直接存储器访问.pptx

6.3 DMA方式方式 6.3.1 概述概述 直接存储器访问（直接存储器访问（直接存储器访问（直接存储器访问（Direct Memory AccessDirect Memory Access）不）不）不）不需要需要需要需要CPUCPU和软件介入，和软件介入，和软件介入，和软件介入，CPUCPU只负责启动而不参只负责启动而不参只负责启动而不参只负责启动而不参与传送过程，整个传送过程由与传送过程，整个传送过程由与传送过程，整个传送过程由与传送过程，整个传送过程由DMADMA控制器控制器控制器控制器（DMACDMAC）来控制，完全由硬件实现，数据传）来控制，完全由硬件实现，数据传）来控制，完全由硬件实现，数据传）来控制，完全由硬件实现，数据传送速度快，主要用于需要高速大批量数据传送送速度快，主要用于需要高速大批量数据传送送速度快，主要用于需要高速大批量数据传送送速度快，主要用于需要高速大批量数据传送的场合的场合的场合的场合正常方式下：正常方式下：CPUCPU控制总线，包括数据总线（控制总线，包括数据总线（控制总线，包括数据总线（控制总线，包括数据总线（DBDB）、地址）、地址）、地址）、地址总线（总线（总线（总线（ABAB）和控制总线（）和控制总线（）和控制总线（）和控制总线（CBCB）DMA方式下：方式下：CPUCPU让出总线的控制权（让出总线的控制权（让出总线的控制权（让出总线的控制权（CPUCPU相应引脚输出置相应引脚输出置相应引脚输出置相应引脚输出置为高阻），而由为高阻），而由为高阻），而由为高阻），而由DMADMA控制器来接管这些总线，控制器来接管这些总线，控制器来接管这些总线，控制器来接管这些总线，负责负责负责负责DMADMA传送的全过程控制。传送的全过程控制。传送的全过程控制。传送的全过程控制。DMA的工作流程的工作流程 1DMA操作的基本方式操作的基本方式 把把把把CPUCPU不访问存储器的时间周期不访问存储器的时间周期不访问存储器的时间周期不访问存储器的时间周期“挪用挪用挪用挪用”来实现来实现来实现来实现DMADMA操作操作操作操作 DMACDMAC不用通知不用通知不用通知不用通知CPUCPU就可直接使用总线就可直接使用总线就可直接使用总线就可直接使用总线 关键是如何识别合适的可挪用的周期关键是如何识别合适的可挪用的周期关键是如何识别合适的可挪用的周期关键是如何识别合适的可挪用的周期 产生特定信号产生特定信号产生特定信号产生特定信号特定状态特定状态特定状态特定状态CPUCPU不访问存储器不访问存储器不访问存储器不访问存储器外加电路识别外加电路识别外加电路识别外加电路识别不减慢不减慢不减慢不减慢CPUCPU，复杂，不连续不规则，复杂，不连续不规则，复杂，不连续不规则，复杂，不连续不规则方方方方法法法法（1 1）周期挪用方式）周期挪用方式）周期挪用方式）周期挪用方式（2 2）周期扩展方式）周期扩展方式）周期扩展方式）周期扩展方式 专门的时钟发生器专门的时钟发生器专门的时钟发生器专门的时钟发生器 /驱动器电路。驱动器电路。驱动器电路。驱动器电路。CPUCPU的处理速度减慢，而且的处理速度减慢，而且的处理速度减慢，而且的处理速度减慢，而且CPUCPU时钟周期的加宽是有限时钟周期的加宽是有限时钟周期的加宽是有限时钟周期的加宽是有限的，一次只能传送一个字节的，一次只能传送一个字节的，一次只能传送一个字节的，一次只能传送一个字节 供给供给供给供给CPUCPU的时钟周期加宽，宽度相当于若干个正常的时的时钟周期加宽，宽度相当于若干个正常的时的时钟周期加宽，宽度相当于若干个正常的时的时钟周期加宽，宽度相当于若干个正常的时钟周期，而供给存储器和钟周期，而供给存储器和钟周期，而供给存储器和钟周期，而供给存储器和DMACDMAC的时钟周期不变的时钟周期不变的时钟周期不变的时钟周期不变加宽时钟周期内加宽时钟周期内加宽时钟周期内加宽时钟周期内CPUCPU的操作不往下进行，用来的操作不往下进行，用来的操作不往下进行，用来的操作不往下进行，用来DMADMA操作操作操作操作（3 3）CPUCPU停机方式停机方式停机方式停机方式 DMACDMAC向向向向CPUCPU发出发出发出发出DMADMA请求信号请求信号请求信号请求信号HOLDHOLD CPUCPU在现行的总线周期结束后让出总线控制权，并向在现行的总线周期结束后让出总线控制权，并向在现行的总线周期结束后让出总线控制权，并向在现行的总线周期结束后让出总线控制权，并向DMACDMAC发回发回发回发回DMADMA响应信号响应信号响应信号响应信号HLDA HLDA DMACDMAC接管总线进行数据传送接管总线进行数据传送接管总线进行数据传送接管总线进行数据传送 传送结束后，传送结束后，传送结束后，传送结束后，CPUCPU恢复对总线的控制，继续执行被中断恢复对总线的控制，继续执行被中断恢复对总线的控制，继续执行被中断恢复对总线的控制，继续执行被中断的程序的程序的程序的程序 可传送单字节，也可传送数据块可传送单字节，也可传送数据块可传送单字节，也可传送数据块可传送单字节，也可传送数据块 CPUCPU利用率降低利用率降低利用率降低利用率降低 会影响会影响会影响会影响CPUCPU对中断等的响应对中断等的响应对中断等的响应对中断等的响应2DMA的传送方式的传送方式 每次请求只传送一个字节数据，占用一个总线周期每次请求只传送一个字节数据，占用一个总线周期每次请求只传送一个字节数据，占用一个总线周期每次请求只传送一个字节数据，占用一个总线周期 （1 1）单字节传送方式）单字节传送方式）单字节传送方式）单字节传送方式 一次请求可传送一组数据信息，所字节数由一次请求可传送一组数据信息，所字节数由一次请求可传送一组数据信息，所字节数由一次请求可传送一组数据信息，所字节数由DMACDMAC初始化初始化初始化初始化时编程决定时编程决定时编程决定时编程决定 （2 2）成组传送方式）成组传送方式）成组传送方式）成组传送方式 每传送一个字节后，每传送一个字节后，每传送一个字节后，每传送一个字节后，DMACDMAC要检测（查询）外设原来发出要检测（查询）外设原来发出要检测（查询）外设原来发出要检测（查询）外设原来发出的的的的DMADMA请求信号是否继续有效，以决定是否继续传送请求信号是否继续有效，以决定是否继续传送请求信号是否继续有效，以决定是否继续传送请求信号是否继续有效，以决定是否继续传送 （3 3）请求传送方式）请求传送方式）请求传送方式）请求传送方式查询传送方式查询传送方式查询传送方式查询传送方式3DMA系统的组成及功能系统的组成及功能 接接接接收收收收外外外外设设设设发发发发出出出出的的的的DMADMA请请请请求求求求信信信信号号号号DREQDREQ，并并并并能能能能向向向向CPUCPU发发发发出出出出总总总总线请求信号线请求信号线请求信号线请求信号HOLDHOLD组成组成:功能功能:DMAC 当当当当收收收收到到到到CPUCPU发发发发出出出出DMADMA响响响响应应应应信信信信号号号号HLDAHLDA后后后后，能能能能向向向向外外外外设设设设发发发发回回回回DMADMA服务认可信号服务认可信号服务认可信号服务认可信号DACKDACK，接管系统总线，进入，接管系统总线，进入，接管系统总线，进入，接管系统总线，进入DMADMA方式方式方式方式 输出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针；输出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针；输出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针；输出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针；向存储器和外设发出相应的读向存储器和外设发出相应的读向存储器和外设发出相应的读向存储器和外设发出相应的读/写控制信号；写控制信号；写控制信号；写控制信号；控制传送的字节数，判断控制传送的字节数，判断控制传送的字节数，判断控制传送的字节数，判断DMADMA传送是否结束；传送是否结束；传送是否结束；传送是否结束；DMA DMA传送结束后，结束传送结束后，结束传送结束后，结束传送结束后，结束DMADMA请求信号，释放总线，使请求信号，释放总线，使请求信号，释放总线，使请求信号，释放总线，使CPUCPU恢复对总线的控制权恢复对总线的控制权恢复对总线的控制权恢复对总线的控制权DMA方式数据传送示意图方式数据传送示意图 4PC微机的微机的DMA控制器控制器 系系系系统统统统板板板板上上上上采采采采用用用用一一一一片片片片可可可可编编编编程程程程DMAC8237ADMAC8237A，有有有有4 4个个个个独独独独立立立立可可可可编编编编程程程程DMADMA通通通通道道道道，其其其其端端端端口口口口地地地地址址址址为为为为00H00H0FH0FH，分分分分别别别别控控控控制制制制DRAMDRAM的的的的刷刷刷刷新、预留用户、软磁盘接口和硬磁盘接口的新、预留用户、软磁盘接口和硬磁盘接口的新、预留用户、软磁盘接口和硬磁盘接口的新、预留用户、软磁盘接口和硬磁盘接口的DMADMA传送传送传送传送 PC/XTPC/XT微机微机微机微机系系系系统统统统板板板板上上上上采采采采用用用用两两两两片片片片8237A8237A级级级级连连连连，级级级级连连连连后后后后共共共共有有有有7 7个个个个独独独独立立立立的的的的可可可可编编编编程程程程DMADMA通道通道通道通道 PC/ATPC/AT微机微机微机微机不不不不再再再再采采采采用用用用专专专专门门门门的的的的DMADMA芯芯芯芯片片片片，而而而而是是是是采采采采用用用用多多多多功功功功能能能能外外外外围围围围芯芯芯芯片片片片中中中中的的的的DMACDMAC实实实实现现现现DMADMA传传传传送送送送,有有有有8 8个个个个独独独独立立立立的的的的可可可可编编编编程程程程DMADMA通通通通道道道道，允允允允许许许许使使使使用全部用全部用全部用全部3232位总线宽度，系统的位总线宽度，系统的位总线宽度，系统的位总线宽度，系统的I/OI/O操作速度大大提高操作速度大大提高操作速度大大提高操作速度大大提高 8038680386及以上的微机及以上的微机及以上的微机及以上的微机6.3.2 DMA控制器控制器8237A 8237A8237A的基本功能的基本功能的基本功能的基本功能 有有有有4 4个独立的可编程个独立的可编程个独立的可编程个独立的可编程DMADMA通道通道通道通道(可级连扩展通道数可级连扩展通道数可级连扩展通道数可级连扩展通道数)每个通道请求的优先权可编程，也可被屏蔽每个通道请求的优先权可编程，也可被屏蔽每个通道请求的优先权可编程，也可被屏蔽每个通道请求的优先权可编程，也可被屏蔽 有单字节传送方式、成组传送方式、请求传送方式有单字节传送方式、成组传送方式、请求传送方式有单字节传送方式、成组传送方式、请求传送方式有单字节传送方式、成组传送方式、请求传送方式和级连方式和级连方式和级连方式和级连方式 可在存储器与外设间，也可以在存储器与存储器之可在存储器与外设间，也可以在存储器与存储器之可在存储器与外设间，也可以在存储器与存储器之可在存储器与外设间，也可以在存储器与存储器之间传送数据，每次传送的最大长度可达间传送数据，每次传送的最大长度可达间传送数据，每次传送的最大长度可达间传送数据，每次传送的最大长度可达64KB 64KB 可由外部输入结束处理信号来结束可由外部输入结束处理信号来结束可由外部输入结束处理信号来结束可由外部输入结束处理信号来结束DMADMA传送或重传送或重传送或重传送或重新初始化新初始化新初始化新初始化 8237A8237A的内部结构的内部结构的内部结构的内部结构8237A的外部引脚的外部引脚 DIP40主主机机接接口口外外设设接接口口其其它它电源线电源线 VCC、GNDCLK、RESETNC请求线请求线DREQ0DREQ3响应线响应线DACK0DACK3过程结束信号过程结束信号EOP地址线地址线A0A3、A4A7数据线数据线DB0DB7复用复用控制线控制线 CS、MEMR、MEMW、IOR、IOW、AEN、READY、HLDA、HRQ、ADSTB8237A8237A的数据传送方式的数据传送方式的数据传送方式的数据传送方式 （1）单字节传送方式）单字节传送方式（2）成组传送方式）成组传送方式（3）请求传送方式）请求传送方式（4）级连方式级连方式 主从式主从式从芯片的从芯片的HRQ和和HLDA端分别连到主芯片相应通端分别连到主芯片相应通道的道的DREQ和和DACK端上端上主芯片的主芯片的HRQ和和HLDA连到系统总线上连到系统总线上 主芯片的方式寄存器设置为级连方式，而从芯片可主芯片的方式寄存器设置为级连方式，而从芯片可设置为其它设置为其它3种方式之一。种方式之一。当主芯片某个级连通道被响应后，由相应的从芯片当主芯片某个级连通道被响应后，由相应的从芯片来控制外设与存储器数据的传送。而主芯片仅对从来控制外设与存储器数据的传送。而主芯片仅对从芯片的芯片的DREQ请求作出请求作出DACK响应，故除了响应，故除了HRQ外，外，主芯片的其它输出均被禁止主芯片的其它输出均被禁止 8237A8237A的工作时序状态的工作时序状态的工作时序状态的工作时序状态 SIS0初始态初始态S1操作态操作态S2读出读出S3写入写入Sw延长等待延长等待S4判别判别（传传送送状状态态）操操作作周周期期（非非传传送送状状态态）空空闲闲周周期期8237A8237A的内部寄存器的内部寄存器的内部寄存器的内部寄存器 命令寄存器命令寄存器 请求寄存器请求寄存器 屏蔽寄存器屏蔽寄存器 先先/后触发器后触发器 数据暂存寄存器数据暂存寄存器 状态寄存器状态寄存器 寄寄存存嚣嚣通通道道共共用用寄寄存存嚣嚣X4通通道道独独立立基地址寄存器基地址寄存器当前地址寄存器当前地址寄存器基字节数计数器基字节数计数器当前字节数计数器当前字节数计数器方式寄存器方式寄存器16位，寄存相应位，寄存相应通道当前地址寄通道当前地址寄存器的初始值存器的初始值 16位，寄存位，寄存DMA传送期间的地址传送期间的地址值，每次传送后，值，每次传送后，地址值自动改变地址值自动改变 16位，寄存通道当前位，寄存通道当前字节数计数器的初始字节数计数器的初始值（初始值比实际传值（初始值比实际传送的字节数少送的字节数少1），与），与当前字节数计数器同当前字节数计数器同时被写入时被写入 16位，寄存当前字节位，寄存当前字节数，每传送一个字节数，每传送一个字节后自动减后自动减1，当该计数，当该计数器的值减到器的值减到0时，产生时，产生计数结束信号计数结束信号 8位，配合位，配合16位的寄存位的寄存器的写入器的写入/读出，为读出，为0时，进行低字节操作，时，进行低字节操作，然后自动变为然后自动变为1，再进，再进行高字节操作行高字节操作 8位，暂存从源单元读位，暂存从源单元读出的数据，再从它写出的数据，再从它写入到目的单元入到目的单元 8237A8237A的端口地址分配的端口地址分配的端口地址分配的端口地址分配 16个个I/O端口地址，由地址线端口地址，由地址线A3A0控制选择控制选择 在在PC机中，其端口地址为机中，其端口地址为00H0FH（表（表6.4）对于对于16位寄存器，先位寄存器，先/后触发器为后触发器为0时，表示访时，表示访问低问低8位；为位；为1时访问高时访问高8位位 有几个地址分配用于形成软命令有几个地址分配用于形成软命令 总清命令总清命令 清除屏蔽寄存器命令清除屏蔽寄存器命令 清除先清除先/后触发器命令后触发器命令 8237A8237A的编程方法的编程方法的编程方法的编程方法 每次每次DMA传送前都要先进行初始化传送前都要先进行初始化 初始化编程时应注意初始化编程时应注意 在编程开始时，要禁止在编程开始时，要禁止8237A响应响应DMA请求，请求，初始化编程全部结束后，才允许其响应初始化编程全部结束后，才允许其响应DMA请求请求 8237A上电复位或软件复位后，除屏蔽寄存器各上电复位或软件复位后，除屏蔽寄存器各通道屏蔽位被置位（不能响应通道屏蔽位被置位（不能响应DMA请求）外，所请求）外，所有内部寄存器均被复位（清有内部寄存器均被复位（清0）在系统上电后，对在系统上电后，对DMA芯片进行检测，检测通芯片进行检测，检测通过后，方可进行过后，方可进行DMA初始化编程初始化编程 初始化编程的步骤初始化编程的步骤 复位复位8237A，使其进入空闲状态，使其进入空闲状态 写入基地址和当前地址寄存器写入基地址和当前地址寄存器 写入基字节数和当前字节数计数器写入基字节数和当前字节数计数器 写入方式寄存器写入方式寄存器 写入屏蔽寄存器写入屏蔽寄存器 写入命令寄存器写入命令寄存器 写入请求寄存器写入请求寄存器 开放通道，允许该通道的开放通道，允许该通道的DREQ启动启动DMA传送传送 例例6.4 用用0通通道道输输入入16KB的的数数据据块块，传传送送至至内内存存8000H开开始始的的区区域域（增增量量传传送送），连连续续传传送送方方式式，传传送送完完毕毕不不自自动动预预置置，DREQ为为低低电电平平有有效效，DACK为高电平有效。为高电平有效。8237A端口地址为端口地址为00H0FH，其初始化程序为：，其初始化程序为：OUT 0DH，AL ；软件复位命令，使软件复位命令，使8237A进入空闲周期进入空闲周期MOV AL，00H ；AL 00HOUT 00H，AL ；基地址和当前地址寄存器基地址和当前地址寄存器 地址低地址低8位位MOV AL，80H ；AL 80HOUT 00H，AL ；基地址和当前地址寄存器基地址和当前地址寄存器 地址高地址高8位位MOV AL，00H ；AL 00HOUT 01H，AL ；基字节和当前字节计数器基字节和当前字节计数器 字节数低字节数低8位位MOV AL，40H ；AL 40HOUT 01H，AL ；基字节和当前字节计数器基字节和当前字节计数器 字节数高字节数高8位位MOV AL，84H ；AL 84H（=10000100）OUT 0BHAL ；方方式式寄寄存存器器 84H（块块传传送送方方式式、增增量量传传送送、不不自自动动预置、写传送、通道预置、写传送、通道0）MOV AL，00H ；AL 00HOUT 0AH，AL ；屏蔽寄存器屏蔽寄存器 00H，清除屏蔽，清除屏蔽MOV AL，0C0H；AL 0C0H（=1100000）OUT 08H，AL；命命令令寄寄存存器器 0C0H（DACK高高电电平平有有效效、DREQ低低电电平有效、固定优先级）平有效、固定优先级）HLT ；例例6.5 PC机系统的机系统的BIOS芯片中编写了对芯片中编写了对8237A的初始化和测试程序。的初始化和测试程序。MOV A L,04H ;AL 04H(=00000100)OUT DMA+08H，AL；命令寄存器命令寄存器 AL，禁止，禁止DMAC工作工作 OUT DMA+0DH，AL；软件复位命令，使软件复位命令，使8237A进入空闲周期进入空闲周期 MOV AL,0FFH；AL 0FFH，准备作赋，准备作赋“1”检测检测 C16：MOV BL,AL；将赋值信息保存在将赋值信息保存在BX，以便后面比较，以便后面比较 MOV BH，AL ；BH AL MOV CX，8 ；预置读写次数预置读写次数 MOV DX，DMA ；将通道起始地址送将通道起始地址送DXC17：OUT DX，AL ；将全将全“1”信息送指定通道寄存器（低信息送指定通道寄存器（低8位）位）OUT DX，AL ；将全将全“1”信息送指定通道寄存器（高信息送指定通道寄存器（高8位）位）IN AL，DX ；AL DX，将刚写入的低，将刚写入的低8位字节读出位字节读出 MOV AH，AL ；AH AL，将读出的低，将读出的低8位字节保存在位字节保存在AH IN AL，DX ；将刚写入的高将刚写入的高8位字节读出位字节读出 CMP BX，AX ；比较读出的比较读出的16位字节位字节 JE C18 ；若比较结果一致则转至若比较结果一致则转至C18 HLT ；若比较结果不一致则暂停若比较结果不一致则暂停 C18：INC DX ；通道地址加通道地址加1，指向下一个通道寄存器指向下一个通道寄存器 LOOP C17；若若CX未减到未减到0，回到，回到C17；否则转入下一条指令；否则转入下一条指令 INC AL ；原；原AL中数值为中数值为FFH，加，加1后即为后即为00H JE C16 ；回到；回到C16，进行赋，进行赋“0”检检 8237A8237A应用举例应用举例应用举例应用举例 PCPCXTXT机中的机中的机中的机中的DMADMA控制电路控制电路控制电路控制电路 U28：DMA控制器控制器U10：页面寄存器：页面寄存器U11：地址锁存器：地址锁存器U12：地址驱动器：地址驱动器 DREQ0:RAM定时刷新定时刷新DREQ1:同步通信适配器的同步通信适配器的 DMA请求请求DREQ2:软驱的软驱的DMA请求请求DREQ3:硬驱的硬驱的DMA请求请求