DMA控制器(微型计算机原理)课件

西南大学电子信息工程学院1

§9.5DMA控制器8237A-5

在高速I/O应用场合，采用外部I/O接口（设备）直接与存储器之间进行数据传送的方法，与程序查询和中断方式传送的本质区别在于用硬件代替软件实现数据传送。这个专门的硬件就是DMAC。1、几个基本概念总线控制权、mater、slaveDMAC编程周期：slaveDMAC控制总线进行数据传输周期：masterDMA的数据传输形式: 基本的 MEM——I/O

扩充的 MEM——MEM I/O——I/O西南大学电子信息工程学院22、DMA传送原理示意图

①系统总线CPUDMAC存储器外设接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADRQDACK②③④⑤AENIOWIORMEMWMEMR①外设发出DMA请求②DMAC向CPU申请总线③CPU响应，释放总线控制权④DMAC得到总线控制权，并向外设发出DMA响应信号⑤由DMAC发出各种控制信号，控制外设与存储器之间的数据传送⑥数据传送完后，DMAC撤销HOLD信号⑦CPU释放HLDA信号，并重新控制总线⑥⑦西南大学电子信息工程学院33、DMA的三种传输方式（1）连续传送（块传送）DMAC申请到总线后，将一块数据传送完后才释放总线，而不管中间DREQ是否有效。YN允许DMADMA请求？DMAC请求总线CPU响应,DMAC获总线控制权DMA传送一个字节块结束？地址增量，计数器减量DMAC释放总线YN西南大学电子信息工程学院4NYN允许DMADMAC请求总线CPU响应,DMAC获总线控制权DMA传送一个数据块结束？释放总线至少一个总线周期地址增量，计数器减量DMAC释放总线Y（2）单次传送每个DMA周期只传送一个字节就立即释放总线。测试I/O的DREQDMA请求？西南大学电子信息工程学院5NYCPU响应,DMAC获总线控制权DMA传送一个字节块结束？测试I/O的DREQ有效？地址增量，计数器减量释放总线，请求中断无效，释放总线允许DMADMA请求？DMAC请求总线（3）按需传送（猝发传送）只要I/O接口的数据缓冲可用，就进行传送。注意：I/O接口需要有一定大小的FIFO缓冲器。YNYN西南大学电子信息工程学院6一个总线周期TDMAC控制总线，共传送n个数据DMA1DMA2DMAnCPU重新控制总线CPU对总线控制连续传送TDMA共传送n个数据DMA1DMA2DMAn单次传送DMA3T按需传送DMA传送k个数据DMA传送n-k个数据FIFO可用FIFO满FIFO可用FIFO满图例：4、DMA传输方式示意图:西南大学电子信息工程学院7

5、DMA控制器8237ADMAC8237A早年用在IBM-PC机中，其优异的性能和PC机的广泛影响，8237的基本功能在高档PC机中得到保留和扩充，其性能进一步提高。⑴DMA8237A-5的主要特性单片4个DMA通道，任意通道可级联扩展；每个通道允许4种工作方式；每个通道一次DMA传送最多可达64KB；双列直插式40脚封装；可以外接EOP信号强行暂停DMA传送，有利于外设与系统的时序配合。西南大学电子信息工程学院8⑵8237引脚图西南大学电子信息工程学院9⑶DMA8237A-5的内部结构西南大学电子信息工程学院10①时序与控制逻辑根据编程规定的工作方式，产生DMA请求、DMA传送和DMA结束所需的内部时序控制信号和读写控制信号。②优先级编码逻辑对同时提出DMA请求服务的多个通道进行优先级排队和优先级管理。

8237有两种优先级管理方式：固定优先级方式：最高0→1→2→3最低循环优先级方式：西南大学电子信息工程学院11③命令控制逻辑对处理器送来的编程命令进行译码，并产生相应的操作。西南大学电子信息工程学院12④内部寄存器组内部寄存器分为两类：通用寄存器每通道的当前地址寄存器、当前字节数寄存器和基地址及基字节数寄存器。控制和状态寄存器两类寄存器共占用十六个端口地址，通常记作：DMA+00H——DMA+0FH。⑤数据及地址缓冲器包括三部分：A3-A0：最低四位双向地址线。A7-A4：高四位地址线，仅用于DMA。DB7-DB0：双向数据线和DMA高八位地址线。西南大学电子信息工程学院13⑷8237的工作方式有四种工作方式：①单字节传送方式每次仅传送一个字节数据。②数据块方式

一旦8237获得总线控制权，将连续传送字节数据直到字节数寄存器的内容减到零再减至0FFFFH时产生EOP信号为止。DMA期间不检测DREQ引脚信号。一次DMA最多能传送64KB的数据块。可外输入EOP信号强行终止DMA传送。西南大学电子信息工程学院14③请求传送方式

类似于数据块传送方式，区别在于8237每传送一字节数据后都要检测DREQ引脚信号是否有效：继续传送，直到块数据传送结束。有效

无效：暂停传送，8237保存现场，释放总线，直到DREQ信号重新有效又继续传送。

这种方式可由外设产生DREQ信号控制DMA传送进程。西南大学电子信息工程学院15④级联方式当应用系统要求的DMA通道数超过单片8237所提供的通道数时，可用多片8237组成级联DMA系统。主8237级联的通道优先级要高于从8237的通道。主8237级联通道仅接收DREQ和传送HRQ和

DACK信号，级联通道DMA传送所需地址与控制信号由该通道从8237提供。西南大学电子信息工程学院16⑸8237的DMA传送类型①DMA读

把数据从存储器传送到I/O设备。其时序为：西南大学电子信息工程学院17②DMA写

把外部I/O设备输入的数据写入存储器中。其时序为：西南大学电子信息工程学院18③DMA校验用于检验8237芯片内部的读写数据的功能是否正常。⑹8237的工作时序正常时序压缩时序西南大学电子信息工程学院19⑺8237状态变化流程

8237的工作过程由空闲周期和工作周期两部分组成，又细分为7种状态。

8237的状态变化流程：A-AB-B西南大学电子信息工程学院20A-AB-BA-AB-B

西南大学电子信息工程学院21⑻8237的端口操作西南大学电子信息工程学院22⑼8237通道寄存器操作信号用内部触发的状态区别对16位寄存器高/低字节的操作。0对低字节操作1对高字节操作

西南大学电子信息工程学院23西南大学电子信息工程学院24⑽8237的控制寄存器格式①工作方式字四个通道工作方式字共用一个端口地址，确定通道的操作方式。西南大学电子信息工程学院25②命令字选择8237的操作方式。西南大学电子信息工程学院26③请求字只有在“块传送方式”下，才能用“请求字”产生软件DMA服务请求。④单个通道屏蔽字某通道屏蔽位为1则禁止该通道的DMA请求。

软件请求的通道是不可屏蔽的。西南大学电子信息工程学院27⑤主屏蔽字可对四个通道的屏蔽位同时进行置位/复位操作。注意：系统RESET使通道屏蔽位置位，禁止DMA请求。若通道不采用自动预置操作，当本次DMA结束产生EOP信号后，该通道屏蔽位又被置1，若要进行下次DMA传送，必须再次初始化，使通道屏蔽字复位。西南大学电子信息工程学院28⑥状态字记录各通道“尚未处理的DMA请求”和“是否接收到终止计数信号”。西南大学电子信息工程学院29⑾8237在IBM-PC/XT和PC/AT机中的应用①IBM-PC/XT中的DMA电路用8237作为DMA控制器。用页面寄存器扩展8237的寻址范围。西南大学电子信息工程学院308237产生20位地址的逻辑电路图西南大学电子信息工程学院31②IBM-PC/AT机中DMA系统硬件逻辑结构采用两片8237组成级联结构，主片的通道0#作为从片8237的扩展端。西南大学电子信息工程学院32西南大学电子信息工程学院33⑿8237的初始化步骤写入通道方式字；写入通道基地址/当前地址（先低字节后高字节），再将最高4/8位地址写入页面寄存器中。将本次DMA传送的字节数减1，写入通道基字节/当前字节寄存器中（先低字节后高字节）；开放该通道。例如：PC机中，系统上电自检程序（见P405-P407）对4个通道的8个16位寄存器，先后写入全“1”和全“0”并读出比较，若不相同，则停机；若通过检测，则对8237进行初始化。西南大学电子信息工程学院34DMAEQU0 ；DMA起始地址

… MOVAL,04 ；命令字00000100 OUTDMA+08,AL OUTDMA+0DH,AL ；总清除命令 MOVAL,0FFH ；用“1”检测 MOVAH,0FFHC16: MOVBL,AL MOVBH,AH MOVCX,8 MOVDX,DMA C17: OUTDX,AL ；先写低8位 OUTDX,AL ；再写高8位 NOP禁止8237工作西南大学电子信息工程学院35 INAL,DX ;读出低字节 MOVAH,AL INAL,DX ；读出高字节 CMPBX,AX JZC18 HLTC18: INCDX ；指向下一个寄存器 LOOPC17 INCAL ；用“0”检测 INCAH JEC16

各通道寄存器通过“1”、“0”检测，则对各通道进行单字节传送方式的DMA校验检测。西南大学电子信息工程学院36 SUBAL,AL ；命令字，位定义见P399图9.44 OUTDMA+8,AL

MOVAL,40H；通道方式字

01000000 OUTDMA+0BH,AL ;单字节地址+1非自动校验0通道 MOVAL,41H ； 1通道 OUTDMA+0BH,AL MOVAL,42H ； 2通道 OUTDMA+0BH,AL MOVAL,43H ； 3通道 OUTDMA+0BH,AL

…通过上述测试，可根据使用要求对8237进行初始化。西南大学电子信息工程学院37CLIMOVAL,04 ;通道屏蔽字，禁止通道0响应DMAOUTDMA+0AH,ALMOVAL,01010000B ；方式字OUTDMA+0BH,ALMOVAX,0OUTDMA+00H,AL ;写基地址寄存器OUTDMA+00H,ALMOVAX，007FH ；OUTDMA+01H,AL ；写字节计数值低8位MOVAL,AHOUTDMA+01H,AL ；写字节计数值高8位STIMOVAL,00HOUTDMA+0AH ;允许通道0响应DMA…西南大学电子信息工程学院38⒀82C37A与32位处理器80386DX的接口西南大学电子信息工程学院39§9.6串行通信及串行通信接口8251A1、串行通信的基本概念⑴串行异步通信

以字符为一个传输单位，在每个字符的首尾设起始位和停止位来协调收发双方的“步调”。规定收发双方：①必须采用统一的数据格式起始位：低电平，1位，表示传送1帧信息开始；数据位：5-8位，紧跟在起始位之后，低位在前；奇偶校验位：0-1位，紧接在数据字之后，用于检验传送结果的正确性；停止位：高电平，1位或1.5或2位，表示连续传送2帧数据之间的最少间隔时间；空闲位：高电平，0-X位，表示无数据传送时的线路状态。西南大学电子信息工程学院40②必须采用相同的数据传送速率数据传送速率常用“比特率”或“位周期”来表示：“比特率”是指单位时间内传送的二进制数据位数B=bit/s；“位周期”是指传送1位二进制数所用的时间Td。

Td=1/B例如：每秒钟传送120字符/s，每个字符10位，则比特率为:120（字符/s）×10（bit/字符）=1200（bit/s)

位周期为：Td=1/1200=0.833(ms)西南大学电子信息工程学院41异步串行通信的数据格式：有空闲位无空闲位西南大学电子信息工程学院42异步串行通信的传送方式：西南大学电子信息工程学院43⑵串行同步通信以数据块为传送单位，在数据块的开始处用1-2个同步字符表示数据块传送开始。数据块信息以连续方式传送，每个发送时钟周期发送一位数据，故要求收、发双方必须严格保持同步。同步传送有多种格式：单同步格式双同步格式同步数据链路控制规程SDLC高级数据链路控制规程HDLC外同步格式西南大学电子信息工程学院44实际应用中：当距离较近时，用同步时钟线实现同步当距离较远时，通过解调器从数据流中提取同步信号西南大学电子信息工程学院45⑶数据传送方式在串行通信中，数据通信线上的传送方式有3种：①单工方式②半双工方式③全双工方式西南大学电子信息工程学院46在主-从计算机系统中，常采用主从式多终端通信方式。多终端半双工通信方式多终端全双工通信方式西南大学电子信息工程学院47⑷信号的调制与解调为了利用电话信道进行远距离通信，必须在发送端把数字信号转换成模拟信号（调制），在接收端再把模拟信号转换成数字信号（解调）。例如：西南大学电子信息工程学院48①三种调制方式调幅调频调相

在数字通信中将：调幅称为幅移键控（ASK），不常用；调频称为频移键控（FSK），适用于低速率传输(<1200波特)；调相称为相移键控（PSK），适用于更高的数据传输速率。例如：二进制1二进制0PSK信号101西南大学电子信息工程学院49②频移键控（FSK）法的实现原理在实际的通信系统中，为了减少系统软件、硬件故障和外界干扰等因素造成数据传送的差错，还加入了支持检错、纠错编码的相关电路。西南大学电子信息工程学院50⑸通用异步接收器/发送器（UART）①硬件UART的逻辑结构西南大学电子信息工程学院51②收发两端的奇偶校验电路接收端发送端西南大学电子信息工程学院52③波特率因子在异步通信中，每位信息所占时间为Td,外部时钟周期为Tc,则:Tc=Td/KK=16，32，64叫波特率因子若K=16，则外部时钟与接收数据的起始位同步时序为：西南大学电子信息工程学院53接收端正好在数据位时间的中间时刻采样，避免了信号上升或下降时的不稳定造成错误。西南大学电子信息工程学院54⒉串行接口标准⑴串行通信接口标准RS-232C

RS-232C是美国电气工业协会（ElectronicIndustryAssociation）在1969年公布的“使用二进制进行交换的数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口”。RS–232C

第三次修改版（版本号）识别代号（标识符）推荐标准（RecommendedStandard）西南大学电子信息工程学院55①RS-232C的主要应用近距离通信计算机/数据终端RS-232C通信电缆＜15米RS-232C计算机/数据终端

远距离通信计算机/数据终端RS-232CMODEM电话线/互连网MODEMRS-232C计算机/数据终端DTEDTEDCEDCE西南大学电子信息工程学院56②RS-232C定义的标准连接器DB-25连接器西南大学电子信息工程学院57③RS-232C定义的DB-25引脚信号西南大学电子信息工程学院58主信道：传送数据的应答线和数据收/发线。（表中有“”号者）辅信道：在连接的两设备之间传送一些辅助控制信号。速率比主信道低很多，很少用。西南大学电子信息工程学院59④RS-232C的主要特性MARK（传号）：-3V—-15V（逻辑1，对应OFF状态）SPACE（空号）：+3V—+15V（逻辑0，对应ON状态）最大通信距离：＜15米最大传输速率：＜20kbps发送端（TXD）：内阻约几百Ω

负载开路时输出电压不超过±25V接收端（RXD）：耐压不小于±25V输入阻抗大于3KΩ输入端短路时不损坏器件西南大学电子信息工程学院60⑤RS-232C在PC机中的引脚定义引脚功能DB-9插座引脚DB-25插座引脚数据载波检测DCD（in）18数据接收RSD（in）23数据传输TXD（out）32数据终端准备DTR（out）420信号地SGND57数据发送准备DSR（in）66发送请求RTS（out）74清除发送CTS（in）85响铃检测RI（in）922西南大学电子信息工程学院61⑥PC机上RS-232C的典型应用计算机与外部设备的连接A计算机与调制解调器的连接（DTE-DCE）（DTE-DTE）可实现全双工应答方式通信。西南大学电子信息工程学院62计算机与外部设备的连接B计算机与外部设备的连接C（DTE-DCE）（DTE-DCE）当通信双方始终在就绪状态时，可进行全双工通信。西南大学电子信息工程学院63计算机中RS-232C的几种典型应用西南大学电子信息工程学院64⑦RS-232C收/发器MC1488将TTL电平转换成RS-232C电平。MC1489将RS-232C电平转换成TTL电平。西南大学电子信息工程学院65RS-232C收/发器的应用西南大学电子信息工程学院66采用光电隔离和电流检测技术的FC232长线收发器，将电压信号转换为二线平衡的电流信号在线路中差分传送。提高了系统抗干扰能力，通信距离可达10Km。

用于PC机中的PE-514A通信转发器，用FC232将1个串行口扩展为4个串行口西南大学电子信息工程学院67⑵RS-422A、RS-423A和RS-485接口标准因RS-232C存在数据传输率低（<20kbit/s），传输距离近（<15m），易产生串扰等缺点，EIA又提出了RS422/423两个新标准。①RS-422A标准采用平衡接口电路，串扰显著减少。最大传输率：10Mbit/s（距离<15米）传输距离：1200m（90kbit/s）收发器数目：1个发送器，1-10个接收器西南大学电子信息工程学院68②RS-423A标准

采用非平衡接口电路，减少了信号串扰，电气接口特性与RS-232C兼容。最大传输率：300kbit/s（距离<10米）传输距离：90m（100kbit/s）1200m（1kbit/s）收发器数目：1个单端发送器，多个双端接收器西南大学电子信息工程学院69③RS-485标准与RS-422A兼容，允许电路中有多个发送器，能实现多点对多点的通信。传输率：10Mbit/s(距离<15米）传输距离：1200m（100kbit/s）收发器数目：32个发送器/接收器对西南大学电子信息工程学院70⑶电流环接口标准用20/60mA的电流的“通”与“不通”表示逻辑“1”与“0”。传输率：≤9600bit/s

传输距离：500-1000m

西南大学电子信息工程学院71IBMPC/XT异步通信适配器的RS-232C和20mA电流环接口西南大学电子信息工程学院72一种带光电隔离器的20mA电流环接口电路西南大学电子信息工程学院73⒊可编程串行通信接口Intel8251A⑴8251A的内部结构⑵8251A引脚排列⑶主要性能见教材P426西南大学电子信息工程学院74⑷8251A的读写操作⑸8251A与CPU及外设的连接西南大学电子信息工程学院75⑹8251A的控制寄存器

8251A有两组内部寄存器:工作方式字、控制命令字和状态字寄存器起控制作用;输入/输出寄存器负责数据传送。①工作方式字西南大学电子信息工程学院76②控制命令字③状态字西南大学电子信息工程学院77⑺8251的初始化流程例1：异步方式的初始化设8251的控制口地址：301H数据口地址：300H工作在异步方式，波特率因子为64，8位数据，偶校验，1位停止位，允许收/发，查询方式通信。①确定方式字01

11

11

11偶校验8位数据异步×641个停止位西南大学电子信息工程学院78②确定控制命令字00010101

③初始化程序段 MOVDX,301H MOVAL，7FH OUTDX，AL MOVAL，15H OUTDX，ALWAIT:INAL,DXANDAL,02HJZWAITDECDXINAL,DX

…PE、CE、FE复位允许接收允许发送西南大学电子信息工程学院79例2:同步方式下的初始化设8251工作在同步方式，2个同步字符（18H），内同步，偶校验，7个数据位,控制口地址204H，数据口地址200H。①确定方式字

00

11

10

00内同步偶校验7位数据位同步方式②确定控制命令字10010111插入同步字符出错复位允许接收使DTR=0允许发送西南大学电子信息工程学院80③初始化程序MOVDX,204HMOVAL，38H ；方式字OUTDX