大二下微机汇编第5章

1、第第5章章-6 DMA控制接口控制接口教学重点:n 8237A的芯片结构和工作方式n 8237A寄存器组的作用n 8237A的编程与应用5.1 DMA方式的数据传输1.直接存储器存取直接存储器存取DMA (Direct Memory Access)传送方式通常用来高速传送大批量的数据块：传送方式通常用来高速传送大批量的数据块：n硬盘和软盘硬盘和软盘I/O；n 快速通信通道快速通信通道I/O；n多处理机和多程序数据块传送；多处理机和多程序数据块传送；n在图像处理中，对在图像处理中，对CRT屏幕送数据；屏幕送数据；n快速数据采集；快速数据采集；n DRAM的刷新操作。的刷新操作。5.1 DMA方式

2、的数据传输（续）2. 存储器和外设间直接开辟的高速数据传输通路，存储器和外设间直接开辟的高速数据传输通路，不不需要需要CPU的参与的参与，数据传输速度达到最快；，数据传输速度达到最快；3. 数据的传输过程完全由数据的传输过程完全由硬件控制硬件控制，称为，称为DMA控制控制 器，简称为器，简称为DMAC，其功能主要有：，其功能主要有：n向向CPU申请申请DMA传送；传送；n在在CPU允许允许DMA工作时，处理总线控制权的转交；工作时，处理总线控制权的转交；n在在DMA期间期间管理系统总线管理系统总线、控制数据传送；、控制数据传送；n确定数据传送的确定数据传送的起始地址起始地址和和数据长度数据长度

3、，修正传送过程中，修正传送过程中的数据地址；的数据地址；n数据传送完毕，给出数据传送完毕，给出DMA操作完成的信号。操作完成的信号。5.2 DMA控制器8237An每个每个8237A芯片有芯片有4个个DMA通道；通道；n每个每个DMA通道具有通道具有不同的优先权不同的优先权；n每个每个DMA通道可以分别通道可以分别允许和禁止允许和禁止；n每个每个DMA通道有通道有4种种工作方式；工作方式；n一次传送的最大长度可达一次传送的最大长度可达64KB；n多个多个8237A芯片可以级联，扩展通道数。芯片可以级联，扩展通道数。5.2.1 8237A的引脚和内部结构n外部引脚和内部结构相对都比较复杂；外部引

4、脚和内部结构相对都比较复杂；n应用观点：内部主要由两类寄存器组成应用观点：内部主要由两类寄存器组成n通道寄存器通道寄存器n控制和状态寄存器控制和状态寄存器首先分类展开外部引脚首先分类展开外部引脚8237A的引脚1. 请求与响应信号nDREQ0DREQ3：DMA通道请求通道请求。当外设需。当外设需要请求要请求DMA服务时，将服务时，将DREQ信号置成有效电信号置成有效电平，并要保持到产生响应信号。平，并要保持到产生响应信号。nHRQ：总线请求总线请求。8237A输出有效的输出有效的HRQ高电高电平，向平，向CPU申请使用系统总线。申请使用系统总线。nHLDA：总线响应总线响应。8237A接受来自

5、接受来自CPU的响应的响应信号信号HLDA，取得了总线的控制权。，取得了总线的控制权。nDACK0DACK3：DMA通道响应通道响应。8237A使使请求服务的通道产生相应的请求服务的通道产生相应的DMA响应信号。响应信号。8237A的引脚2. 传送控制信号nA0A7：地址线地址线。输出低。输出低8位存储器地址。位存储器地址。nDB0DB7：数据线数据线。输出高。输出高8位存储器地址；位存储器地址；存贮器与存贮器的传送期间，用于数据传送。存贮器与存贮器的传送期间，用于数据传送。nADSTB：地址选通地址选通。DMA传送开始时，输出高传送开始时，输出高有效，把在有效，把在DB0DB7上输出的高上输

6、出的高8位地址锁存位地址锁存在外部锁存器中。在外部锁存器中。nAEN：地址允许地址允许。输出高有效，在。输出高有效，在DMA传送期传送期间，该信号有效时，禁止与间，该信号有效时，禁止与CPU连接的地址锁连接的地址锁存器使用系统总线，同时将锁存的高存器使用系统总线，同时将锁存的高8位地址送位地址送入系统总线，与芯片此时输出的低入系统总线，与芯片此时输出的低8位地址组成位地址组成16位存储器地址。位存储器地址。2. 传送控制信号（续）nMEMR*：存储器读。有效将数据从存储器读出：存储器读。有效将数据从存储器读出nMEMW*：存储器写。有效将数据写入存储器：存储器写。有效将数据写入存储器nIOR*

7、：I/O读。有效将数据从外设读出读。有效将数据从外设读出nIOW*：I/O写。有效将数据写入外设写。有效将数据写入外设nREADY：准备好。：准备好。DMA传送的传送的S3下降沿检测下降沿检测到为低时，插入等待状态到为低时，插入等待状态Sw，直到，直到READY为为高才进入第高才进入第4个时钟周期个时钟周期S4。nEOP*：过程结束。：过程结束。DMA传送过程结束，输出传送过程结束，输出一个低有效脉冲。外部输入低脉冲信号，则终一个低有效脉冲。外部输入低脉冲信号，则终结结DMA传送。传送。 8237A的引脚3. 处理器接口信号nDB0DB7：数据线。用于：数据线。用于8237A与微处理器与微处理

8、器进行数据交换。进行数据交换。nA0A3：地址线。用以选择芯片内部寄存器。：地址线。用以选择芯片内部寄存器。nCS*：片选。低有效时，微处理器与：片选。低有效时，微处理器与8237A通通过数据线通信，主要完成对过数据线通信，主要完成对8237A的编程。的编程。nIOR*：I/O读。读取读。读取8237A内部寄存器。内部寄存器。nIOW*：I/O写。写入写。写入8237A内部寄存器。内部寄存器。nCLK：时钟。控制芯片内部操作和数据传输。：时钟。控制芯片内部操作和数据传输。nRESET：复位。使：复位。使8237A处于初始状态。处于初始状态。8237A的两种工作状态n8237A具有两种工作状态具

9、有两种工作状态n空闲周期空闲周期：作为接口电路，受作为接口电路，受CPU控制的工作状态控制的工作状态n有效周期有效周期：作为作为DMAC控制控制DMA传送的工作状态传送的工作状态 于是，引脚分成两种作用于是，引脚分成两种作用8237A引脚的两种作用与与CPU连接连接（空闲周期）的引脚（空闲周期）的引脚与外设连接与外设连接（有效周期）的引脚（有效周期）的引脚CLK、RESETA0A3、CS*、DB0DB7IOR*、IOW*HRQ、HLDAAEN、ADSTB、READY、EOP*A0A7、DB0DB7IOR*、IOW*、MEMR*、MEMW*DREQ0DREQ3、DACK0DACK38237A的内

10、部结构n定时和控制单元定时和控制单元 产生产生8237A内部定时与外部控制命令；内部定时与外部控制命令；n命令控制单元命令控制单元 在空闲周期里对在空闲周期里对CPU在编程时送来的命在编程时送来的命令时行译码；令时行译码；n优先权控制单元优先权控制单元 决定各通道的优先权次序。决定各通道的优先权次序。8237A的内部结构8237A的寄存器全部都用地址全部都用地址A0A3区分区分8237A的寄存器寻址1. 当前地址寄存器n每个通道均有；每个通道均有；n保持保持DMA传送的当前地址值；传送的当前地址值；n每次传送后该寄存器的值自动加每次传送后该寄存器的值自动加1或减或减1；n这个寄存器的值可由这个

11、寄存器的值可由CPU写入和读出写入和读出。基地址寄存器基地址寄存器存放存放初始值初始值2. 当前字节数寄存器n每个通道均有；每个通道均有；n保持保持DMA传送的剩余字节数；传送的剩余字节数；n每次传送后，该寄存器的值减每次传送后，该寄存器的值减1；n这个寄存器的值可由这个寄存器的值可由CPU写入和读出；写入和读出；n该寄存器的值减至该寄存器的值减至0，再减，再减1（从（从0减到减到FFFFH）时，终止计数。）时，终止计数。基字节数寄存器基字节数寄存器存放存放初始值初始值传送传送N个字节，个字节，初始值初始值为为N1读写通道寄存器nCPU与与8237A之间通过之间通过8位数据总线交换位数据总线交

12、换信息，信息，8237A的通道寄存器均为的通道寄存器均为16位；位；n需要两次读写操作才能实现需要两次读写操作才能实现CPU与与8237A之间的一个完整数据的交换；之间的一个完整数据的交换；n8237A内含一个内含一个高高/低触发器低触发器，用来控制，用来控制读写通道寄存器的高、低字节。读写通道寄存器的高、低字节。高/低触发器n该触发器为该触发器为0，控制读写低字节；，控制读写低字节；n该触发器为该触发器为1，控制读写高字节；，控制读写高字节；n软、硬件复位后，触发器为软、硬件复位后，触发器为0；n每次读写通道寄存器，自动改变触发器状每次读写通道寄存器，自动改变触发器状态。如果对态。如果对16

13、位寄存器的操作用两次连续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；读写进行，就不必清除这个触发器；n清除高清除高/低触发器低触发器软件命令软件命令（A3A2A1A01100）将使高）将使高/低触发器清零。低触发器清零。3个软件命令1. 清除高清除高/低触发器软件命令低触发器软件命令nA3A2A1A01100，使高，使高/低触发器清零低触发器清零n如：如：MOV AL, 0XXH ;0XXH为为AL中任意值中任意值 OUT 0CH, AL2. 主清除命令主清除命令nA3A2A1A01101，使高，使高/低触发器清零低触发器清零n还使命令、状态、请求、临时寄存器清零还使命令、状态、请

14、求、临时寄存器清零n使屏蔽寄存器置为全使屏蔽寄存器置为全1（禁止（禁止DMA请求）请求）n主清除命令与硬件的主清除命令与硬件的RESET信号具有相同的功能信号具有相同的功能3. 清屏蔽寄存器命令清屏蔽寄存器命令nA3A2A1A01110，使，使4个屏蔽位都清零（允许个屏蔽位都清零（允许DMA请求）请求）3. 工作方式寄存器n每个通道均有；每个通道均有；n存放相应通道的方式控制字；存放相应通道的方式控制字；n选择某个选择某个DMA通道的工作方式；通道的工作方式；n其中用最低其中用最低2位选择哪个位选择哪个DMA通道。通道。请看请看方式字方式字的格式的格式方式字格式D7 D6D5D4D3 D2D1

15、 D000 请求模式请求模式01 单字节模式单字节模式10 数据块模式数据块模式11 级联模式级联模式0 地址增量（加地址增量（加1）1 地址减量（减地址减量（减1）0 禁止自动初始化禁止自动初始化1 允许自动初始化允许自动初始化00DMA校验校验01DMA写写10DMA读读11非法非法 若若D7D61100 通道通道001 通道通道110 通道通道211 通道通道34. 命令寄存器n四个通道共有；四个通道共有；n存放存放8237A的命令字；的命令字；n设置设置8237A芯片的操作方式；芯片的操作方式；n复位时使命令寄存器清零；复位时使命令寄存器清零；n设置设置D21才使才使8237A可以作为

16、可以作为DMA控制器。控制器。请看请看命令字命令字的格式的格式命令字格式D7D6D5D4D3D2D1D00 DACK低有效低有效1 DACK高有效高有效0 DREQ高有效高有效1 DREQ低有效低有效0 滞后写滞后写1 扩展写扩展写 若若D310 固定优先权固定优先权1 循环优先权循环优先权0 正常时序正常时序1 压缩时序压缩时序 若若D010 允许允许DMAC工作工作1 禁止禁止DMAC工作工作0 允许通道允许通道0地址改变地址改变1 禁止通道禁止通道0地址改变地址改变 若若D000 禁止存储器之间传送禁止存储器之间传送1 允许存储器之间传送允许存储器之间传送5. 请求寄存器n存放软件存放软

17、件DMA请求状态；请求状态；n除硬件除硬件DMA请求外，当工作在数据块传请求外，当工作在数据块传送方式时也可以通过软件发出送方式时也可以通过软件发出DMA请求；请求；n若是存贮器到存贮器传送，则必须由软件若是存贮器到存贮器传送，则必须由软件请求启动通道请求启动通道0。请看请看请求字请求字的格式的格式请求字格式D7 D6 D5 D4 D3D2D1 D0任意任意0 复位复位1 置位置位00 通道通道001 通道通道110 通道通道211 通道通道36. 屏蔽寄存器n控制外设硬件控制外设硬件DMA请求是否被响应（为请求是否被响应（为0允允许），各个通道互相独立。许），各个通道互相独立。3种方法：种方

18、法：n单通道屏蔽字只对一个单通道屏蔽字只对一个DMA通道屏蔽位进行设置通道屏蔽位进行设置n主屏蔽字对主屏蔽字对4个个DMA通道屏蔽位同时进行设置通道屏蔽位同时进行设置n清屏蔽寄存器命令使清屏蔽寄存器命令使4个屏蔽位都清零（允许）个屏蔽位都清零（允许）n复位使复位使4个通道全置于屏蔽状态个通道全置于屏蔽状态n当一个通道的当一个通道的DMA过程结束，如果不是工作在过程结束，如果不是工作在自动初始化方式，则这一通道的屏蔽位置位，自动初始化方式，则这一通道的屏蔽位置位，必须再次编程为允许，才能进行下次必须再次编程为允许，才能进行下次DMA传送传送请看请看屏蔽字屏蔽字的格式的格式单通道屏蔽字格式D7 D

19、6 D5 D4 D3D2D1 D0任意任意0 清屏蔽位清屏蔽位1 置屏蔽位置屏蔽位00 通道通道001 通道通道110 通道通道211 通道通道3主屏蔽字格式D7 D6 D5 D4D3D2D1D0任意任意Di0 清通道清通道I屏蔽位屏蔽位Di1 置通道置通道I屏蔽位屏蔽位7. 状态寄存器n可由可由CPU读取读取n低低4位反映读命令这个瞬间每个通道是否位反映读命令这个瞬间每个通道是否产生计数终点产生计数终点TC（为（为1，表示该通道传，表示该通道传送结束）送结束）n高高4位反映每个通道的位反映每个通道的DMA请求情况请求情况（为（为1，表示该通道有请求），表示该通道有请求）n状态位在复位或被读出

20、后，均被清零状态位在复位或被读出后，均被清零8. 暂存寄存器n在存储器到存储器的传送方式下，该寄在存储器到存储器的传送方式下，该寄存器保存从源存储单元读出的数据，该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数据又被写入到目的存储单元n传送完成，该寄存器只会保留最后一个传送完成，该寄存器只会保留最后一个字节，可由字节，可由CPU读出读出n复位使临时寄存器内容为零复位使临时寄存器内容为零5.2.2 8237A的工作时序空闲周期n8237A的任一通道都没有的任一通道都没有DMA请求时请求时n8237A由微处理器控制作为一个接口芯片由微处理器控制作为一个接口芯片nCPU可对可对823

21、7A编程，或从编程，或从8237A读取状态读取状态n8237A采样采样CS*选片信号，该信号有效，选片信号，该信号有效，CPU就要对就要对8237A进行读进行读/写操作写操作n8237A还采样通道的请求输入信号还采样通道的请求输入信号DREQ，该，该信号有效，就进入有效周期信号有效，就进入有效周期进入有效周期进入有效周期5.2.2 8237A的工作时序有效周期n8237A采样到外设有采样到外设有DMA请求，就脱离请求，就脱离空闲周期进入有效周期空闲周期进入有效周期n8237A作为系统的主控芯片，控制作为系统的主控芯片，控制DMA传送操作传送操作nDMA传送借用系统总线完成，其控制传送借用系统总

22、线完成，其控制信号以及工作时序类似信号以及工作时序类似CPU总线周期总线周期进入进入DMADMA传送时序传送时序nSI状态状态空闲状态空闲状态nS0状态状态等待等待CPU给出给出HLDA信号信号nS1状 态状 态 输 出输 出 1 6 位 存 储 器 地 址位 存 储 器 地 址 AEN输出高电平，表示输出高电平，表示DMA传送传送nS2状态状态输出输出DMA响应信号和控制信号响应信号和控制信号 DMA读：读：MEMR*和和IOW*有效有效 DMA写：写：IOR*和和MEMW*有效有效nS3和和Sw状态状态检测数据传送是否能够完检测数据传送是否能够完成，决定是否插入等待状态成，决定是否插入等待

23、状态SwnS4状态状态完成数据传送完成数据传送DMA传送时序5.2.3 8237A的工作方式nDMA传送方式传送方式 单字节传送方式单字节传送方式 数据块传送方式数据块传送方式 请求传送方式请求传送方式 级联方式级联方式nDMA传送类型传送类型 DMA读读 DMA写写 DMA检验检验n存储器到存储器的传送存储器到存储器的传送1. DMA传送单字节方式n每次每次DMA传送时仅传送一个字节传送时仅传送一个字节n传送一个字节之后，字节数寄存器减传送一个字节之后，字节数寄存器减1，地址，地址寄存器加寄存器加1或减或减1，HRQ变为无效变为无效n8237A释放系统总线，将控制权还给释放系统总线，将控制权

24、还给CPUn若传送后使字节数从若传送后使字节数从0减到减到FFFFH，则终结，则终结DMA传送或重新初始化传送或重新初始化n特点：特点：n一次传送一个字节，效率略低一次传送一个字节，效率略低nDMA传送之间传送之间CPU有机会重新获取总线控制权有机会重新获取总线控制权2. DMA传送数据块方式n由由DREQ启动就连续地传送数据，直到启动就连续地传送数据，直到字节数寄存器从字节数寄存器从0减到减到FFFFH终止计数，终止计数，或由外部输入有效信号终结或由外部输入有效信号终结DMA传送传送nDREQ只需维持有效到只需维持有效到DACK有效有效n特点：特点：n一次请求传送一个数据块，效率高一次请求传

25、送一个数据块，效率高n整个整个DMA传送期间传送期间CPU长时间无法控制总长时间无法控制总线（无法响应其他线（无法响应其他DMA请求、无法处理中请求、无法处理中断等）断等）3. DMA传送级联方式n用于通过多个用于通过多个8237A级连以扩展通道级连以扩展通道n第二级的第二级的HRQ和和HLDA信号连到第一级信号连到第一级某个通道的某个通道的DREQ和和DACK上上n第二级芯片的优先权等级与所连通道的第二级芯片的优先权等级与所连通道的优先权相对应优先权相对应n第一级只起优先权网络的作用，实际的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操作由第二级芯片完成n还可由第二级扩展到第三级等

26、还可由第二级扩展到第三级等4. DMA传送请求方式nDREQ信号有效就连续传送数据信号有效就连续传送数据nDREQ信号无效，信号无效，DMA传送被暂时中止，传送被暂时中止，8237A释放总线，释放总线，CPU可继续操作可继续操作nDMA通道的地址和字节数的中间值仍被保持通道的地址和字节数的中间值仍被保持nDREQ信号再次有效，信号再次有效，DMA传送就继续进行传送就继续进行n如果字节数寄存器从如果字节数寄存器从0减到减到FFFFH，或者由外，或者由外部送来一个有效的信号，将终止计数部送来一个有效的信号，将终止计数n特点：特点：nDMA操作可由外设利用操作可由外设利用DREQ信号控制传送的过程信

27、号控制传送的过程5. DMA操作类型nDMA读读把数据由存储器传送到外设把数据由存储器传送到外设n由由MEMR*有效从存储器读出数据，由有效从存储器读出数据，由IOW*有效把有效把这一数据写入外设这一数据写入外设nDMA写写把外设输入的数据写入存储器把外设输入的数据写入存储器n由由IOR*有效从外设输入数据，由有效从外设输入数据，由MEMW*有效把这有效把这一数据写入存储器。一数据写入存储器。nDMA检验检验空操作空操作n8237A不进行任何检验不进行任何检验n外设可以进行外设可以进行DMA校验校验n存储器和存储器和I/O控制线保持无效，不进行传送控制线保持无效，不进行传送6. 存储器到存储器

28、的传送n固定使用通道固定使用通道0和通道和通道1n通道通道0的地址寄存器存源区地址的地址寄存器存源区地址n通道通道1的地址寄存器存目的区地址，通道的地址寄存器存目的区地址，通道1的字的字节数寄存器存传送的字节数节数寄存器存传送的字节数n传送由设置通道传送由设置通道0的软件请求启动的软件请求启动n每传送一字节需用每传送一字节需用8个时钟周期个时钟周期n前前4个时钟周期用通道个时钟周期用通道0地址寄存器的地址从源区读地址寄存器的地址从源区读数据送入数据送入8237A的的暂存寄存器暂存寄存器n后后4个时钟周期用通道个时钟周期用通道1地址寄存器的地址把暂存寄地址寄存器的地址把暂存寄存器中的数据写入目的

29、区存器中的数据写入目的区7. DMA通道的优先权方式n固定优先权方式固定优先权方式优先权固定优先权固定n通道通道0优先权最高，通道优先权最高，通道1其次，通道其次，通道2再次，再次，通道通道3最低最低n循环优先权方式循环优先权方式优先权循环变化优先权循环变化n最近一次服务的通道在下次循环中变成最低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优先权，其他通道依次轮流相应的优先权DMADMA传送不存在嵌套传送不存在嵌套8. 自动初始化方式n每当每当DMA过程结束信号过程结束信号EOP*产生时产生时（不论是内部终止计数还是外部输入该（不论是内部终止计数还是外部输入该信号

30、）；信号）；n用基地址寄存器和基字节数寄存器的内用基地址寄存器和基字节数寄存器的内容，使相应的当前寄存器恢复为初始值，容，使相应的当前寄存器恢复为初始值，包括恢复屏蔽位、允许包括恢复屏蔽位、允许DMA请求；请求；n这样就作好了下一次这样就作好了下一次DMA传送的准备。传送的准备。5.3 8237A的编程n8327A芯片的芯片的初始化编程初始化编程n需要查阅需要查阅IBM PC/XT DMAC 寄存器的端口地址寄存器的端口地址n可先输出主清除命令，进行软件复位可先输出主清除命令，进行软件复位n然后写入命令字然后写入命令字n命令字影响所有命令字影响所有4个通道的操作个通道的操作5.3 8237A的

31、编程（续）n实例：实例：启动启动0号通道进行动态号通道进行动态RAM刷新刷新 MOV AL, OFFH ; 0通道的传送字节数通道的传送字节数 OUT DMA+1, AL ; 写入低写入低8位基值和当前字节数寄存器位基值和当前字节数寄存器 OUT DMA+1, AL ; 写入高写入高8位位 MOV AL, 58H ; 工作方式，单传，地址工作方式，单传，地址+1，自动预，自动预 置，置， ; 0通道。通道。58H=01011000B OUT DMA+0BH, AL ;写入方式寄存器写入方式寄存器 MOV AL,00H ; DMA命令字命令字 OUT DMA+8, AL ; 写入命令字，允许写入命令字，允许DMAC工作工作 OUT DMA+10, AL ; 写单屏蔽屏蔽寄存器，写单屏蔽屏蔽寄存器， ;允许允许0通道请求通道请求5.4 8237A在IBM PC系列机上的应用nIBM PC/XT机使用一片机使用一片8237An通道通道0：动态存贮器：动态存贮器DRAM刷新刷新n通道通道1：用户使用：用户使用n通道通道2：内存与软盘的高速数据交换：内存与软盘的高速数据交换n通道通道3：内存与硬盘的高速数据交换：内存与硬盘的高速数据交换nIBM PC/AT机采用两片机采用两片8237AnDMAC1包含通道包含通道03，支持，支持8位数据传送位数