微机原理与接口技术课件：07dma控制器8237a.ppt

1 DMA控制器概要2 8237A的编程结构和外部引脚3 8237A的工作模式和模式寄存器4 8237A的工作时序5 8237A的控制寄存器和状态寄存器6 8237A各寄存器对应的端口地址,目录,1 DMA控制器概述,一、DMA(Direct Memory Access)控制器概念,数据传送三种方式：查询、中断和DMA(直接存储器存取)查询、中断:需要累加器中转；修改地址、判断结束软件完成；DMA：不经过累加器；地址修改、判断结束硬件实现；主要用于高速、大批量数据传送。如磁盘存取、高速数据采集；以增加硬件的复杂性为代价；DMA传送期间CPU挂起，可能影响中断响应与处理。不适用于小系统、速度要求不高、数据不大的系统。,1 DMA控制器概述,一、DMA控制器概念：,DMA(Direct Memory Access):直接存储器存取技术，是一种不需要CPU干预也不需要软件介入的高速数据传送方式。CPU只是启动DMA过程，但是不干预这一过程，整个DMA过程是由硬件自动完成的，也不需要软件的介入。在DMA控制器的控制下，可以实现外设到和内存，内存到内存的数据传输。,无需CPU指令,1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作过程：,DMA控制器的工作过程分为四个阶段，分别是：申请阶段响应阶段数据传送阶段传送结束阶段。,1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作过程-申请阶段,1.外设向DMAC发出DMA请求信号DREQ（DMA Request）；2.DMAC向CPU发总线请求信号HRQ(Hold Request)。,1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作过程-响应阶段,1.CPU向DMA发总线保持回答信号HLDA。状态:CPU让出总线,DMAC为主控者。,1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作过程-数据传送阶段,1.DMAC向外设发DMA请求回答信号DMACK，选中外设。2.并通过AB选中内存单元3.通过DB将数据从源端传送到目的端。,1 DMA控制器概述,二、DMA控制器工作过程-传送结束阶段,1.数据传送完毕，DMAC向外设传送“过程结束”信号EOP。2.DMAC向CPU交回总线，CPU重新获得总线的控制权。,1 DMA控制器概述,几种常见DMAC,2 8237A的编程结构和外部引脚,一、8237A的主要特点：,（1）一个芯片中有4个独立的DMA通道。（2）可以实现内存与外设，内存与内存的数据传输。（3）每一个通道的DMA请求都可以被允许或禁止。（4）每个通道的DMA请求有不同的优先级，即可以是 固定优先级，也可以是循环优先级。（5）每个通道一次传送的最大字节数为64KB。（6）8237A提供4种传送方式：单字节传送方式、数据块 传送方式、请求传送方式和级连传送方式。,二、8237A的编程结构图(1)：,2.1 8237A的编程结构,2.1 8237A的外部引脚,三、8237A的外部引脚-引脚图：,8237A是有40个引脚的双列直插式芯片。40个引脚分成两组：一组与CPU的连接；一组与I/O接口的连接。,2.1 8237A的外部引脚,三、8237A的外部引脚：,1.DREQ0-DREQ3：(DMA Request)DMA请求信号。由外设输入，信号极性可编程决定2.HRQ(Hold Request)：总线请求信号。输出，高电平有效。8237A向CPU请求使用总线。3.HLDA(Hold Acknowledge)：总线响应信 号。输入，高电平有效。CPU对HRQ的回答，表示已让出总线控制权。4.DACK0-DACK3：（DMA Acknowledge）DMA应答信号。DMAC向外设输出，信号极性可编程决定。,2.1 8237A的外部引脚,三、8237A的外部引脚：,5.A3-A0：(Adress)地址信号。双向，DMAC控制总线时，输出16位地址中的A3-A0。CPU控制总线时，输入，选中某个寄存器。6.A7-A4：(Adress)地址信号。输出16位地址中的A7-A4(访问存储器)用。7.DB7-DB0:(Data Bus)数据/地址复用线。双向，8位数据线，传送CPU的控制命令，和内部寄存器的内容。作为地址高8位锁存。,2.1 8237A的外部引脚,三、8237A的外部引脚：,8.IOR:(I/O Read)I/O读信号。三态双向，低电平有效。作主模块时：输出，给I/O设备发读命令。作从模块时：输入，接收来自CPU的读命令。9.IOW:(I/O Write)I/O写信号。三态双向，低电平有效。作主模块时：输出，给I/O设备发写命令。作从模块时：输入，接收来自CPU的写命令10.MEMR:(Memory Read)存储器读命令。输出，低电平有效。11.MEMW:(Memory Write)存储器写命令。输出，低电平有效。,2.1 8237A的外部引脚,三、8237A的外部引脚：,12.CLK:(clock)时钟信号。输入，8237A：最高3MHZ.8237A-5:最高5MHZ.13.CS：（Chip Slected）片选信号。输入，低电平有效。14.RESET:复位信号。输入，高电平有效。8237内部寄存器清0,屏蔽寄存器置1，8237A处于状态，允许CPU访问。15.READY：就绪信号。输入，低速设备可通过给此引脚加低电平来延长总线周期。,2.1 8237A的外部引脚,三、8237A的外部引脚：,16.AEN:（Adress Enable）地址允许信号。输出，高电平有效。AEN=1时，8237A控制器输出的存储器单元地址送上系统地址总线，禁止其他总线控制设备使用总线。在DMA传送过程中，AEN信号一直有效。17.ADSTB：（Adress Strobe）地址选通信号。输出，低电平有效。表示DB7-DB0输出的是高8位地址。利用该信号将这8位地址送入片外地址锁存器。18.EOP：（End of Process）传输过程结束信号，双向，低电平有效。输出：通过外设DMA传送结束。输入：强迫8237结束DMA操作。,2 8237A的编程结构和外部引脚,二、8237A的外部引脚-与外部的连接图：,要求:每发生一次DMA请求，就从接口电路74LS244向内存传送一个字节数据。,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，DMAC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。,8237,暂存器,内存,内存,A0A15,MEMW,MEMR,D0D7,内存到内存的传输,D0D7,DMA如何实现内存到内存的数据传输？,3 8237A的工作方式,8237A的工作状态 8237A的工作模式 8237A的传送类型 8237A的优先级,一、8237A的工作状态,1.主模块：接管并取得总线控制权，取代CPU而成为系统的 主控者。DMAC通过三总线向M或I/O发出地址码及 读/写信号，以控制M和I/O设备之间的数据传送。2.从模块：未取得总线控制时，同于其他 I/O设备，受CPU 的控制。这时，CPU对DMAC进行初始化操作或从 DMAC读取状态信息。,3 8237A的工作方式,二、8237A工作模式（1）,1.单字节传输模式：在单字节传输方式下，DMA控制器每次请求总线只传送一个字节数据，传送完后即释放总线控制权。2.块传输模式:指DMA控制器每次请求总线连续传送一个数据块，待整个数据块全部传送完成后再释放总线控制权。由DREQ启动连续地传送数据，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,3 8237A的工作方式,二、8237A工作模式（续）,3.请求传输模式:此方式与块传输方式基本类似，不同的是每传输完一个字节，DMA控制器都要检测由I/O接口发来的DMA请求信号DREQ是否仍然有效，如果该信号仍有效，则继续进行DMA传输；否则，就暂停传输，交还总线控制权给CPU，直至DMA请求信号再次变为有效，数据块传输则从刚才暂停的那一点继续进行下去。,3 8237A的工作方式,二、8237A工作模式（续）,4.级联传输模式:在系统中有多片8237A，构成主从式DMA系统。级联的办法是把从片的HRQ端与主片的DREQ端联。,3 8237A的工作方式,返回,三、8237A操作类型,1.DMA读：,3.DMA校验:这是一种伪传输，实际上是校验8237A芯片内部的读写信号，在这种传输中，8237A芯片如同DMA读和DMA写一样，产生地址及响应信号，但禁止实际传输。,2.DMA写：,内存 I/O;MEMR 和IOW,3 8237A的工作方式,四、8237A的优先级,1.固定优先级：四通道优先级固定，通道1最高，通道3最低。即：DREQ0-DREQ32.循环优先级：优先级相同。当某一通道被响应且服务后，它就被指定为最你优先级，下一通道就为最高优先级。,注意：DMA禁止嵌套，优先级排除只在DMA响应前有效，DMA响应后无效。,3 8237A的工作方式,5 8237A的寄存器,-模式寄存器,5 8237A的寄存器,5 8237A的寄存器,-请求寄存器,5 8237A的寄存器,-屏蔽寄存器,8237A每个通道有一位“屏蔽位”，当其通道的“屏蔽位”置1时，则外部对应的DREQ信号被屏蔽，不予响应，从而禁止了该通道的DMA操作。四个通道的“屏蔽位”构成一个4位的屏蔽寄存器。有两种屏蔽命令字格式，单独对某一个通道的屏蔽位进行置位或复位，；另一种是可以同时设定四个通道的屏蔽位，也称综合屏蔽命令字。,5 8237A的寄存器,-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，则这一通道的屏蔽位置位后，必须再次编程为允许，才能进行下次DMA传送。,5 8237A的寄存器,-屏蔽寄存器,5 8237A的寄存器,5 8237A的寄存器,DMA控制器8237,控制寄存器格式和有关问题：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,D0：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。,DMA控制器8237,D0D7,38,8237,暂存器,内存,内存,A0A15,MEMW,MEMR,D0D7,内存到内存的传输,5 8237A的寄存器,主菜单,6 8237A的编程,8237A的编程通常可按如下步骤进行。输出清除命令，使8237A进入初始状态；将DMA传送的存贮器起始地址写入基地址和当前地址寄存器；将要传送的字节数写入基字节寄存器和当前字节计数器；写模式寄存器，规定8237A的工作方式等；写控制寄存器，规定各通道优先级及DREQ、DACK的有效电平等；写屏蔽寄存器，规定开放和屏蔽的通道；写请求寄存器，发DMA请求命令(内存到内存)。,编程备用：8237A的寄存器,-模式寄存器,编程备用：8237A的寄存器,主菜单,-控制寄存器,低,高,编程备用：8237A的寄存器,-屏蔽寄存器,6 8237A的编程,编写外设到内存DMA传送的初始化程序。要求：利用8237A的通道1，将外设长度为100字节的数据块传送到内存从1000H开始的连续存储单元。采用数据块传送方式，DREQ1为高电平有效，DACK1为低电平有效，允许请求。DMA地址由信号和DMA页面寄存器提供。,6 8237A的编程,START:OUTDMA+0DH,AL;清除控制端口,执行一次写操作实现软件复位MOVAL,00H;目标数据区起始地址低位字节OUTDMA+02H,AL;当前地址寄存器和基地址寄存器端口地址MOVAL,10H;目标数据区起始地址高位字节OUTDMA+02H,AL;将目标数据区起始地址写入当前地址寄存器和基地址寄存器,6 8237A的编程,MOVAX,100;传输的字节数100DECAX;计数值调整为100199OUTDMA+03H,AL;计数值写入当前字节计数器和基字节计数器 MOVAL,AHOUTDMA+03H,AL,6 8237A的编程,MOVAL,85H;通道1,块传送,地址增1,DMA写操作（I/O到存储器）OUTDMA+0BH,AL;工作方式寄存器端口地址MOVAL,01H;屏蔽字,允许通道1请求OUTDMA+0AH,AL;单通道屏蔽寄存器端口地址MOVAL,00H;控制字,DACK低电平有效,DREQ高电平有效,允许8237A工作OUTDMA+08H,AL;控制寄存器端口地址,5 8237A的寄存器,8237A的编程举例 例：设某8088系统使用一片8237A，现欲将内存地址为8000H开始的100个字节数据以DMA方式输出到某外设，已知8237A的端口地址为20H2FH，并规定8237A通道1工作在块传输，硬件启动。试编写初始化程序段。,5 8237A的寄存器,解：根据以上已知条件和要求，初始化程序段OUT 2DH，AL；发主清除命令MOV AL，00H；写基地址和当前地址寄存器OUT 22H，ALMOV AL，80HOUT 22H，ALMOV AL，64H；写基字节寄存器和当前字节计;数器OUT 23H，ALMOV AL，00HOUT 23H，AL,5 8237A的寄存器,MOV AL，89H；选通道1，读传送，禁止自 动预置，块传输，地址递增OUT 2BH，ALMOV AL，80H；写控制字：普通时序，存储器 到外设传送，固定优先级OUT 28H，AL；正常写，DREQ、DACK高电平有效MOV AL，00H；清除所有通道屏蔽OUT 2FH，AL,6 8237A的编程,8237A通道0用来动态RAM进行刷新，通道2和通道3分别来实现软盘和内存之间的数据传输，通道1用来提供其他传输功能，系统采用固定优先级。8237A对应的端口地址分别为0000000FH.在下面程序中，标号DMA代表首地址0000，和8237A相关的高四位页面地址寄存器为74LS670.它的端口地址输出端口号为0083H。,6 8237A的编程,MOV AL,04HMOV DX,DMA+8OUT DX,AL；设置控制器，关闭8237A。使它不工作MOV AL,00HMOV DX,DMA+0DHOUT DX,AL；发总清命令,6 8237A的编程,MOV DX,DMA；将端口地址对应为通道0MOV CX,0004H WRITE:MOV AL,OFFH OUT DX,AL OUT DX,AL INC DX INC DX LOOP WRITE；使4个端口地址均为FFFFH,6 8237A的编程,MOV DX,DMA+08HMOV AL,58HOUT DX,AL;对通道0设置模式，单字节传输，地址加1，自动初始化功能MOV AL,41HOUT DX,AL；对通道1设置模式，单字节较验传输，地址加1，无自动初始化功能MOV AL,42HOUT DX,AL；对通道2设置模式，单字节较验传输，地址加1，无自动初始化功能MOV AL,43HOUT DX,AL；对通道3设置模式，单字节较验传输，地址加1，无自动初始化功能,6 8237A的编程,MOV DX,DMA+8MOV AL,0OUT DX,AL;设置控制命令，DACK低有效 DREQ高；有效，固定优先级，启动工作MOV DX,DMA+0AHOUT DX,AL;使通道0去除屏蔽MOV AL,O1HOUT DX,AL；使通道1去除屏蔽MOV AL,02HOUT DX,AL;使通道2去除屏蔽MOV AL,03HOUT DX,AL;使通道3去除屏蔽,6 8237A的编程,通道1-3是较验传输，下面的程序段对通道1-3的地址寄存器的值进行测试。MOV DX,DMA+2HMOV CX,0003HREAD:IN AL,DX；读地址的低字节 MOV AH,AL IN AL,DX；读地址的高字节 CMP AX,0FFFFH；比较读出的值和写入是否相等 JNZ HHH；不等，转出错 INC DX INC DX；指下向一个通道 LOOP READHHH:HLT;出错，停机,通过对方式字寄存器的编程，可以设置某个通道为自动初始化方式。自动初始化方式的功能：当该通道完成一个数据传送并产生信号时，用基地址寄存器和基字节寄存器的内容，使相应的当前地址寄存器和当前字节计数器恢复初值。自动初始化，通道就做好了另一次数据传送的准备。,4 8237A的初始化方式,利用这种方式，可以使数据块从一个存储空间传到另一个存储空间，将程序的影响和传输时间减到最小。这种方式要占用8237A的2个通道。由通道0提供源地址，通道1提供目的地址。通道1的字节计数器编程为传送的字节数。传送由设置一个通道0的软件DREQ启动。8237A按正常方式向CPU发出HRQ,当CPU发出总线响应信号HLDA后，DMA传送即可开始。,4 8237A的初始化方式,