微机原理13输入输出接口CH7-0.ppt
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1、7.1概述概述7.2CPU与外设数据传送的与外设数据传送的方式方式7.3可编程计数器可编程计数器/定时器定时器82537.4串行通讯和串行接口串行通讯和串行接口7.5 并行接口并行接口7.6 DMA控制器控制器82377.7 D/A和和A/D转换技术转换技术第七章第七章 输入输入/输出接口输出接口7.6 DMA控制器控制器82371.概述概述2.8237的引脚功能的引脚功能3.8237的编程结构的编程结构4.8237对内存和对内存和I/O的寻址的寻址F概述概述DMA=Direct Memory Access,直接存储器存取直接存储器存取CPU内存内存外设外设数据通道数据通道数据通道数据通道非非
2、DMA方式方式(包括程序控制方式和中断方式包括程序控制方式和中断方式)DMAC内存内存外设外设数据通道数据通道DMA方式方式F概述概述DMAC具有独立的控制三大总线来访问存储器和具有独立的控制三大总线来访问存储器和I/O端端口的能力,它能像口的能力,它能像CPU一样提供数据传送所需的地址一样提供数据传送所需的地址信息和读写控制信息信息和读写控制信息DMAC和和CPU都挂在系统总线上,当进入都挂在系统总线上,当进入DMA方式时,方式时,DMAC成为总线主控。成为总线主控。在总线上,可以控制其他部件的部件称为总线主控或在总线上,可以控制其他部件的部件称为总线主控或主控主控(bus master),
3、被控部件称为被控部件称为从控从控(slave)。任意任意时刻,总线上只有一个主控。时刻,总线上只有一个主控。F概述概述DMA操作之前,应先对操作之前,应先对DMAC编程,把要传送的数据编程,把要传送的数据块长度、数据块在存储器中的起始地址,数据传送方向块长度、数据块在存储器中的起始地址,数据传送方向等信息发送给等信息发送给DMACDMA操作过程包括三个阶段:操作过程包括三个阶段:DMA请求请求DMA响应和数据传送响应和数据传送传送结束传送结束当外设要求以当外设要求以DMA方式为它服务时,发方式为它服务时,发DMA请求信请求信号号DREQ到到DMACDMAC检查该信号是否被屏蔽及其优先权,如确认
4、该检查该信号是否被屏蔽及其优先权,如确认该信号有效则向信号有效则向CPU发送总线请求信号发送总线请求信号HRQ(连到连到CPU的的HOLD)DMA请求阶段请求阶段CPUDMACHRQ外设外设DREQ地址总线地址总线数据总线数据总线存储器存储器F概述概述每个总线周期结束时每个总线周期结束时CPU检测检测HOLD,如为高电平,则响应如为高电平,则响应HOLD请求进入保持态,使三态总线请求进入保持态,使三态总线CPU侧呈高阻状态,并以总侧呈高阻状态,并以总线保持响应信号线保持响应信号HLDA通知通知DMACDMAC接管总线,并以接管总线,并以DACK信号信号通知外设,使之成为通知外设,使之成为DMA
5、传传送时被选中的设备,同时送时被选中的设备,同时DMAC给出内存地址以及给出内存地址以及I/O读写和存读写和存储器读写控制信号,在储器读写控制信号,在外设和存储器之间完成数据传送外设和存储器之间完成数据传送DMA响应和数据传送阶段响应和数据传送阶段CPUDMACHLDA外设外设DACK存储器存储器地址总线地址总线数据总线数据总线IOR/IOWMEMR/MEMWF概述概述传送结束阶段传送结束阶段传送完成后,传送完成后,DMAC放弃总线,撤消总线请求放弃总线,撤消总线请求(HRQ为为低低),CPU检测到检测到HRQ(HOLD)为低后,撤消为低后,撤消HLDA,CPU重新获得总线控制权重新获得总线控
6、制权CPUDMACHRQ外设外设EOP地址总线地址总线数据总线数据总线存储器存储器F概述概述F概述概述PC系列微机使用系列微机使用可编程可编程DMA控制器控制器 8237A(简称简称8237)实现实现DMA功能功能8237有四个通道,每个通道都有独立的与相应外设接有四个通道,每个通道都有独立的与相应外设接口相联系的信号,四个通道共享与口相联系的信号,四个通道共享与CPU相连的控制信相连的控制信号、地址信号、数据信号号、地址信号、数据信号PC/AT以上的微机使用两片以上的微机使用两片8237,Pentium微机系统中微机系统中没有独立的没有独立的8237芯片,其功能集成在芯片组中芯片,其功能集成
7、在芯片组中F8237的引脚功能的引脚功能F8237的引脚功能的引脚功能请求请求/应答信号应答信号外设接口电路向外设接口电路向8237的请求信号:的请求信号:DREQ3DREQ08237对外设接口电路的应答信号:对外设接口电路的应答信号:DACK3DACK08237向向CPU申请总线的信号:申请总线的信号:HRQ(连至连至CPU的的HOLD)CPU向向8237传送的允许使用总线信号:传送的允许使用总线信号:HLDAF8237的引脚功能的引脚功能地址信号地址信号 :CPU初始化初始化8237或读或读8237状态时所需的片选信号状态时所需的片选信号A7A0(输出):输出):8237访问存储器的地址信
8、号的低访问存储器的地址信号的低8位。位。A3A0(输入):输入):CPU初始化初始化8237或读或读8237状态时,状态时,用于寻址用于寻址8237内部寄存器内部寄存器F8237的引脚功能的引脚功能数据信号数据信号(双向双向):DB7DB0CPU为主控时,可以通过为主控时,可以通过I/O读命令查询读命令查询8237的状的状态寄存器的内容,或通过态寄存器的内容,或通过I/O写写命令对命令对8237的内部的内部寄存器进行编程,数据传送通过寄存器进行编程,数据传送通过DB7DB08237为主控时,为主控时,DB7DB0输出要访问的内存地址输出要访问的内存地址的高的高8位,并通过位,并通过ADSTB锁
9、存到外部地址锁存器中,锁存到外部地址锁存器中,和和A7A0输出的低输出的低8位地址一起构成位地址一起构成16位地址位地址F8237的引脚功能的引脚功能地址允许信号地址允许信号:AEN8237作为主控时(作为主控时(8237控制总线),输出控制总线),输出AEN=1。8237作为从控时(作为从控时(CPU控制总线),输出控制总线),输出AEN=0。DMA传输结束信号传输结束信号:(双向)(双向)当当DMAC内部任一通道传输结束,内部任一通道传输结束,8237发出发出若由外部给若由外部给DMAC送入有效的送入有效的 ,则强制,则强制DMAC内部内部所有通道结束传输。所有通道结束传输。F8237的引
10、脚功能的引脚功能MEMR/MEMW:8237发出的存储器读发出的存储器读/写信号写信号IOR/IOW:8237作为主控时,输出的作为主控时,输出的I/O读读/写信号。写信号。8237作为从控时,作为从控时,CPU发出的发出的I/O读读/写信号,用于写信号,用于读读/写写8237F8237的引脚功能的引脚功能ADSTB:地址选通信号地址选通信号用于启动地址锁存器用于启动地址锁存器READY:存储器或存储器或I/O的就绪信号的就绪信号F8237的编程结构的编程结构F8237的编程结构的编程结构控制寄存器控制寄存器8位,位,4个通道共用,用于设定个通道共用,用于设定8237的信号形式、工作的信号形式
11、、工作时序、传输方向。时序、传输方向。端口地址端口地址08H信号形式:信号形式:DREQ/DACK信号的有效形式。信号的有效形式。工作时序:普通时序(工作时序:普通时序(3个时钟周期完成一次传输)个时钟周期完成一次传输)压缩时序(压缩时序(2个时钟周期完成一次传输)个时钟周期完成一次传输)传输方向:内存传输方向:内存 I/O(常用)常用)I/O内存(常用)内存(常用)内存内存内存(内存(PC系列机未用)系列机未用)F8237的编程结构的编程结构D7:0=DACK低电平有效;低电平有效;1=DACK高电平有效高电平有效 D6:0=DREQ高电平有效;高电平有效;1=DREQ低电平有效低电平有效D
12、5:1=扩展写信号,扩展写信号,IOW/MEMW比正常时序提前一个周期;比正常时序提前一个周期;0=不扩展写信号不扩展写信号D4:0=固定优先级,通道固定优先级,通道0优先级最高,通道优先级最高,通道3优先级最低;优先级最低;1=循环优先级循环优先级D3:0=正常时序正常时序 1=压缩时序压缩时序D2:0=启动启动(指允许指允许)8237工作工作;1=停止停止(指禁止指禁止)8237工作工作D1:内存到内存传输时,内存到内存传输时,D1=1使源地址保持不变使源地址保持不变D0:0=内存内存 I/O间的传输;间的传输;1=内存内存内存间的传输内存间的传输控制寄存器控制寄存器F8237的编程结构的
13、编程结构PC系列微型机中,系列微型机中,BIOS初始化时将控制寄存器设为初始化时将控制寄存器设为00H禁止内存禁止内存内存的传送,内存的传送,允许读允许读/写操作,写操作,使用正常时序使用正常时序固定优先级固定优先级不扩展写信号不扩展写信号DREQ高电平有效高电平有效DACK高电平有效高电平有效F8237的编程结构的编程结构状态寄存器状态寄存器8位,位,4个通道共用,与控制寄存器共用一个端口地址个通道共用,与控制寄存器共用一个端口地址端口地址端口地址08H记录每个通道是否有请求、传输是否结束记录每个通道是否有请求、传输是否结束D3D0:分别对应通道分别对应通道30,指出,指出4个通道的个通道的
14、DMA传传 送是否结束,结束为送是否结束,结束为1D7D4:分别对应通道分别对应通道30,表示,表示4个通道是否有个通道是否有 DMA请求,有请求,有DMA请求为请求为1暂存寄存器暂存寄存器8位位,端口地址端口地址0DH在内存在内存内存传输时,暂存数据。内存传输时,暂存数据。注意:注意:内存内存 I/O传输时,数据不进入传输时,数据不进入8237内部,内部,只存在于数据总线上只存在于数据总线上F8237的编程结构的编程结构F8237的编程结构的编程结构模式寄存器模式寄存器8位,设定位,设定DMA的传输模式,的传输模式,4个通道的模式寄存器个通道的模式寄存器共用一个端口地址,共用一个端口地址,端
15、口地址端口地址0BH传输模式:传输模式:单字节传输模式单字节传输模式数据块传输模式数据块传输模式请求传输模式请求传输模式级联传输模式级联传输模式单字节传输模式单字节传输模式:每次:每次DMA操作操作只传送一字节后,接只传送一字节后,接着着8237释放总线释放总线块传输模式块传输模式:8237获得总线控制权后,连续传送多个获得总线控制权后,连续传送多个字节,每传输一个字节,当前字节计数器减字节,每传输一个字节,当前字节计数器减1,当前地,当前地址寄存器加址寄存器加1或减或减1,直到所要求的字节数传输完(当,直到所要求的字节数传输完(当前字节计数器减至前字节计数器减至0),),8237在在EOP引
16、脚上发出结束信引脚上发出结束信号,然后释放总线。在块传输过程中,若向号,然后释放总线。在块传输过程中,若向8237的的EOP引脚上输入低电平,可强行结束传输。引脚上输入低电平,可强行结束传输。模式寄存器模式寄存器F8237的编程结构的编程结构请求传输模式请求传输模式:在传输过程中,在传输过程中,8237要检测要检测DREQ信号(询问外设),信号(询问外设),当当DREQ为低时,为低时,8237暂停传输(不释放总线),当暂停传输(不释放总线),当DREQ再次有效后,继续进行传输。再次有效后,继续进行传输。级联传输模式级联传输模式:多片多片8237级联时,可以构成主从式级联时,可以构成主从式DMA
17、系统。级联的系统。级联的方式是把从片的请求线方式是把从片的请求线HRQ连至主片的连至主片的DREQ引脚,引脚,主片的主片的DACK联至从片的联至从片的HLDA引脚引脚若主若主8237的某通道(的某通道(DREQ)连接从连接从8237的的HRQ,主主8237的该通道应设置为级联传输模式,但从的该通道应设置为级联传输模式,但从8237不设不设置级联传输模式,而是设置其它三种模式之一置级联传输模式,而是设置其它三种模式之一模式寄存器模式寄存器F8237的编程结构的编程结构F8237的编程结构的编程结构D7,D6:模式选择模式选择00=请求传输模式请求传输模式 01=单字节传输模式单字节传输模式10=
18、块传输模式块传输模式 11=级联传输模式级联传输模式D5:存储器地址增减选择,存储器地址增减选择,0=地址增地址增1,1=地址减地址减1D4:自动预置功能,自动预置功能,0=禁止,禁止,1=允许允许自动预置自动预置:在当前字节计数器到达:在当前字节计数器到达0时,当前字节计时,当前字节计数器和当前地址寄存器从基本字节计数器和基地址数器和当前地址寄存器从基本字节计数器和基地址寄存器中自动获得新的初值寄存器中自动获得新的初值F8237的编程结构的编程结构D3,D2:传输类型选择传输类型选择01=写传输(写传输(I/O内存),内存),10=读传输(内存读传输(内存 I/O)00=校验传输校验传输,1
19、1=无意义无意义校验传输校验传输用来对读传输和写传输功能进行校验,它是一用来对读传输和写传输功能进行校验,它是一种虚拟传输,种虚拟传输,8237也会产生存储器地址信号,但不产生也会产生存储器地址信号,但不产生存储器读存储器读/写、写、I/O读读/写信号,校验传输一般用于器件测写信号,校验传输一般用于器件测试试D1,D0:通道选择通道选择00=通道通道0 01=通道通道110=通道通道2 11=通道通道3F8237的编程结构的编程结构基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器每个通道一个基地址寄存器,一个当前地址寄存器,每个通道一个基地址寄存器,一个当前地址寄存器,16位位,占用相
20、同的端口地址,占用相同的端口地址基地址寄存器:基地址寄存器:DMA传输的内存地址初值,在初始化传输的内存地址初值,在初始化时由时由CPU分两次写入。分两次写入。当前地址寄存器:当前地址寄存器:DMA传输过程中,内存地址的当前传输过程中,内存地址的当前值。每传输一字节,该寄存器的值增值。每传输一字节,该寄存器的值增1或减或减1。CPU可可分两次读出其值。分两次读出其值。F8237的编程结构的编程结构基本字节计数器和当前字节计数器基本字节计数器和当前字节计数器每个通道一个基本字节计数器,一个当前字节计数器,每个通道一个基本字节计数器,一个当前字节计数器,16位位,占用相同的端口地址,占用相同的端口
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- 微机 原理 13 输入输出 接口 CH7
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