。另外，8237为了提高传输速率，可以在压缩定时状态下工作。在此状态下，每一个DMA总线周期仅用

6、两个时钟周期（200 ns2=400ns ）就可实现，这大大提高了传输速率/13/8/2/2 8237A的工作原理/18237A的编程结构 编程结构见下页图 内部有大量寄存器，内部寄存器的功能、端口地址等信息 参见下表/14/Intel 8237A可编程DMA***框图/15/1）8237A组成说明： 8237A有四个***通道：通道0通道3。每个通道可***响应外部DMA请求，完成DMA传送/15/16/控制寄存器， 8位/16/四个通道公用/优先级编码电路-优先级裁决/17/8237的引脚功能/17/18/8237的引脚功能/请求/应答信号 外设接口电路向8237的请求信号：DREQ3DREQ

7、0 8237对外设接口电路的应答信号：DACK3DACK0 8237向CPU申请总线的信号：HRQ（连至CPU的HOLD） CPU向8237传送的允许使用总线信号：HLDA/CPU/DMA/外设/HRQ/DREQ/HLDA DACK/18/19/8237的引脚功能/地址信号 ：CPU初始化8237或读8237状态时所需的片选信号 A7A0（输出）：8237访问存储器的地址信号的低8位。 A3A0（输入）：CPU初始化8237或读8237状态时，用于寻址8237内部寄存器/19/20/8237的引脚功能/数据信号(双向)： DB7DB0/CPU为主控时，可以通过I/O读命令查询8237的状态寄存

8、器的内容，或通过I/O写命令对8237的内部寄存器进行编程，数据传送通过DB7DB0 8237为主控时， DB7DB0输出要访问的内存地址的高8位，并通过ADSTB锁存到外部地址锁存器中，和A7A0输出的低8位地址一起构成16位地址/20/21/8237的引脚功能/地址允许信号：AEN 8237作为主控时（8237控制总线），输出AEN=1。 8237作为从控时（CPU控制总线），输出AEN=0。 DMA传输结束信号： （双向） 当DMAC内部任一通道传输结束，8237发出 若由外部给DMAC送入有效的 ，则强制DMAC内部 所有通道结束传输/21/22/8237的引脚功能/MEMR/MEMW

9、/8237发出的存储器读/写信号/IOR/IOW/8237作为主控时，输出的I/O读/写信号。 8237作为从控时，CPU发出的I/O读/写信号，用于读/写8237/22/23/8237的引脚功能/ADSTB：地址选通信号/用于启动地址锁存器/READY：存储器或I/O的就绪信号/23/24/DMA***8237/工作方式 1）从模块工作方式： 当CPU将数据送入或取出8237时，DMA完全象一个普通的I/O接口，此时它工作于从模块/24/25/DMA***8237/D0D7 DB0DB7 IOR IOR CPU IOW IOW 8237 A0A3 A0A3 A4A15 CS 此时CPU对82

10、37进行初始化或读出8237中的状态/25/译码/26/DMA***8237/2）主模块工作方式： 此时DMA已取代CPU控制系统。它 将提供系统正常工作的地址信息，控 制信息完成DMA方式的数据传送/26/27/DMA***8237/AEN A0A7 A0A7 8237 EN ADSTB DB0DB7 A8A15 IOW IOR MEMW MEMR/27/STB 锁存器/28/DMA***8237/28/那对于20位地址线8237如何处理/由上可见8237工作于模块方式，可取代CPU产生地址及控制信息/8237A处于DMA方式时/全部地址均用来寻址存储器/无法同时提供I/O设备的端口地址/为

11、了寻址外部设备/8237A提供DACK信号/作为对请求DMA方式的外部设备的应答/并指明该外部设备被认可/可以进行DMA传送/在整个传输过程中只要DACK信号/IOR/IOW同时有效/就能完成读外部设备的I/O读写操作/所以/在DMA方式下/I/O设备的地址无效/即/以DACK代替了片选和译码功能/在8086/88系统中，系统的寻址范围是1MB，地址线有20条，即A0A19。为了能够在8086/88系统中使用8237来实现DMA，需要用硬件提供一组4位的页寄存器。 通道0、1、2、3各有一个4位的页寄存器。在进行DMA传送之前，这些页寄存器可利用I/O地址来装入和读出。当进行DMA传送时，DM

12、AC将A0A15放在系统总线上，同时页寄存器把A16A19也放在系统总线上，形成A0A19这20位地址信号实现DMA传送。其地址产生如图所示/29/利用页寄存器产生存储器地址/29/30/8237A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/31/1) 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

13、 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/DMA传送方式/32/2) 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/33/3) 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

14、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/34/4) DMA传送级连方式/用于通过多个8237A级连以扩展通道 第***的HRQ和HLDA信号连到第一级某个通道的DREQ和DACK上 第***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***芯片完成 还可由第***扩展到第***等/35/8237A的级联/36/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

15、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/DMA传送类型/37/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/存储器到存储器的传送/38/8237A的工作方式由写模式

16、寄存器决定/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/请看方式字的格式/39/方式字格式（写B号/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/00DMA校验 01DMA写 10DMA读 11非法 若D7D611/00 通道0 01 通道1 10 通道2 11 通道3/40/DMA***8237/自动预置功能： D4：当设置为自动预置时，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

17、内容，使相应的现行寄存器恢复为初始值，包括恢复***位、允许DMA请求这样就作好了下一次DMA传送的准备/40/41/DMA***8237/D3 D2：传输方式设定 写输入： I/O设备往内存写入数据。 读输入； 将内存数据送往I/O设备。 校验传输：用于对读传输和写传输功能进行 校验，是虚拟传输，8237此时只产 生EOP信号和地址信号/41/42/DMA***8237/42/8237/存 储 器/I/O 设备/8237/写传输 读传输/存 储 器/I/O 设备/A0A15/MEMW/IOR/D0D7/A0A7/MEMR/IOW/43/当8237A没有被外围设备用来进行DMA操作时，此时它处于

18、所谓空闲状态。在这种状态下，微处理器可以向这个DMA***输出命令以及读写它的内部寄存器/8/4 827A的时序/44/DMA***的工作时序/DMA空闲周期SI 过渡状态S0 有效周期（S1、S2、S3、S4/8237A内部状态变化流程/45/8237A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/进入有效周期/46/8237A的工作时序

19、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/进入DMA传送时序/47/DMA传送时序/48/a） S1 周期： DMAC在S1 状态发出地址允许AEN信号，通过数据总线DB0DB7将高8位地址A8 A15锁存起来。多数情况下，这几位地址不需改变，故可直接进入S2周期。 b） S2周期：修改存储单元的低8位地址，（高8位已锁存） 向I/O发请求回答信号DACK，准备 传送数据。 c） S3周期：送高8位地址A8 A15到地址总线，发出MEMR或IOR

20、读命令，从内存或I/O准备传送数据。 d） S4周期：发IOW或MEMR命令。 用普通时序时，每进行一次DMA传输，一般用3个时钟周期（ S2 S3 S4 ）；压缩时序，用两个时钟周期（S2 S4 ），此时只更新低8位地址，不修改高8位地址/48/8237A的工作周期、时序与模式/49/8237A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/全部都用地址A0A3区分/50/1/ 8237A 的控制寄存器/存放8237A的命令字 设置8237A芯片的操作方式 影响每个DMA通道

21、 复位时使命令寄存器清零 设置D20才使8237A可以作为DMA***/请看命令字的格式/8/5 8237A 的控制寄存器和状态寄存器/51/命令字格式/8237A 控制/命令寄存器格式（写8号）：硬件设置与运行控制 8237A硬件设置/52/DMA***8237/控制寄存器格式和有关问题/52/D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0/DO：为1则为内存到内存的传送。此时通道0用于存放源地址，通道1用于存放目的地址及计数值/53/DMA***8237/D0D7/53/8237/暂存器/内存/内存/A0A15/MEMW/MEMR/D0D7/内存到内存的传输/54/DMA***8237/D

22、1：为1时，可实现内存到内存时，使源 地址不变而目的地址变化，用于实现 内存的初始化。 D2：为0启动8237工作，D2为1停止8237 作。 D3：为0普通时序，为1压缩时序。 当地址范围仅用于A7A0时的DMA时 序为压缩时序，即一次可传送最多 256个数据/54/55/DMA通道的优先权方式/D4=0 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 D4=1 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/DMA传送不存在嵌套/D5：为0不扩展写信号；为1扩展写信号，使MEMW，IOW扩展2个时钟周

23、期/56/DMA***8237/2/ 状态寄存器格式/56/D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0/D0 D1 D2 D3：表示4个通道计数结束状态 1：结束； 0：未结束 D4 D5 D6 D7：表示4个通道DMA请求情 况 1：申请； 0：无申请/读8号/57/3/ 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/请看请求字的格式/58/请求字格式/8237A DMA 请求寄存器 格式（写9号/D6： 1：DREQ高电平有效/59/***寄存器/控制外设硬件DMA请求是否

24、被响应（为0允许），各个通道互相***。3种方法： 单通道***字只对一个DMA通道***位进行设置 主***字对4个DMA通道***位同时进行设置 清***寄存器命令使4个***位都清零（允许） 复位使4个通道全置于***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***位置位，必须再次编程为允许，才能进行下次DMA传送/请看***字的格式/60/单通道***字格式/8237A ***寄存器格式 （单一位）（写A号/61/主***字格式/Di0 清通道I***位Di1 置通道I***位/8237A 全4位 MASK 寄存器 格式 （写F号/62/临时寄存器/在存储器到存储器的传送方式下，临

25、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零/63/4/ 8237的字节指针(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/基地址寄存器 存放初始值/64/2) 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/基字节数寄存器 存放初始值/传送N个字节，初始值为N1/65/读写通道寄存器/CP

26、U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/66/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/低触发器清零/67/3个软件命令/清除高/低触发器软件命令 A3A2A1A01100=0CH，使高/低触发器清零

27、 主清除命令 A3A2A1A01101=0DH，使高/低触发器清零 还使命令、状态、请求、临时寄存器清零 使***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***寄存器命令 A3A2A1A01110=0EH，使4个***位都清零（允许DMA请求/68/内部寄存器的寻址问题/占用16个端口地址 问题：如此多的寄存器，采用什么方法只用16个端口地址就能访问到？ 端口分配表（见下页/68/69/8237内部寄存器的寻址/70/8/7 8237的编程/1/ 编程步骤 8237的编程通常可按如下步骤进行： (1) 输出主清除命令；总清时只要求对总清地址进行写操作并不关

28、心写入什么数据。 (2) 置页面寄存器； (3) 写入基和当前地址寄存器； (4) 写入基和当前字节计数寄存器； (5) 写入模式寄存器； (6) 写入命令寄存器； (7) 写入***寄存器； (8) 写入请求寄存器/70/71/其中第(8)步是采用软件DMA请求时所需要的，由此可将相应的请求命令字写入指定通道，从而启动DMA传送过程； 若为硬件DMA请求，则无需此步骤，只要在完成了(1)(7)步编程后，由通道的DREQ信号即可启动DMA传送过程/71/72/编程举例 在IBMPC系统中，试利用8237通道1，将内存8000H：0H开始的16K字节数据传送至磁盘(地址增量传送)。 要求采用块传送

29、方式，传送完不自动预置，DREQ和DACK均为高电平有效，固定优先级，普通时序，不扩展写信号。 系统中8237的端口地址为00H0FH。 通道1“页面寄存器”的端口地址为83H/72/73/89H/块方式/读传送/通道1/地址增量/非自动初始化/1）确定模式字/73/74/2）确定命令字/非存储器至 存储器传送/无意义/***允许/普通时序/DACK 高电平有效/DREQ 高电平有效/正常写/固定优先级/80H/74/75/3）确定***字/01H/通道1的***位复位/75/76/初始化程序如下/OUT 0DH，AL ； 输出主清除命令 MOV AL/ 08H ； 置通道1“页面寄存器” 页面地

30、址为8（A19 A16=08H） OUT 83H/ AL MOV AL， 00H ； 写入基和当前地址低8位 OUT 02H，AL MOV AL，00H ； 写入基和当前地址高8位 OUT 02H，AL MOV AL，00H ； 写入基和当前字节计数寄存器低8位 OUT 03H，AL MOV AL，40H ； 写入基和当前字节计数寄存器高8位 OUT 03H，AL MOV AL，89H ； 输出模式字 OUT 0BH，AL MOV AL，80H ； 输出命令字 OUT 08H，AL ；8237内部寄存器的寻址 MOV AL，01H ； 输出***字 OUT 0AH，AL/76/77/8237A的

31、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***寄存器复位通道***位，允许DMA请求/请看实例/78/8237A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/79/8237A的应用/8237A在PC系列机的使用情况 DMA写传送 DMA设定子程序/80/8237A在

32、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/81/1) 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

33、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/82/2) 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/页面寄存器不会自动增减量 高位地址在DMA传送过程中不改变/83/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