10 DMA控制器
DMA工作原理
DMA工作原理一、概述DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机系统中的数据传输方式，它允许外设设备直接与内存进行数据交换，而无需通过CPU的介入。
DMA的工作原理是通过使用专门的DMA控制器来实现数据的高速传输，提高系统的效率和性能。
二、DMA的组成部分1. DMA控制器：DMA控制器是实现DMA功能的核心部件。
它负责控制数据的传输、地址的生成和数据的存储等功能。
DMA控制器通常集成在主板上，可以通过配置寄存器来设置传输的起始地址、传输的长度、传输的方向等参数。
2. 外设设备：外设设备是需要进行数据传输的设备，例如硬盘、网卡、声卡等。
外设设备通过DMA控制器与内存进行直接的数据交换，提高数据传输的效率。
3. 内存：内存是存储数据的地方，DMA控制器通过直接访问内存来实现数据的读取和写入。
内存中的数据可以被CPU和外设设备共享。
三、DMA的工作流程1. 配置DMA控制器：在进行DMA传输之前，需要通过配置DMA控制器来设置传输的参数。
这些参数包括传输的起始地址、传输的长度、传输的方向等。
配置完成后，DMA控制器就可以根据这些参数进行数据的传输。
2. 启动DMA传输：一旦DMA控制器被配置好，就可以启动DMA传输。
DMA控制器会根据配置的参数自动进行数据的传输。
在传输过程中，DMA控制器会从外设设备读取数据，并将数据写入内存，或者从内存读取数据，并将数据写入外设设备。
3. 完成DMA传输：当DMA传输完成后，DMA控制器会发送一个中断信号给CPU，通知传输的完成。
CPU可以通过处理中断来获取传输的结果，并进行相应的处理。
四、DMA的优势1. 提高系统的效率：由于DMA控制器可以直接访问内存，无需通过CPU的介入，因此可以大大提高数据传输的效率。
这样可以释放CPU的负担，使CPU能够更多地处理其他任务。
2. 减少数据传输的延迟：DMA传输可以在CPU执行其他任务的同时进行，减少了数据传输的延迟。
DMA简介
10DMA控制器(DMA)小容量产品是指闪存存储器容量在16K至32K字节之间的STM32F101xx、STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。
中容量产品是指闪存存储器容量在64K至128K字节之间的STM32F101xx、STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。
大容量产品是指闪存存储器容量在256K至512K字节之间的STM32F101xx和STM32F103xx 微控制器。
互联型产品是指STM32F105xx和STM32F107xx微控制器。
除非特别说明，本章描述的模块适用于整个STM32F10xxx微控制器系列。
10.1DMA简介直接存储器存取(DMA)用来提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。
无须CPU干预，数据可以通过DMA快速地移动，这就节省了CPU的资源来做其他操作。
两个DMA控制器有12个通道(DMA1有7个通道，DMA2有5个通道)，每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。
还有一个仲裁器来协调各个DMA请求的优先权。
10.2DMA主要特性●12个独立的可配置的通道(请求)：DMA1有7个通道，DMA2有5个通道●每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求，每个通道都同样支持软件触发。
这些功能通过软件来配置。
●在同一个DMA模块上，多个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级：很高、高、中等和低)，优先权设置相等时由硬件决定(请求0优先于请求1，依此类推)。
●独立数据源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字)，模拟打包和拆包的过程。
源和目标地址必须按数据传输宽度对齐。
●支持循环的缓冲器管理●每个通道都有3个事件标志(DMA半传输、DMA传输完成和DMA传输出错)，这3个事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求。
●存储器和存储器间的传输●外设和存储器、存储器和外设之间的传输●闪存、SRAM、外设的SRAM、APB1、APB2和AHB外设均可作为访问的源和目标。
DMA
1. DMA(Direct Memory Access)的概念 Access)的概念 • DMA方式不用处理器干预完成M与I/O间数据传 DMA方式不用处理器干预完成M I/O间数据传 方式不用处理器干预完成 送。 • DMA期间系统总线由其它主模块控制(驱动) DMA期间系统总线由其它主模块控制 驱动) 期间系统总线由其它主模块控制( • 控制总线的主模块要提供系统的地址及控制 信号。 信号。 • DMA控制器与处理器配合可实现系统的DMA功 DMA控制器与处理器配合可实现系统的DMA功 控制器与处理器配合可实现系统的DMA 能。
CPU响应 响应DMA放弃总线 响应 放弃总线
DMAC 控制传一个字节 Y
DMA请求？ 请求？ 请求 N 放总线
块结束否？ 块结束否？ Y 放总线中断请求
随机请求 DEMAND REQUEST
HOLD HLDA CLOCK 关闭CPU地址锁存器
HRQ
控制 REG. 8 Addr.Temp.16 Count Temp. 16 暂存器 8
DMAC发出 DMAC发出 控制信号
․DMA传送方式 DMA 请求？
Y
DMAC发BUS请求 发 请求 CPU响应 响应DMA 响应 放弃BUS 放弃 DMAC控制 控制 传一个字节 块结束否？ 块结束否？
Y N
DMA 放 总 线
放弃总线中断请求 字节传送
․DMA传送方式 DMA传送方式
DMA与DMA控制器（续）
3.Intel 8237A可编程DMA控制器框图(续） 8237A可编程DMA控制器框图( 可编程DMA控制器框图 • 8237A引线说明： 8237A引线说明 引线说明： DB7-DB0：双向数据总线。 DB7-DB0：双向数据总线。 8237A为从模块时被处理器编程或读状态 为从模块时被处理器编程或读状态， 8237A为从模块时被处理器编程或读状态， DB7-DB0作为数据线 传输数据或命令字。 作为数据线， DB7-DB0作为数据线，传输数据或命令字。 8237A为主模块时DB7-DB0输出地址A15-A8， 为主模块时DB7 输出地址A15 8237A为主模块时DB7-DB0输出地址A15-A8，在 M传送操作时经DB7-DB0， 传送操作时经DB7 M M传送操作时经DB7-DB0，将M数据送 8237A暂存器 暂存器。 8237A暂存器。 A3-A4：地址线，从模块时为输入， A3-A4：地址线，从模块时为输入，处理器寻 8237A；主模块时输出低压位地址。 址8237A；主模块时输出低压位地址。
DMA工作原理
DMA工作原理概述：DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机技术，允许外部设备直接访问系统内存，而无需CPU的干预。
DMA技术可以大大提高数据传输的效率，减轻CPU的负担，广泛应用于各种数据传输场景，如网络数据传输、磁盘IO等。
工作原理：DMA工作原理基于三个主要组件：DMA控制器、外设和系统内存。
下面将详细介绍DMA的工作原理。
1. DMA控制器：DMA控制器是DMA技术的核心组件，负责管理数据传输的过程。
它通常由寄存器、计数器和状态机组成。
- 寄存器：DMA控制器包含多个寄存器，用于存储配置信息、传输地址和传输长度等。
其中包括源地址寄存器、目的地址寄存器、传输长度寄存器等。
- 计数器：DMA控制器还包含一个计数器，用于记录已经传输的数据量，以便在传输完成时进行判断。
- 状态机：DMA控制器内部有一个状态机，用于控制传输的各个阶段，如启动传输、传输中、传输完成等。
2. 外设：外设是需要进行数据传输的设备，如网卡、磁盘控制器等。
外设通过DMA控制器直接访问系统内存，实现数据的读取和写入。
- 读取数据：外设通过DMA控制器提供的读取信号将数据从外设读取到DMA 控制器的缓冲区中。
- 写入数据：外设通过DMA控制器提供的写入信号将数据从DMA控制器的缓冲区写入到系统内存中。
3. 系统内存：系统内存是数据传输的目的地或来源地。
DMA控制器通过系统总线直接访问系统内存，将数据传输到指定的内存地址。
传输过程：DMA的传输过程可以分为以下几个阶段：1. 配置阶段：在传输开始之前，需要进行一些配置工作。
这包括设置源地址、目的地址、传输长度等参数。
这些参数通常由CPU通过对DMA控制器的寄存器进行写入来完成。
2. 启动传输：配置完成后，CPU向DMA控制器发送启动传输的命令。
DMA控制器接收到命令后，开始执行传输操作。
3. 传输过程：DMA控制器根据配置参数，从源地址读取数据，并将数据写入到目的地址。
DMA控制器
2021年1月30日星期六
图1-3 状态寄存器格式
2021年1月30日存器。各通道的屏蔽标志位可以用命令进行置位或复位，其 命令控制字有两种形式：
单个通道屏蔽字。这种屏蔽字的格式如图1-7所示。利用这个屏蔽字，每 次只能选择一个通道。其中D0D1的编码指示所选的通道，D2=1表示屏蔽位置位， D2=0表示屏蔽位复位，即允许DREQ请求。
1.8237A的内部结构 8237A的内部结构如图1-1所示。它主要有时序和控制逻辑、优先级编码及
控制逻辑、命令控制逻辑、数据和地址缓冲器组、内部寄存器组5个部分。
2021年1月30日星期六
图1-1 8237A内部结构图
2.8237A的内部引脚
DMAC在系统 中既是主控器 又是受控器， 所以其引脚和 其他的接口芯 片不同，8237A 是一种40引脚 的双列直插式 器件，其引脚 排列如图1-2所 示
（5）暂存寄存器。暂存寄存器为8位，仅用于存储器到存储器的传 送方式下，暂存从源单元读出的数据，又将它写入到目的单元。在传 送完成时，它暂存传送的最后一个字节。它可由CPU读取。在芯片复位 时被复位。
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（6）地址暂存器和计数暂存器。这是两个16位的暂存当前地址的地址暂存 器和暂存当前字节寄存器值的字节计数暂存器。它们不能被CPU读取，仅供芯片 内部使用。
图1-9 请求寄存器格式
（12）高/低触发器。8237A的数据线是8位，但其内部有16位寄存器。 高/低位寄存器指明目前数据线上传送的是低8位还是高8位数据。0表示 低8位，1表示高8位。
dma操作流程
DMA（Direct Memory Access）操作流程一、配置DMA 控制器在进行DMA 传输之前，需要先配置DMA 控制器。
这一步通常包括设置DMA 控制器的通道数量、数据传输宽度、传输方向等参数。
这些参数的设置将影响后续的DMA 传输操作。
二、设定传输参数在配置好DMA 控制器后，需要设定传输参数。
这些参数包括源地址、目标地址、传输数据量等。
源地址和目标地址指定了数据传输的起始位置，数据量则指定了要传输的数据量大小。
三、启动DMA 传输在设定好传输参数后，可以启动DMA 传输。
DMA 控制器会自动完成数据的传输，而不需要CPU 的干预。
这一步将数据从源地址传输到目标地址。
四、检查传输状态在DMA 传输过程中，可以通过查询DMA 控制器的状态寄存器来检查传输状态。
状态寄存器中包含了一些标志位，用于指示DMA 传输是否完成、是否出错等信息。
五、结束DMA 传输当DMA 传输完成后，可以通过设置DMA 控制器的相关寄存器来结束DMA 传输。
这一步通常包括清除DMA 控制器的中断标志位、停止DMA 控制器等操作。
六、回收资源在结束DMA 传输后，需要回收相关的资源。
这些资源包括DMA 控制器的通道、内存空间等。
回收资源可以避免资源泄漏，提高系统的效率。
七、异常处理在DMA 传输过程中，如果出现异常情况，如数据传输错误、地址对齐错误等，DMA 控制器会产生相应的中断信号。
在中断处理程序中，需要进行异常处理，例如重试传输或报告错误等操作。
总结：DMA 操作流程是一个相对复杂的过程，涉及到多个步骤和环节。
为了确保数据的正确传输和系统的稳定性，需要仔细地按照流程进行操作，并注意异常情况的处理和资源的回收。
DMA工作原理
DMA工作原理一、概述DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机技术，它允许外部设备直接访问计算机内存，而无需通过CPU的干预。
DMA的工作原理是通过DMA控制器来完成数据传输，提高数据传输效率，减轻CPU的负担，提高系统的整体性能。
本文将详细介绍DMA的工作原理及其相关概念。
二、DMA控制器DMA控制器是实现DMA功能的关键组件，它负责控制数据传输的各个环节。
DMA控制器通常包括以下几个部分：1. 地址寄存器（Address Register）：用于存储数据传输的起始地址和目的地址。
2. 计数器（Counter）：用于存储需要传输的数据字节数。
3. 控制寄存器（Control Register）：用于设置DMA传输的相关参数，如传输方向、传输模式等。
4. 状态寄存器（Status Register）：用于记录DMA传输的状态信息，如传输完成标志、错误标志等。
三、DMA传输过程DMA传输过程主要包括以下几个步骤：1. 初始化：首先，需要将DMA控制器的相关寄存器进行初始化，包括设置起始地址、目的地址、数据字节数等。
2. 请求通道：外部设备向DMA控制器发送请求信号，请求使用DMA通道进行数据传输。
3. DMA控制器响应：DMA控制器接收到外部设备的请求信号后，根据设定的优先级和调度算法，选择一个空闲的DMA通道进行数据传输。
4. 数据传输：DMA控制器根据设定的传输方向，从起始地址读取数据，然后通过总线直接传输到目的地址。
5. 中断处理：当数据传输完成后，DMA控制器会产生一个中断信号，通知CPU数据已经传输完毕，CPU可以继续执行其他任务。
四、DMA传输模式DMA传输模式主要包括以下几种：1. 单次传输模式：每次传输完成后，DMA控制器会产生中断信号，CPU需要重新配置DMA控制器进行下一次传输。
2. 块传输模式：在块传输模式下，DMA控制器会在传输完成后自动重新配置相关寄存器，进行下一次传输，直到完成指定的数据块传输。
dma控制器名词解释
dma控制器名词解释
DMA（Direct Memory Access）控制器是一种计算机硬件设备，
用于实现直接内存访问。
它充当了主机CPU和系统内存之间的数据
传输中介，可以在不占用CPU时间的情况下，直接将数据从外设传
输到内存，或者从内存传输到外设。
DMA控制器的主要作用是减轻CPU的负担，提高数据传输的效率。
传统上，当需要进行数据传输时，CPU需要通过程序控制来完
成数据的读取或写入操作，这会消耗大量的CPU时间和资源。
而有
了DMA控制器，数据传输可以在CPU的干预下进行，CPU只需进行
一次初始化设置，之后可以将控制权交给DMA控制器，从而释放出
更多的CPU资源来处理其他任务。
DMA控制器通常与外设设备（如硬盘、网络适配器、显卡等）
相连，通过DMA通道进行数据传输。
控制器通过直接访问系统总线，绕过了CPU，实现了高速的数据传输。
在数据传输过程中，DMA控制
器会负责处理数据的读取、写入、校验和中断等操作，以确保数据
的可靠性和完整性。
DMA控制器的工作原理大致如下，首先，CPU通过DMA控制器的
寄存器设置传输的起始地址、目的地址、数据长度等参数。
然后，DMA控制器根据这些参数控制总线的访问，直接将数据从外设读取到内存，或者从内存写入到外设。
在数据传输完成后，DMA控制器可以触发中断信号，通知CPU数据传输已完成。
总之，DMA控制器是一种重要的硬件设备，它可以提高数据传输的效率，减轻CPU的负担，实现高速、可靠的数据传输。
通过直接访问内存，它允许外设设备与内存之间进行直接的数据传输，提升系统的整体性能。
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1．试说明在DMA方式时内存往外设传输数据的过程。
答：当一个接口要由内存往其输出数据时，就往DMA 控制器发一个DMA 请求；DMA 控制器接到请求以后，便往控制总线上发一个总线请求；若CPU 允许让出总线便发出一个总线允许信号；DMA 控制器接到此信号后，就将地址寄存器的内容送到地址总线上，同时往接口发一个DMA 回答信号并发一个I/O 写信号和一个内存读信号；内存接到读信号后将数据送到数据总线，I/O 写信号将数据送到接口，并撤除DMA 请求信号，于是DMA 控制器的地址寄存器的内容加1 或减1，计数器的值减1，而且撤除总线请求信号，就完成了对一个数据的DMA 输出传输。
2．对一个DMA控制器的初始化工作包括哪些内容？
答：①将数据传输缓冲区的起始地址或者结束地址送到地址寄存器中；
②将传输的字节数或字数送到计数器中。
③通过模式寄存器设置工作方式等。
3．DMA控制器8237A什么时候作为主模块工作？什么时候作为从模块工作？在这两种情况下，各控制信号处于什么状态？
答：1.在外设向8237A 发DMA 请求，8237A 向CPU 发总线请求得到CPU 总线允许时，获得了总线控制权就作为总线主模块工作。
2.当CPU 把数据送到8237A 的寄存器或者从8237A 的寄存器取出时，8237A 就象I/O接口一样作为总线的从模块工作。
3.主模块工作时的控制信号：DREQx 有效，HRQ 高，HLDA 高，DACKx 有效，AEN高，IOR、MEMW 或IOW、MEMR有效，16位地址送地址总线。
从模块工作时的控制信号：CS和HRQ为低，A3 ~A0 为某一确定值，IOR或IOW有效。
4．8237A有哪几种工作方式？各自用在什么场合？
答：1.8237A 有4 种工作模式：单字节传输模式、块传输模式、请求传输模式、级联传输模式。
2.单字节传输模式用于单个字节的DMA 输入/输出；块传输模式用于连续进行多个字节的传输；请求传输模式用于受接口控制的连续字节传输；级联传输模式用于多片主从式DMA 系统中的主片的工作模式。
5．什么叫DMA控制器的自动预置功能？这种功能是用得很普遍的，举一个例子说明它的使用场合。
答：1.自动预置功能就是DMA 控制器某通道在当前字节计数器的计数值到达0 时，当前地址寄存器和当前字节计数器会从基本地址寄存器和基本字节计数器中自动重新取得新值，从而又可以进入下一个数据传输过程。
2.如IBM PC/XT 中，8237A 的通道0 用于对动态RAM 进行刷新，就设置为自动预置功能。
从头到尾进行一遍刷新后，就又可以自动重新再来若干遍刷新，保持数据不从动态RAM 中丢失。
用于同一内存地址的数据块重复传输中。
6．用DMA控制器进行内存到内存的传输时，有什么特点？
答：固定用通道0 的地址寄存器存放源地址，而用通道1 的地址寄存器和字节计数器存放目的地址和计数值。
传输时，目的地址和计数值象通常一样进行加1 减1 操作，源地址的值可通过控制寄存器的D1 位设置，若为1 则不变。
另外用暂存器作为数据传输时DMA 的数据暂存用。
另外，DMA 控制器进行内存到内存的传输是通过设置控制寄存器的D0 =1 来设置的。
7．DMA控制器8237A是怎样进行优先级管理的？
答：8237A 有两种优先级管理方式：固定优先级管理方式，优先级高低固定为：通道0、1、2、3。
循环优先级管理方式，通道的优先级依次循环，当某通道进
行一次传输后，其优先级变为最低，而其相邻的高一号通道的优先级变为最高。
8．设计8237A的初始化程序。
8237A的端口地址为0000－000FH，设通道0工作在块传输模式，地址加1变化，自动预置功能；通道1工作于单字节读传输，地址减1变化，无自动预置功能；通道2、通道3和通道1工作于相同方式。
然后对8237A设控制命令，使DACK为高电平有效，DREQ为低电平有效，用固定优先级方式，并启动8237A工作。
9．答：MOV AL，04H
MOV DX，DMA+8 ;DMA 为端口首地址0000H，DMA+8 为控制寄
;存器端口号
OUT DX，AL ;输出控制命令，关闭8237A
MOV AL，00
MOV DX，DMA+0DH ;DMA+0DH 为总清命令端口号
OUT DX，AL ;发总清命令(即复位命令)
MOV DX，DMA+0BH ;DMA+0BH 为模式寄存器的端口号
MOV AL，98H
OUT DX，AL ;对通道0 选择模式，模式字为98H：块读传输模;式，地址加1 变化，自动预置功能
MOV AL，69H
OUT DX，AL ;对通道1 选择模式，模式字为69H：单字节读传;输，地址减1 变化，无自动预置功能
MOV AL，6AH
OUT DX，AL ;对通道2选择模式，模式字为6AH:功能同通道1
MOV AL，6BH
OUT DX，AL ;对通道3选择模式，模式字为6BH:功能同通道1
MOV DX，DMA+8
MOV AL，0C0H ;控制字格式为C0H: DACK 高电平有效，DREQ;低电平有效，固定优先级，启动工作
OUT DX，AL
MOV DX，DMA+0FH ;DMA+0FH 为综合屏蔽命令端口号
MOV AL，0
OUT DX，AL ;去除四个通道的屏蔽
9．CPU对DMA控制器的总线请求响应要比对中断请求响应快，请分析其原因。
10．8237A在进行单字节方式DMA传输和块方式DMA传输时，有什么区别？答：区别在于：单字节方式时DMA 每完成一个字节传输后，便释放系统总线，CPU 至少可占用一个总线周期。
块传输方式时，只有当字节计数器减为0，从而在EOP端输出一个负脉冲或者外部I/O 接口往DMA控制器的EOP端送一个低电平信号时，8237A才释放总线而结束传输。
11．什么是DMA传送？DMA传送与中断方式传送的基本区别是什么？
1在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。
即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。
2普通中断方式是在数据缓冲寄存器满后，发中断请求，CPU进行中断处理DMA 方式则是以数据块为单位传输的,在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理,大大减少了CPU进行中断处理的次数普通中断方式的数据
传送是由设备到CPU再到内存，或者相反。
DMA方式的数据传送则是将所传输的数据由设备直接送入内存，或是由内存直接送到设备。
总结:DMA方式不需CPU干预传送操作,仅仅是开始和结尾借用CPU一点时间,其余不占用CPU任何资源，中断方式是程序切换,每次操作需要保护和恢复现场
12．8237A在实行存储器与存储器之间传输时，与存储器和外设之间的传输有什么不同？
13．8237A采用压缩时序方式，试估算在最好情况下传送10KB数据需要多少时间？再试用最高效的程序衽同样数量数据的传输，大约要多少时间？(时钟都以5MHz算)
14．8237A为了在16位以上的微机系统中应用，必须设计适当的页面地址寄存器。
如个人计算机中那样设计，请问：
(1)如何知道什么时候该换页？如何换页？
(2) 换页时应对DMA控制器作什么处理？
(3) 如果通道0也需要页面地址，如何获得RA、RB的控制信号？
15．在个人计算机中8237A的通道2为什么设置成单字节传送？如果用成块传送会发生什么问题？如何解决？
16．ADSTB信号与AEN有什么不同？它们各自起什么作用？
17．一个系统需要接6个用DMA控制的外设，如何用8237A实现这个系统的连接，请画出连接图，并说明方式控制字应如何设置。
如用固定优先级请列出你所设计方案中6个设备的优先级排列。
18．用简化框图形式表示一个DMA系统的基本构成，请标明DMA控制器与CPU、系统总线及外设连接的关键信号。
19．8237A上设有一个READY控制端以适应慢速存储器或外设的需要，这是
否与DMA的快速传送宗旨相违背？为什么？
20．DMA操作过程中，DMA控制器将代替CPU控制系统总路线，根据它的这一任务，请列出DMA控制器必须具有的几项功能。
21．单字节传送、成组传送与请示传送三种DMA方式在传送方式、DMA请示方面有什么差别？
22．图中是一个DMA系统框图，DMA控制器是个可编程器件，外设也由一个可编程接口电路控制。
请在各框图间连上必要的线，并标明它胶的名称。
(附图6-55)。