直接存贮器存取技术

直接存贮器存取技术第1页，课件共43页，创作于2023年2月6.1.2DMA传送过程1.申请阶段

a.外设向DMAC发出DREQ请求; b.DMAC向CPU发HRQ请求I/ODMACCPU请求DREQ①请求HRQ②第2页，课件共43页，创作于2023年2月2.响应阶段

c.CPU向DMAC发总线保持回答信号:HLDA; d.状态:CPU让出总线,DMAC为主控者.I/ODMACCPU请求DREQ请求HRQ①②DMACK④

回答HLDA（包括总线裁决）③3.数据传送阶段

e.DMAC向外设发回答信号:DACK;4.传送结束阶段

f.DMAC脱离总线,CPU重新控制总线.第3页，课件共43页，创作于2023年2月6.1.3DMA传送方式1.DMA操作类型数据传送数据校验数据检索2.DMA操作方式单字节方式连续方式请求方式第4页，课件共43页，创作于2023年2月6.2DMA控制器6.2.1DMAC在系统中的工作状态：主动态（主控器）：接管并取得总线控制权，取代CPU而成为系统总线的主控者。被动态（受控器）：未取得总线控制时，受CPU的控制。I/ODMACRAMCPU①DREQ②HRQ③HLDA④DACKDMAR/W第5页，课件共43页，创作于2023年2月3.传送顺序I/ODMACPUI/ORAMDMA①DREQ②HRQ③HLDA④DACKR/W由被动态进入主动态

（总线仲裁）经总线裁决后认可，进入总线保持状态，CPU失去总线控制权经判优及屏蔽处理后第6页，课件共43页，创作于2023年2月二.DMA控制器8237-DMAC的特点：1.特点：（1）四个独立通道（可对4个I/O设备进行DMA服务）（2）64KB寻址与计数能力（3）数据传输率1.6MB/s（4）有级联方式和多种操作模式2.内部逻辑结构其引脚信号的功能，它们分为以下几类：（1）I/O设备的请求信号

DREQ0-3，由I/O向DMAC发出，DREQ0优先级最高。

(2）DMAC回答I/O的信号

DACK0-3，由DMAC回答I/O.第7页，课件共43页，创作于2023年2月

注意：系统允许多个DREQ信号，同时有效，即可以几个I/O同时提出申请。但同一个时间，只能有一个DACK信号有效。（3）总线请求和应答:HRQ和HLDA（4）读写控制:IOR-IOW-MEMR-MEMW;(5)地址线:A0-A7，其中A0~A3为双向地址线。

(6)双向数据线:DB0-7，既是数据线，又是16位地址线的高8位(A8~A15)。

(7)总线控制信号：CS-,READY,AEN,ADSTB,EOP-，CLK，RESET。第8页，课件共43页，创作于2023年2月第9页，课件共43页，创作于2023年2月三、8237A内部寄存器及编程（15个寄存器）1.内部寄存器：（1）通道寄存器(0,1,2,3)

读通道.当前地址寄存器(16bit)

读通道.当前字节计数器(16bit)

写通道.基地址与当前地址寄存器(16)

写通道.基字节计数器与当前字节计数器(16)（2）共用寄存器：工作方式寄存器命令寄存器状态寄存器屏蔽寄存器第10页，课件共43页，创作于2023年2月第11页，课件共43页，创作于2023年2月2.寄存器功能3种基本传送方式3种DMA传送类型2种工作时序2种优先级排队1种传送地址和字节数1种RAM-RAM之间传送(3：3：2：2：1：1）通过编程可完成。第12页，课件共43页，创作于2023年2月3.寄存器编程(1)工作方式寄存器（DMA+11）功能：用于控制DMA传送的操作方式，传送类型以及自动预置。格式：D7D6D5D4D3D2D1D0第13页，课件共43页，创作于2023年2月D7D6D5D4D3D2D1D0模式选择00：请求方式01：字节方式10：连续方式11：级联方式地址增量D5=1地址加1=0地址减100=校验01=DMA写：I/O→RAM10=DMA读：RAM→I/O11=无效类型选择通道选择00=0通道01=1通道10=2通道11=3通道自动预置

D4=1，预置

D4=0，禁止第14页，课件共43页，创作于2023年2月注意：请求方式：每传送一个字节之后，要检测（询问）DREQ是否有效，若无效，则“挂起”但不释放总线，若有效，继续传送直至字节计数器为0。

字节方式：通道启动一次，只传送一个数据，传送完就释放系统总线交还CPU，并且：当前地址寄存器+1（-1）当前字节计数器+1（-1）连续方式：启动一次可把整个数据块传送完，并且，当前字节计数器减到0，产生EOP-信号，释放总线。第15页，课件共43页，创作于2023年2月

例：PC系列软盘R/W操作选择DMA通道2，单字节传送，地址增1，不用自动预置，其R/W操作方式字为：

I/O→RAM读盘（DMA写）=01100110B(66H)RAM→I/O写盘（DMA读）=01101010B(6AH)

因此，从软盘上读一个扇区的数据存放到内存区方式字为66H，写一个扇区的数据到软盘为6AH。第16页，课件共43页，创作于2023年2月(2)基值地址寄存器（DMA+0，+2，+4，+6）16位存放DMA传送的内存首址，，在初始化时由CPU写入，传送中基值地址不变，只写不读。(3)当前地址寄存器（DMA+0，+2，+4，+6）16位存放DMA传送地程中的内存地址.初值与基值地址相同，每次传送自动加1（减1），可读可写。(4)基值字节计数器（DMA+1，+3，+5，+7）16位存放DMA传送的总字节数，在初始化时由CPU写入，传送中，基值字节计数器不变，只写不读。(5)当前字节计数器（DMA+1，+3，+5，+7）16位存放DMA传送过程中没有传送完的节数，每传送一个字节后减1，减为0时，产生EOP，表示传送完毕。第17页，课件共43页，创作于2023年2月(6)屏蔽寄存器（DMA+10，+15）用来禁止或允许通道的DMA请求。有二种格式.1）单一屏蔽寄存器（DMA+10）每次只能屏蔽一个通道.格式：D7D6D5D4D3D2D1D0未用屏蔽位=1屏蔽=0不屏蔽通道选择00=选0通道01=选1通道10=选2通道11=选3通道第18页，课件共43页，创作于2023年2月2）4位屏蔽寄存器（DMA+15）可同时屏蔽4个通道（但对由软件设定的DMA请求位不能屏蔽）格式：D7D6D5D4D3D2D1D0未用通道3通道2通道1通道0=0屏蔽=1不屏蔽第19页，课件共43页，创作于2023年2月例：开放通道2，作为响应软盘的DMA请求。①使用单一屏蔽

MOVAL，00000010BOUTDMA+10，AL

或②使用4位屏蔽

MOVAL，00001011BOUTDMA+15，AL第20页，课件共43页，创作于2023年2月(7)请求寄存器（DMA+9）

DMA请求寄存器就是用于由软件启动DMA请求，如：RAM→RAM，这种软件请求DMA传输必须是连续传输方式。格式：D7D6D5D4D3D2D1D0未用请求位1=有请求0=无请求通道选择00=0通道01=1通道10=2通道11=3通道

例若用软件请求使用通道1进行DMA传送，则请求寄存器写入05H即可。第21页，课件共43页，创作于2023年2月(8)命令寄存器（DMA+8）用来控制8237A的操作，由CPU写入，由CPU写入，由RESET清除，只写不读。格式：D7D6D5D4D3D2D1D0内存到内存传输

D1D0X0禁止

01源地址不保持

11源地址保持不变8237工作允许0：允许1：禁止0：正常时序1：压缩时序0：固定优先级1：循环优先级0：不扩展写1：扩展写0：DREQ高电平有效1：DREQ低电平有效0：DACK低电平有效1：DACK高电平有效第22页，课件共43页，创作于2023年2月(9)状态寄存器（DMA+8）功能：提供哪些通道已到终止计数、哪些通道有DMA请求等状态信息供CPU使用。格式：D7D0CH

CH2CH1CH0CH3CH2CH1通道0请求服务过程结束

有尚未处理的DMA请求，写1.已接收到终止计数信号，写1.第23页，课件共43页，创作于2023年2月(10)暂存寄存器（DMA+13）功能：用于存贮器对存贮器传送时，暂时保存从源地址读出的数据。(11)软件命令（有三条）所谓软命令就是只要对特定地址进行一次写操作，命令就生效，而与写入的具体数据无头。（1）清先/后触发器命令（2）总清除命令（3）清屏蔽寄存器命令第24页，课件共43页，创作于2023年2月6.2.5DMA控制器的工作时序

DMA的7种状态周期Si，S0，S1，S2，S3，S4及SW1.空闲周期Si1.检测DREQ请求. 2.检测CS信号.如果两者皆无,则维持Si.2.过渡状态S0

若检测到DREQ请求，DMAC即向CPU发出总线请求信号HRQ。并且，DMAC从Si状态跳入S0状态，并重复执行，直到收到HLDA信号（CPU）进入S1状态，DMAC从被动→主动态.第25页，课件共43页，创作于2023年2月3.DMA有效周期（S1~S4）①在CPU的回答信号HLDA到达后，DMAC进入有效周期开始传送数据。②

一个完整的传送周期包括S1，S2，S3和S4四个周期如果I/O速度跟不上，可在S3和S4之间插入等待周期SISIS0DREQS0S1S2S3S4HLDAI/OSWSW有效周期空闲状态过渡状态被动主动状态未就绪单字节块字节第26页，课件共43页，创作于2023年2月扩展写信号SISIS0S1S2S3S4S2S3S4SISIS0CLKDREQHRQHLDAA0~A7A8~A15有效地址有效地址AENADSTBDB0~DB7DACKIOR/MEMRIOW/MEMW图：DMA时序第27页，课件共43页，创作于2023年2月a）S1周期：更新高8位地址。AEN,A8-A15b）S2周期：①输出16位地址到RAM，（其它高8位已锁存）②向I/O发请求回答信号DACK，准备传送数据。c）S3周期：发出MEMR-或IOR-读命令，从内存或I/O准备传送数据。

d）S4周期：发IOW-或MEMR-命令。将数据写到RAM或I/O接口。发MEMR-读RAM→I/O设备（发写I/OW）或I/ORI/O→RAM（发写MEMR）在PC例中，用于动态RAM刷新的通道00通道：由S1-S44个周期：840ns其他：S1-S3，SW，S4为1.02µs第28页，课件共43页，创作于2023年2月6.3DMA系统一、DMAC有效地址的生成

有效地址：是指当DMAC取得总线控制权后，作为系统为主控制器，它如何向存储器和I/O设备发地址信号。1.如何提供存贮器的地址（1）DMAC只能提供16位地址：A0~A7（低8位）

DB0~DB7（高8位）（2）PC/XT地址总线20位：①DMAC提供16位A0~A15 ②页面地址寄存器4位，A16~A19

（3）PC/AT地总24位①DMAC提供16位②页面地址寄存器8位（PC/AT)(A16~A23)

第29页，课件共43页，创作于2023年2月二.DMAC如何提供I/O设备的地址?DMA提供DACK信号来取代I/O设备地址选择逻辑，使申请DMA传送并被认可的设备在DMA传送过程中保持为有效设备。在对I/O进行读写数据时，只要DACK-信号和RD-或WR-信号同时有效，就能完成对I/O设备端口的读/写操作。而与I/O设备的端口地址无关。第30页，课件共43页，创作于2023年2月二、PC的DMA系统1.PC/XT的DMA系统页面寄存器1#2#3#通道0#RAM刷新保留软盘硬盘片内端口00~0FHA16~A19页面端口81~82HDMAC第31页，课件共43页，创作于2023年2月地址总线20位A1~A7

由DMAC地址直线产生

A8~A15

由DMAC地址间接产生（经74LS374）

A16~A19

经页面地址（74HC670）产生最后，DMAAEN-信号全部选通20位地址，给系统地址总线，即内存地址。第32页，课件共43页，创作于2023年2月74670(612)页面地址寄存器的编码（1）写操作（初始化有效地址的高4/8/16位）地址GW-WBWA80H000写入0号寄存器81H001写入1号寄存器82H010写入2号寄存器83H011写入3号寄存器

1××（2）读操作（输出有效地址的高4/8/16位）地址GR-RBRA80H000读入0号寄存器81H001读入1号寄存器82H010读入2号寄存器83H011读入3号寄存器第33页，课件共43页，创作于2023年2月特点：①支持4个DMA通道传②0通道用于RAM刷新;③通道1保留，用于同步通信，如网卡;④软盘2＃，硬盘3＃应用注意：（1）8位数据传送（2）每次DMA传送多达64KB，可在1MB空间范围寻址（3）DMAC的端口地址00-0FH，即DMA+0--DMA+1581H软盘FDD页面地址寄存器的端口地址82H硬盘HDD83H网卡第34页，课件共43页，创作于2023年2月74LS670（612）

DMA页面寄存器

锁存器

RAM20位地址（24位）CPU读RAM写RAMD0~7S0~7A0~3A0~3DB0~7A0~7A0~7IORIOW总线控制器S0~2总线裁决机构S0~1总线请求总线应答HRQHLDA数据传送线IORIOWEOPDACK0DACK1DACK2DACK3DRQ2DRQ3DRQ1DRQ0I/O设备读I/O设备写I/O设备计数终止I/O设备0I/O设备1I/O设备2I/O设备3DMA控制器图：PC系列DMA系统逻辑框图总线信号封锁A8-15A16-23第35页，课件共43页，创作于2023年2月2.PC/AT的DMA系统由2片8237DMAC构成.支持7个DMA通道传送。页面寄存器DMAC0#DMAC1#页面寄存器端口81H保留保留软盘保留A16~A23A0~A150#1#2#3#00~00FH4#5#6#7#保留C0~DFHA1~A15HRQA17~A2389-8BH支持8位传输支持16位传输页面寄存器DMAC0#DMAC1#页面寄存器端口81H保留保留软盘保留A16~A23A0~A150#1#2#3#00~00FH4#5#6#7#保留C0~DFHA1~A15HRQA17~A2389-8BH第36页，课件共43页，创作于2023年2月说明:DMAC0：0＃，1#保留:因AT有专门的RAM刷新电路2#：软驱3＃保留:因HDD采用高速PIO传送，无须DMA支持。DMAC1：5＃-7＃均保留，16位数据传送，每次64KB，可寻址空间16MBDMAC0(从片)的HREQ与DMAC1(主片)的4号通道连接，实现双片DMAC级联。第37页，课件共43页，创作于2023年2月6.3.3DMAC的初始化编程1.初始化编程注意事项（1）先通过命令寄存器将要编程的通道屏蔽，编程完成后再允许芯片工作。（2）所有通道的方式字寄存器都要加载。（3）在上电期间，要对DMA芯片进行检测。2.初始化编程例：对PC机的DMAC进行检测方法：分别对4个通道的8个寄存器先写入全“1”，全“0”再读出比较看是否一致，不一致则出错，待机。第38页，课件共43页，创作于2023年2月例：PC机BIOS中DMA的初始化过程：

DMA DW0 ；DMA片选口地址 ：

MOV AL，04 OUT DMA+8，AL；命令字，禁止8237工作

OUT DMA+0DH，AL；总清软命令 ；先作全“1”检测再作全“0”检测

MOV AL，0FFHC16：

MOV BL，AL MOV BH，AL MOV CX，8 MOV DX，DMA第39页，课件共43页，创作于2023年2月C17：

OUT DX，AL；地址寄存器、字节寄存器写“1”/“0” OUT DX，AL IN AL，DX ；读地址寄存器、字节寄存器

MOV AH，