微机原理与接口技术第7章

第7章微型计算机与外设间的数据传递本章内容提要7.1CPU与外设数据传递方式概览7.28259A中断控制器7.38237ADMA控制器2020/2/263I/O：Input/Output，输入/输出接口DMA：DirectMemoryAccess，直接存储器存取方式I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路2020/2/264为什么要有I/O接口（电路）？微机的外部设备多种多样工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大它们不能与CPU直接相连,必须经过中间电路再与系统相连这部分电路被称为I/O接口电路2020/2/265接口电路的内部结构CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部：⑴数据寄存器保存外设给CPU和CPU发往外设的数据⑵状态寄存器保存外设或接口电路的状态⑶控制寄存器保存CPU给外设或接口电路的命令2020/2/266接口电路的外部特性主要体现在引脚上，分成两侧信号面向CPU一侧的信号：用于与CPU连接主要是数据、地址和控制信号面向外设一侧的信号：用于与外设连接提供的信号五花八门功能定义、时序及有效电平等差异较大7.1CPU与外设数据传递方式概览7.1.1程序控制数据传送方式1．无条件数据传送2．查询式数据传送流程图输入接口电路输出接口电路【例7-1】假设接口的数据输入端口地址为40H，数据输出端口地址为42H，状态端口地址为44H。（1）假定状态寄存器中第1位为输入状态标志，为1时表示输入缓冲器中已经有1个字节准备好，可以进行输入；为0时表示输入缓冲器处于忙状态。（2）假定状态寄存器中第0位为输出状态标志，为1时表示输出缓冲器为空，CPU可以向外设输出数据。编写程序，要求：实现从输入设备输入一串数据到内存缓冲区，再将内存缓冲区中数据送到输出端口输出，串长度为100。MOVDI,OFFSETBUFFERMOVCX,100;设置循环次数CLDDATA_IN:INAL,44H;读入状态信息TESTAL,02H;检测标志位寄存器第1位是否为1JZDATA_IN;标志位为0，则数据未准备好，继续读入状态信息INAL,40H;数据准备好，可以从输入端口读入数据ANDAL,7FH;将数据存入缓冲区，数据位宽为7位STOSBLOOPDATA_INMOVCX,100DATA_OUT:INAL,44H;读入状态信息TESTAL,01H;检测标志位寄存器第0位是否为1JZDATA_OUT;标志位为0，则设备忙，继续读状态信息LODSB;设备空闲，从数据输出端口输出数据OUT42H,ALLOOPDATA_OUT……具体程序如下：7.1.2中断数据传送方式1．中断相关概念中断：中断源分类：外部中断和内部中断外部中断分为：非屏蔽中断和可屏蔽中断2．中断处理过程中断请求：中断源发出中断优先级判优：按中断优先级排队中断响应：内部中断或非屏蔽中断可屏蔽中断且IF＝1中断响应周期：断电保护、获得中断服务程序的入口地址中断处理：现场保护、执行中断服务程序中断返回：恢复现场7.1.3直接存储器存取（DMA）方式7.28259A中断控制器7.2.18259A的引脚及功能D7~D0：双向数据线CAS2~CAS0：级联控制信号INT：中断请求输出信号IR7~IR0：中断请求输入端A0：内部寄存器选择信号CS：片选信号WR：写信号RD：读信号SP/EN：INTA：中断响应信号7.2.28259A的内部结构7.2.38259A的中断响应过程①当某中断请求IRi有效时，中断请求寄存器IRR的相应位置1；②IRR中的某中断请求IRi进入中断服务寄存器ISR中的对应位，若IMR中的相应位为0，则该中断请求信号送入优先级分析器PR，在8259A的INT端输出高电平，向CPU发出中断请求；③CPU进入中断响应周期，发出两个中断响应信号INTA。8259A接收到第一个INTA后，将ISR中具有最高优先级的中断请求的相应位置1，IRR中的对应位清0；④8259A接收到第二个INTA后，将相应的中断类型号送到数据总线上；⑤中断响应周期结束后，发出中断结束命令，使相应的ISR复位。7.2.48259A的初始化编程1．初始化命令字ICW1：D7~D5：无意义D4：特征标志位D3(LTIM)：设置中断请求输入端IRi的触发方式D2(ADI)：设置调用地址间隔D1(SNGL)：指示单片还是多片级联D0(IC4)：指示是否需要初始化ICW4ICW2：D7(T7)~D3(T3)：中断类型号的高5位D2(ID2)~D0(ID0)：中断类型号的低3位ICW3：主片D7~D0：分别与IR7~IR0对应从片D7~D3：未用D2(ID2)~D0(ID0)：指示从片接到主片的哪个IRICW4：D7~D5：未用D4(SFNM)：设置嵌套方式D3(BUF)：设置缓冲方式D2(M/S)：设置在缓冲方式下本片是主片还是从片D1(AEOI)：设置中断结束方式D0(μPM)：设置CPU模式2．操作命令字OCW1：D7(M7)~D0(M0)：分别与IR7~IR0对应OCW2：D7(R)：设置中断优先级方式D6(SL)：控制L2~L0是否有效D5(EOI)：设置中断结束方式D4和D3：OCW2的标志位D2(L2)~D0(L0)：中断源编码D7~D5组合的命令编码OCW3：D7：设置中断优先级方式D6(ESMM)和D5(SMM)：设置特殊屏蔽方式D4和D3：标志位D2(P)：设置查询方式D1(RR)和D0(RIS)：设置读IRR或ISR命令【例7-2】某微机系统使用单片8259A管理中断，接口地址为20H和21H，中断为上升沿触发，与IR0~IR3对应的中断类型号为08H~0BH，IR4~IR7不使用。根据要求编写8259A的初始化程序。MOVDX，20HMOVAL，12H;上升沿触发，单片不写ICW4，ICW1＝00010010＝12HOUTDX，AL;A0＝0，写ICW1MOVDX，21HMOVAL，08H;设置中断类型号08HOUTDX，AL;A0＝1，写ICW2MOVAL，0F0H;屏蔽IR4~IR7，OCW1＝11110000＝0F0HOUTDX，AL;写OCW17.2.58259A的连接8259A的级联8259A的访问控制实训7-18259A的应用设系统分配给8259A的端口地址是20H和21H，中断类型号为40H，中断请求信号以跳变方式由IR2引入。当CPU响应IR2请求时，输出字符串“A8259AINTERRUPT！”。中断10次后程序退出。DSEGSEGMENTMESSDB'A8259AINTERRUPT!',0AH,0DH,'$'COUNTDB10;计数值为10DSEGENDSSSEGSEGMENTSTACKSTADB100HDUP(?)TOPEQULENGTHSTASSEGENDSCSEGSEGMENTASSUMECS:CSEG,DS:DSEG,SS:SSEGSTART:CLIMOVAX,DSEGMOVDS,AXMOVAX,SSEGMOVSS,AXMOVSP,TOP中断处理程序如下：;8259A初始化MOVAL,13HOUT20H,AL;写ICW1，单片，边沿触发MOVAL,40HOUT21H,AL;写ICW2，中断类型号40HMOVAL,01HOUT21H,AL;写ICW4，非自动结束MOVAX,SEGINT-P;设置中断向量MOVDS,AX;中断服务子程序入口段基址送DSMOVDX,OFFSETINT-P;中断服务子程序入口偏移地址送DXMOVAL,42H;将IR2的中断类型号42H送入ALMOVAH,25H;25H功能调用，置中断向量INT21HINAL,21H;读IMRANDAL,0FBH;允许IR2请求中断OUT21H,AL;写中断屏蔽字OCW1WAIT:STI;开中断CMPCOUNT,0;判断10次中断是否结束JNZWAIT;未结束，等待MOVAH,4CH;结束，返回DOSINT21HINT-PPROC;中断服务子程序PUSHDS;现场保护PUSHAXPUSHDXSTI;开中断MOVDS,AXMOVDX,OFFSETMESSMOVAH,09HINT21HDECCOUNT;控制10次循环JNZNEXTINAL,21H;读IMRORAL,04H;屏蔽IR2请求OUT21H,ALNEXT:CLI;关中断MOVAL,20H;写OCW2，送中断结束命令EOIOUT20H,ALPOPDX;恢复现场POPAXPOPDSIRET;中断返回INT-PENDPCSEGENDSENDSTART7.38237ADMA控制器7.3.18237A的引脚及功能READY：准备就绪信号RESET：复位信号CLK：时钟输入信号AEN：地址允许信号ADSTB：地址选通信号IOR：双向三态I/O读控制信号IOW：双向三态I/O写控制信号MEMR：三态输出的存储器读控制信号MEMW：三态输出的存储器写控制信号DREQ0~DREQ3：DMA请求信号DACK0~DACK3：DMA响应信号HRQ：保持请求信号HLDA：保持响应信号DB0~DB7：双向三态数据总线A3~A0：双向三态地址线A7~A4：三态地址输出线CS：片选信号EOP：过程结束信号7.3.28237A的内部功能结构控制寄存器：状态寄存器：暂存寄存器：8位，暂时存放要传送的输出基地址寄存器：16位，存放相应通道地址寄存器的初始值地址寄存器：16位，存放DMA传送期间的当前地址基字节数寄存器：16位，存放相应通道字节数寄存器的初始值字节数寄存器：16位，存放当前字节数方式寄存器：请求寄存器：屏蔽寄存器：内部寄存器地址7.3.38237A的工作方式单字节传送方式块传送方式请求传送方式级联传送方式实训7-28237A在PC/XT系统中的应用在IBMPC/XT系统中，8237A的4个独立的DMA通道分别指定给一个专门的外部设备。通道0用于动态RAM刷新；通道2用于实现软盘驱动器和内存之间的数据传输，其工作方式包括数据的写入、读出和校验等，故这个通道被设置成字节传送、读写方式、不能自动初始化；通道3用于实现硬盘驱动器和内存之间的数据传输；通道1为用户保留，用于提供其他传输功能，如网络通信功能。系统中采用固定优先级，其中，动态RAM刷新操作的优先级最高，硬盘与内存之间的数据传送操作的优先级最低。8237A的端口地址为：0000~000FH，系统为页面寄存器分配的I/O端口地址为：通道1为83H，通道2为81H，通道3为82H。系统BIOS对8237A初始化程序和测试程序为：MOVAL,04MOVDX,DMA+8;DMA+8为控制寄存器的端口号OUTDX,AL;输出控制命令，关闭8237AMOVAL,00MOVDX,DMA+0DH;DMA+0DH是复位命令端口号OUTDX,AL;发复位命令，清除先/后触发器MOVDX,DMA;DMA是通道0的地址寄存器端口号MOVCX,0004WRITE:MOVAL,0FFHOUTDX,AL;写入地址低位OUTDX,AL;写入地址高位，此时16位地址为FFFFHINCDXINCDX;指向下一个通道LOOPWRITE;使4个通道的地址寄存器中均为FFFFHMOVDX,DMA+0BH;DMA+0B为方式寄存器的端口MOVAL,58H;对通道0进行方式选择，单字节读传送OUTDX,AL;地址加1变化，设置自动初始化功能MOVAL,41H;对通道1设置方式，单字节校验传输OUTDX,AL;地址加1变化，无自动初始化功能MOVAL,42HOUTDX,AL;对通道2设置方式，同通道1MOVAL,43HOUTDX,AL;对通道3设置方式，同通道1MOVDX,DMA+8;DMA+8是控制寄存器的端口号MOVAL,0;对8237A设置控制命令，DACK有效OUTDX,AL;DREQ有效，固定优先级，启动工作MOVD