第8章 微机原理DMA技术与DMA控制器

屏蔽寄存器，8位。
请求标志寄存器， 8位 暂存器， 8位
• 作从模块----接收CPU的信号 和命令字，产生控制，读/写内部 寄存器 • 作主模块----控制总线，产生 控制命令完成DMA传送
定时和控制逻辑
优先级编码电路---优先级裁决
16
16
8237的引脚功能
17
17
8237的引脚功能


控制总线的主模块要提供系统的地址及控制信号。
DMA控制器与处理器配合可实现系统的DMA功能。
2
2. DMA系统组成及工作过程․ DMA系统组成
地址总线
总线 请求 HOLD HLDA CPU 总线 响应 控制总线 HRQ DMAC HLDA DACK DREQ
DMA 请求 I/O 设备 DMA 响应
36
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
31
(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）
28

28
DACK3 DACK2 DACK1 DACK0
选择 页寄存器 选择 页寄存器 选择 页寄存器 页寄存器
选择 A19～A16
8237 DMAC
A19～A16
A15～A0 DMA存储器地址
利用页寄存器产生存储器地址
29
29
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
30
DMA传送方式
(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
33
(4) 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
34
8237A的级联
那对于 20 位 地 址 线 8237 如 何 处理？
在8086/88系统中，系统的寻址范围是1MB，地址 线有20条，即A0~A19。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，DMAC将A0~A15放在 系统总线上，同时页寄存器把A16~A19也放在系统 总线上，形成A0~A19这20位地址信号实现DMA传送。 其地址产生如图所示。
DMAC向I/O设备发出 的DMA应答信号
CPU脱离对系统总线的控制， 由DMAC接管对系统总线的控制
9
§8.2 可编程DMA控制器8237A

§8.2.1 8237A的主要特性 1．具有四个独立的 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。
DMAC 控制传一个字节 Y
DMA请求？ N 放总线
块结束否？ Y 放总线中断请求
随机请求 DEMAND REQUEST
8
DMA传送的过程
I/O设备向DMAC发出DMA请求
完成设定的字节数据传送， CPU恢复对系统总线的控制
DMAC向CPU发出总线请求
DMAC进行一个字节的传送
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
18
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 A7~A0（输出）：8237访问存储器的地址信号 的低8位。 A3~A0（输入）：CPU初始化8237或读8237 状态时，用于寻址8237内部寄存器
19
19
8237的引脚功能
•数据信号(双向)： DB7~DB0
，则强制DMAC内部
21
8237的引脚功能
MEMR/MEMW： 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
22
8237的引脚功能
ADSTB：地址选通信号
用于启动地址锁存器
20
20
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 所有通道结束传输。
21
第二级 第一级 8237
微处理器
HOLD | HLDA | HRQ HLDA
DREQ 0 | DACK0 |
HRQ
HLDA
|
DREQ 3 | DACK 3
HRQ HLDA 8237
35
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
26
26

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 DMA 控制器 8237 址.为了寻址外部设备,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.
第8章 DMA技术与DMA控制器
§8.1 DMA技术概述 §8.2 可编程DMA控制器8237A §8.3 DMA技术在微机系统中的应用
直接存储器存取
1
§8.1 DMA技术概述
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)
READY：存储器或I/O的就绪信号
23
23
DMA控制器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
24
DMA控制器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。
10
8237A的主要特性




4 ．具有单字节传送、数据块传送、请求传送 和级联传送四种工作方式。 5．可用级联方式扩展DMA通道数目。 6．DMA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
§8.2.2 8237A的工作原理

1．8237A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.
13
Intel 8237A可编程DMA控制器框图
14
1）8237A组成说明：

8237A有四个独立通道：通道0~通道3。每个通道可独立响 应外部DMA请求，完成DMA传送。 基地址寄存器 ----放DMA传送RAM地址初值 当前地址寄存器： ----DMA传送时内容变化,可读。
32
(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