微机原理与接口 耿恒山 第7章.DMA控制器

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1、第7章DMA控制器7.1DMA基本概念7.2DMA占用总线方式7.3DMA控制器8237A7.48237A在PC上的应用7.5DMA读传送实例7.1DMA基本概念DMA的意思是“直接存储器存取”，意指不通过CPU、直接对存储器进行访问，它由专门的硬件装置DMA控制器（DMAC）来完成。除了事先要用指令设置DMAC外，传送是应外设请求、在硬件控制下完成的。所以，它具有极高的传送速率。DMAC对存储器的访问与CPU类似，一般利用系统总线来进行。以读存储器为例，其过程是：DMAC一面向存储器送存储单元地址和读控制信号（），同时又向外设端口送写控制信号（），数据在硬件信号的控制下通过总线由源直接送达目

2、的地。为了支持数据块的传送，DMAC还具有修改地址指针、统计传送次数、判断传送是否结束等多项自动功能。所以，使用DMA方法，可支持外设→存储器、存储器→外设的高速直接传送；变通后，也可支持存储器→存储器、外设→外设的高速直接传送。7.2DMA占用总线方式1．CPU暂时放弃总线控制权方式此类DMA操作，CPU必须暂停任何总线操作，并让出对总线的控制权、直至DMA传送结束或完成一个总线操作周期之后，CPU才能继续控制总线。实现这种方式的方法是DMAC向CPU发出总线请求信号，CPU在完成当前的总线周期操作之后，释放对总线的控制（有关的引脚信号处于高阻状态）并发出总线响应信号。这类DMA又可分为两种

3、情况：周期挪用和数据块传送。如果DMAC控制总线的时间为一个总线周期，则称为周期挪用。对于这种操作方式，每次DMA操作仅传送一个字节（或字）数据。然后DMAC释放对总线的控制；若DMAC控制总线的时间超过一个总线周期，用来完成一组数据（即数据块）的传送，在该组数据传送期间，DMAC一直控制着总线，这种操作方式称为数据块传送。下面以图7-1为例说明这种DMA操作方式的工作过程。假定8086CPU工作于最小模式，且是将存储器中的数据传送给外部设备。在DMA操作之前，DMAC作为系统的一个接口部件，接受CPU送来的操作命令，也即对DMAC的初始化，以规定传输类型（存储器和外设之间）、操作方式（单字节

4、传送）、传送方向、内存的首地址、传送的字节数等。在完成初化编程之后，DMAC就准备好进行DMA操作，传送一个字节数据的过程如下（在图7-1中以圆圈内的序号表示）。图7-1DMA操作过程示意图（1）外设已作好接收数据准备，向DMAC发出请求信号DRQ。（2）DMAC向CPU发出DMA操作请求HRQ，该请求信号送到CPU的HOLD信号引脚。（3）CPU在完成当前的总线周期操作之后（若总线处于空闲状态，则立即做出响应），使数据总线、地址总线及部分控制信号处于三态，并向DMAC发出响应信号HLDA，指示DMAC可以使用总线。（4）DMAC将地址（A19～A0）放入地址总线，该地址用来寻址内存储单元。（

5、5）DMAC向I/O接口发出响应信号DACK，该信号可作为接口接受数据的控制条件，有效时，表示允许接口接受数据；（6）DMAC向存储器发出读控制信号，在该信号的控制下，由A19～A0指定的单元的内容送入数据总线。（7）DMAC向接口发出写控制信号，在该信号及DACK信号的共同作用下，将数据总线上的内容储存到接口中的数据寄存器，并通过接口将数据传送给外设，至此完成了数据传送。（8）DMAC撤销对CPU的请求信号。（9）CPU撤销保持响应信号并恢复对总线的控制。如果数据未传送完，则又从第二步开始重复所述过程。2．暂停CPU时钟脉冲方式这种方式也就是强迫CPU立即停止工作的方式。在进入DMA操作时，

6、把CPU的时钟“暂停”，就能达到停止CPU操作的目的。这种方式的原理如图7-2所示，CPU的时钟脉冲由系统主时钟脉冲通过与门来提供，与门由PAS信号控制。当PAS=1时，向CPU提供时钟脉冲，CPU操作得以进行；当PAS=0时，暂停时钟，CPU便处于“休眠”状态，此时可进行DMA操作。图7-2暂停CPU时钟脉冲方式示意图fSystemPASfSystemPASfCPUfCPU&3．窃取CPU空闲时间方式上述两种DMA总线占用方式共同的特点是，进行DMA操作时均使CPU的正常工作暂时停止。其优点是简单，可以不受限制地传送任意长度的数据块，但会浪费CPU资源。为了充分利用CPU资源，可以采用只有当

7、CPU不使用总线时才进行DMA操作的方法，这样CPU不会因DMA传送而浪费时间。但这种DMA操作只能安排在CPU执行内部操作当中例如取完指令操作码后，CPU要进行指令译码或CPU内部要进行算术/逻辑运算时，CPU均不使用总线，这时DMAC可以接管总线。MC6800CPU有专门的信号用来指示总线是否正在被使用，这就给安排DMA操作带来了很大便利。4．周期扩展方式周期扩展方式是采用专门的时钟发生电路加