微机原理第十二章.ppt

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1、微机原理第十二章微机原理第十二章现在学习的是第1页，共22页字节计数器：存放字节计数器：存放DMA传输的字节数；传输的字节数；控制寄存器：存放由控制寄存器：存放由CPU设定的设定的DMA传输方式，控制命令等；传输方式，控制命令等；状态寄存器：存放状态寄存器：存放DMAC当前的状态，包括有无当前的状态，包括有无DMA请求，是否请求，是否结束等。结束等。图图12-1 12-1 DMAC的内部结构与外部连接示意图的内部结构与外部连接示意图现在学习的是第2页，共22页12.2Intel 8237A概述概述12.2.18237A的特点的特点本节本节略，内容详见课本。略，内容详见课本。12.2.28237

2、A的引脚的引脚 8237A采用采用40引脚双列直插封装（见下页图引脚双列直插封装（见下页图122）。）。8237A的引脚的引脚主要围绕其二种工作状态而设置，有一些引脚在两种状态下都有用，主要围绕其二种工作状态而设置，有一些引脚在两种状态下都有用，而有些则是专用的。而有些则是专用的。1 1与与DMADMA周期有关的引脚：周期有关的引脚：CLKCLK：时钟输入信号。：时钟输入信号。DREQ0DREQ0DREQ3DREQ3，DACK0DACK0DACK3DACK3：DMADMA请求及响应信号。请求及响应信号。HRQHRQ，HLDAHLDA：保持请求和响应信号。：保持请求和响应信号。A7A7A0A0：

3、低：低8 8位地址。其中位地址。其中A3A3A04A04位是双向地址，因为当位是双向地址，因为当CPUCPU对对8237A8237A编程时，这编程时，这4 4个地址引脚又要作为对片内寄存器寻址的输入地址用。个地址引脚又要作为对片内寄存器寻址的输入地址用。DB7DB7DB0DB0：数据总线。在：数据总线。在DMADMA周期中，作为高周期中，作为高8 8位地址信号位地址信号 （A15A15A8A8）与数据信号（）与数据信号（D7D7D0D0）的分时复用线。）的分时复用线。现在学习的是第3页，共22页 ADSTB：地址选通信号。：地址选通信号。AEN：地址使能信号。：地址使能信号。MEMRMEMR、

4、MEMWMEMW：存储器读、写控制，低电平有效，输出。：存储器读、写控制，低电平有效，输出。IQPIQP、IOWIOW：外设读、写控制。：外设读、写控制。READY：就绪输入信号。：就绪输入信号。EOPEOP：过程结束信号。：过程结束信号。图图12-2 12-2 8237A的引脚图的引脚图现在学习的是第4页，共22页2与与CPU读写有关的引脚读写有关的引脚CSCS：片选信号。：片选信号。A3A0：地址线。用来选择：地址线。用来选择8237A内部有关寄存器的地址。内部有关寄存器的地址。DB7DB0：数据线。：数据线。IORIOR、IOWIOW：外设读、写。：外设读、写。RESET：清除信号。：清

5、除信号。由上可见，引脚中由上可见，引脚中A3A0，DB7DB0以及以及IORIOR、IOWIOW是两种状态下是两种状态下都用到的信号，所以它们都是双向信号。都用到的信号，所以它们都是双向信号。12.2.38237A的内部结构的内部结构8237A内部结构如图内部结构如图123所示所示（见下页）（见下页）。12.2.48237A的寄存器的寄存器1地址和字数寄存器地址和字数寄存器 8237A的地址和字数寄存器包括基地址寄存器、基本字节数寄存的地址和字数寄存器包括基地址寄存器、基本字节数寄存器、现行地址寄存器和现剩字节数寄存器，每个通道都必须有这器、现行地址寄存器和现剩字节数寄存器，每个通道都必须有这

6、4个寄存器，所以总数达个寄存器，所以总数达16个。其中二种基本寄存器只能写入，而个。其中二种基本寄存器只能写入，而二种现行寄存器只能读。它们总是占用二种现行寄存器只能读。它们总是占用8个个I/O端口地址，具体地端口地址，具体地址如表址如表12.1所示（见课本）。所示（见课本）。现在学习的是第5页，共22页 图图12-3 8237A内部结构图内部结构图 基地址寄存器是由基地址寄存器是由CPU用程序控制写入的，表示数据块在内存用程序控制写入的，表示数据块在内存中的起始地址，这个值一旦写入，在整个传输进行过程中中的起始地址，这个值一旦写入，在整个传输进行过程中现在学习的是第6页，共22页保持不变。保

7、持不变。基本字节数寄存器中写入的是本次传输的数据块字节数，这个数基本字节数寄存器中写入的是本次传输的数据块字节数，这个数也不会随也不会随DMA传输的进行而变化。若欲传输传输的进行而变化。若欲传输N个字节，写入到基个字节，写入到基本字节数寄存器的值应为本字节数寄存器的值应为N1，即比实际要传输的字节数少，即比实际要传输的字节数少1。二个基本寄存器写入内容时，相应的现行地址寄存器也写入同样二个基本寄存器写入内容时，相应的现行地址寄存器也写入同样的内容。在的内容。在DMA传送过程中，每传送一个字节，这二个现行寄存传送过程中，每传送一个字节，这二个现行寄存器的内容就变化一次。现行地址寄存器的变化方向由

8、编程时的设置器的内容就变化一次。现行地址寄存器的变化方向由编程时的设置决定，而现剩字节数寄存器则恒作减量计数。当现剩字数寄存器由决定，而现剩字节数寄存器则恒作减量计数。当现剩字数寄存器由0减至减至FFFFH时，产生计数结束信号时，产生计数结束信号EOPEOP输出。输出。2工作方式寄存器工作方式寄存器 图图124（见下页见下页）是一个字节长的工作方式寄存器各位含义。是一个字节长的工作方式寄存器各位含义。4个方式寄存器只占用一个个方式寄存器只占用一个I/O端口地址，不管哪个通道的方式字都用端口地址，不管哪个通道的方式字都用0BH地址写入，利用方式字的最低两位地址写入，利用方式字的最低两位D1D0位

9、的编码来指定该方式位的编码来指定该方式字属于哪个通道。字属于哪个通道。现在学习的是第7页，共22页 图图12-4 工作方式寄存器工作方式寄存器工作方式寄存器各位含义如下所述：工作方式寄存器各位含义如下所述：D7D6：DMA操作方式设定。共有操作方式设定。共有4种方式，即：种方式，即：单字节方式单字节方式成组传送方式成组传送方式现在学习的是第8页，共22页请求方式请求方式级联方式：图级联方式：图125是级联的基本方法，如下：是级联的基本方法，如下：D5：控制地址变化方向。如置：控制地址变化方向。如置“1”，每传送一个字节的数据，每传送一个字节的数据，现行地址寄存器的内容减现行地址寄存器的内容减1

10、。反之，。反之，D50，地址按增量，地址按增量现在学习的是第9页，共22页方式变化。方式变化。D4：自动预置。如置：自动预置。如置“1”，将该通道设置成自动预置方式，将该通道设置成自动预置方式，即每当一次即每当一次DMA传输结束后，传输结束后，2个基本寄存器中的预置个基本寄存器中的预置 值将自动地再次写入值将自动地再次写入2个现行寄存器中。个现行寄存器中。D3D2：数据传送方向。写传输，是指数据从：数据传送方向。写传输，是指数据从I/O设备写入到设备写入到 内存中去，读传输正好相反。校验传输时内存中去，读传输正好相反。校验传输时8237A像像 DMA读或读或DMA写传输一样产生时序，产生地址信

11、号，写传输一样产生时序，产生地址信号，外设可以利用这样的时序进行校验。外设可以利用这样的时序进行校验。D1D0：通道选择。：通道选择。3控制寄存器控制寄存器 寄存器中各位的定义如图寄存器中各位的定义如图126所示（所示（见下页见下页）。）。控制寄存器各位含义如下：控制寄存器各位含义如下：D6、D7：分别控制：分别控制DREQ和和DACK有效的极性。有效的极性。D6控制控制 DREQ，D7控制控制DACK，为，为“0”时设定有效电平为时设定有效电平为 高电平，为高电平，为“1”时低电平才是有效的。一旦设定后时低电平才是有效的。一旦设定后4 个通道的规定是一样的。个通道的规定是一样的。现在学习的是

12、第10页，共22页 图图12-6 控制寄存器控制寄存器D4：选择不同的优先权。在固定优先权时，通道：选择不同的优先权。在固定优先权时，通道0优先级最高优先级最高 通道通道3优先级最低。另一种优先权是循环式，刚被服务过优先级最低。另一种优先权是循环式，刚被服务过 的通道其优先权自动降为最低，而其余各通道优先权依的通道其优先权自动降为最低，而其余各通道优先权依 次顺高一级，从而使各通道次顺高一级，从而使各通道DMA被响应的可能性相同。被响应的可能性相同。现在学习的是第11页，共22页D3和和D5两位都与两位都与8237A的定时有关，将在时序部分讨论。的定时有关，将在时序部分讨论。D2：8237A是

13、否工作的控制位。如为是否工作的控制位。如为“0”，8237A可工作，否则可工作，否则 不工作。不工作。D1：从存储器到存储器传输时，固定用通道：从存储器到存储器传输时，固定用通道0的地址寄存器存的地址寄存器存 放源地址，这时可用放源地址，这时可用D1位控制源地址变化与否。如果为位控制源地址变化与否。如果为 “1”，源地址在整个数据块传送中都有保持不变。这种方，源地址在整个数据块传送中都有保持不变。这种方 式将使一个单元的内容送到规定长度的某一内存区域中去；式将使一个单元的内容送到规定长度的某一内存区域中去；如果为如果为“0”，则通道，则通道0的地址变化。该位仅在的地址变化。该位仅在D0位为位为

14、“1”时时 才有意义，如果才有意义，如果D0位为位为“0”，即不作存储器之间的数据传，即不作存储器之间的数据传 输时，输时，D1位就没有意义了。位就没有意义了。D0：控制是否从存储器到存储器传输。若为：控制是否从存储器到存储器传输。若为1，是从存储器到，是从存储器到 存储器传输；否则不是。存储器传输；否则不是。存储器间传送的操作只能用软件启动，对请求寄存器（地址为存储器间传送的操作只能用软件启动，对请求寄存器（地址为09H）写入写入04H，就可以用软件方法启动通道，就可以用软件方法启动通道0。4DMA请求寄存器请求寄存器请求寄存器格式如图请求寄存器格式如图128所示（所示（见下页见下页）。）。

15、现在学习的是第12页，共22页 图图12-8 DMA 12-8 DMA 请求寄存器请求寄存器 DMA请求寄存器各位含义如下：请求寄存器各位含义如下：D1D0：选择通道。：选择通道。D2：请求标志，：请求标志，“D2D21”表示有请求，表示有请求，“D2D20”表示无请求。表示无请求。5屏蔽寄存器屏蔽寄存器 8237A的每个通道都配备了一个屏蔽触发器，作为屏蔽标志的每个通道都配备了一个屏蔽触发器，作为屏蔽标志位。位。DMA的屏蔽标志位是通过往屏蔽寄存器写入屏蔽字节来的屏蔽标志位是通过往屏蔽寄存器写入屏蔽字节来设置的，如图设置的，如图129所示（见下页）。所示（见下页）。现在学习的是第13页，共2

16、2页 图图12-9 屏蔽寄存器屏蔽寄存器屏蔽触发器各位含义如下：屏蔽触发器各位含义如下：D1D0：选择通道。：选择通道。D2：屏蔽位设置，：屏蔽位设置，“1”设置屏蔽位，设置屏蔽位，“0”清除屏蔽位。清除屏蔽位。此外，此外，8237A还允许使用综合屏蔽命令来设置通道的屏蔽触发还允许使用综合屏蔽命令来设置通道的屏蔽触发器，如图器，如图1210所示（所示（见下页见下页）。）。D3D0中的某位为中的某位为1，就使对应的通道设置屏蔽位。，就使对应的通道设置屏蔽位。若直接访问屏蔽寄存器（使用图若直接访问屏蔽寄存器（使用图129格式），则地址为格式），则地址为0AH。若使。若使用综合屏蔽命令字来访问屏蔽寄

17、存器（使用图用综合屏蔽命令字来访问屏蔽寄存器（使用图1210格式），则地址格式），则地址为为0FH，且一次就可以完成，且一次就可以完成4个通道的屏个通道的屏现在学习的是第14页，共22页蔽。蔽。8237A中还可使用清屏蔽寄存器命令来清除全部中还可使用清屏蔽寄存器命令来清除全部4个通道的屏个通道的屏蔽位，见后面的蔽位，见后面的“清屏蔽寄存器命令清屏蔽寄存器命令”。图图12-10 12-10 综合屏蔽命令字综合屏蔽命令字6状态寄存器状态寄存器8237A中有一个可供中有一个可供CPU读取的状态寄存器，其格式如图读取的状态寄存器，其格式如图1211所示所示（见下页见下页）。）。现在学习的是第15页，共

18、22页 图图12-11 12-11 状态寄存器状态寄存器7暂存寄存器暂存寄存器 在存储器到存储器传送方式时，暂存寄存器保存从源单元读出的在存储器到存储器传送方式时，暂存寄存器保存从源单元读出的数据，再由它写入目的单元。数据，再由它写入目的单元。12.38237A的软件命令的软件命令 8237A还设计了专用的软件命令，以实现对还设计了专用的软件命令，以实现对8237A的编程控制。软的编程控制。软件命令有三条：主清除命令，清除先件命令有三条：主清除命令，清除先/后触发器命令和清除屏蔽寄存器命后触发器命令和清除屏蔽寄存器命令。令。1主清除命令主清除命令 主清除命令与硬件的主清除命令与硬件的RESET

19、信号具有相同作用。执行这条命令后，信号具有相同作用。执行这条命令后，命令、状态、请求、暂存寄存器以及先命令、状态、请求、暂存寄存器以及先/后触发器都后触发器都现在学习的是第16页，共22页被复位，屏蔽寄存器被置位。然后，被复位，屏蔽寄存器被置位。然后，8237A处于空闲周期。处于空闲周期。主清除命令的地址是主清除命令的地址是0DH。只须对该端口执行写操作即可发出主清。只须对该端口执行写操作即可发出主清除命令，至于写入的数据，除命令，至于写入的数据，8237A并不关心，可随意设置。并不关心，可随意设置。2清除先清除先/后触发器命令后触发器命令 当先当先/后触发器为后触发器为0时，读写低位字节，为

20、时，读写低位字节，为1时则读写高位字节。时则读写高位字节。触发器在每次读写这组寄存器后都翻转一次。触发器在每次读写这组寄存器后都翻转一次。要实现先要实现先/后触发器复位可以使用清除先后触发器复位可以使用清除先/后触发器命令，该命令是后触发器命令，该命令是对对0CH地址进行一次写操作即可，而对于写入内容，同主清除命令一样，地址进行一次写操作即可，而对于写入内容，同主清除命令一样，没有任何要求。没有任何要求。另外，硬件另外，硬件RESET信号和软件主清除命令也会使先信号和软件主清除命令也会使先/后触发器复位。后触发器复位。3清屏蔽寄存器命令清屏蔽寄存器命令清屏蔽寄存器命令的地址为清屏蔽寄存器命令的

21、地址为0EH。执行这个命令将清除全部。执行这个命令将清除全部4个通个通道的屏蔽寄存器，使它们允许接收道的屏蔽寄存器，使它们允许接收DMA请求。请求。12.48237A的工作时序的工作时序现在学习的是第17页，共22页8237A有二大类操作周期，即空闲周期和有效（有二大类操作周期，即空闲周期和有效（DMA）周期。每个）周期。每个周期总是由若干个状态周期组成。每个状态周期都占一个时钟周期的周期总是由若干个状态周期组成。每个状态周期都占一个时钟周期的时间，但由于每个状态周期中它们完成的任务不相同，所以又把它们时间，但由于每个状态周期中它们完成的任务不相同，所以又把它们分别叫做分别叫做SI、S0、S1

22、、S2、S3、S4和和SW七种不同的周期。七种不同的周期。12.4.1正常正常DMA读写操作读写操作 图图1212是是8237A在在DMA传送时的时序（传送时的时序（见下页见下页）。）。S0是个等待周期，这期间是个等待周期，这期间8237A等待等待CPU让出总线，得到让出总线，得到HLDA的响应。的响应。S1状态中，状态中，8237A输出地址允许信号输出地址允许信号AEN，同时把高，同时把高8位地址位地址A15A8送到送到DB7DB0引脚上，并发出引脚上，并发出ADSTB地址选通信号。地址选通信号。S2状态中，首先向外设送出状态中，首先向外设送出DACK信号。接着，根据操作要求，发信号。接着，

23、根据操作要求，发出读信号，对出读信号，对DMA读操作读操作,就送出就送出MEMRMEMR给存储器；对给存储器；对DMA写操作就送写操作就送IORIOR给外设。给外设。S3状态中，状态中，8237A发出写命令。发出写命令。现在学习的是第18页，共22页 S3状态的后沿，状态的后沿，8237A检测检测READY信号端状态。信号端状态。S4状态中结束本次一个字节数据传送。状态中结束本次一个字节数据传送。图图12-12 8237A12-12 8237A时序图时序图现在学习的是第19页，共22页12.4.2扩展写与压缩时序扩展写与压缩时序 所谓扩展写是当所谓扩展写是当8237A输出写信号时，使其有效的时

24、间提前。正输出写信号时，使其有效的时间提前。正常在常在S3才送出的有效写控制信号，提前到才送出的有效写控制信号，提前到S2就变得有效。这可以使得就变得有效。这可以使得写入的设备有更多的写入时间。当命令寄存器的写入的设备有更多的写入时间。当命令寄存器的D51时，就选择了时，就选择了扩展写方法。扩展写方法。压缩定时是当命令寄存器压缩定时是当命令寄存器D31时采用的定时方式。在时采用的定时方式。在S1S44个周个周期中，期中，S1是为了锁存高是为了锁存高8位地址用的，而位地址用的，而S3则是一个延长周期，给读则是一个延长周期，给读写以充足的时间，在追求更高传输速度，且器件的读写速度又可写以充足的时间

25、，在追求更高传输速度，且器件的读写速度又可跟得上的情况下，就可以把跟得上的情况下，就可以把S1和和S3两个周期省去，形成了时间压缩一两个周期省去，形成了时间压缩一半的时序。压缩时序方式只能用于连续数据块传送，即高半的时序。压缩时序方式只能用于连续数据块传送，即高8位地址不变的位地址不变的数据块。数据块。12.58237A的初始化及其在的初始化及其在PC机中的应用机中的应用12.5.18237A的初始化的初始化 在进行在进行DMA操作之前，必须对操作之前，必须对8237A进行初始化编程。初始化编程进行初始化编程。初始化编程有以下内容：有以下内容：（1）关闭）关闭8237A，以保证对，以保证对82

26、37A初始化编程结束后才响应初始化编程结束后才响应 DMA操作请求。操作请求。现在学习的是第20页，共22页（2 2）发送主清除命令，即用软件方法进行复位。）发送主清除命令，即用软件方法进行复位。（3 3）输出）输出1616位地址值给相应通道的地址寄存器。位地址值给相应通道的地址寄存器。（4 4）设置传送的字节数给基字节计数器和当前字节计数器。）设置传送的字节数给基字节计数器和当前字节计数器。（5 5）输出工作方式控制字，以确定）输出工作方式控制字，以确定8237A8237A的工作方式和传输的工作方式和传输 类型。类型。（6 6）将屏蔽控制字写入屏蔽寄存器，去除屏蔽。）将屏蔽控制字写入屏蔽寄存

27、器，去除屏蔽。（7 7）启动）启动8237A8237A，并将操作方式控制字写入控制寄存器，控，并将操作方式控制字写入控制寄存器，控 制制8237A8237A工作。工作。（8 8）启动）启动DMADMA操作，可用软件方法将请求操作，可用软件方法将请求DMADMA操作控制字写操作控制字写 入请求寄存器，或用硬件方法，等待入请求寄存器，或用硬件方法，等待DREQDREQ引线端发出引线端发出 DMADMA操作申请。操作申请。(示例：参课本示例：参课本)12.5.28237A在在PC机中的应用机中的应用 PC/XT机中机中8237A的端口地址为的端口地址为0000000FH。为了能访问。为了能访问20位

28、位地址，系统提供了地址，系统提供了DMA页面寄存器页面寄存器74LS670以存入以存入4个个DMA通道的通道的高高4位地址位地址A19A16。通道。通道0、通道、通道1、通道、通道2、现在学习的是第21页，共22页通道通道3对应的页面寄存器的对应的页面寄存器的I/O端口地址分别为端口地址分别为87H、83H、81H、82H。通道通道0用于动态用于动态RAM刷新。刷新。8253的通道的通道1工作在定时方式，且每工作在定时方式，且每15uS就从就从OUT1端输出一个脉冲，这个脉冲被送到端输出一个脉冲，这个脉冲被送到8237A，作为，作为DREQ0的的DMA请求信号，即每请求信号，即每15uS进入一

29、次进入一次DMA操作。在操作。在8237A响响应这个应这个DMA请求时，输出的请求时，输出的DACK0用来产生一个有效的用来产生一个有效的RASRAS，供存，供存储器芯片刷新用。储器芯片刷新用。通道通道2用来在软盘与存储器之间进行传送控制。软磁盘中的数据用来在软盘与存储器之间进行传送控制。软磁盘中的数据有写入、读出和校验等工作方式，所以有写入、读出和校验等工作方式，所以DMA通道通道2也要适合这种可也要适合这种可能变化的工作方式。实际上这个通道被设置成单字节传送方式（因为软盘能变化的工作方式。实际上这个通道被设置成单字节传送方式（因为软盘的读写速度并不很高），读写方式，且不要自动预置。的读写速度并不很高），读写方式，且不要自动预置。现在学习的是第22页，共22页