第8章 常用可编程并行接口芯片(3)

第8章常用可编程并行接口芯片第8章常用可编程并行接口芯片1.可编程接口芯片的基本概念2.可编程并行接口芯片8255A3.可编程定时器/计数器芯片82534.DMA控制器可编程控制器1.DMA的基本概念概述DMA数据传送的基本过程2.可编程DMA控制器8237A可编程DMA控制器8237A引脚和结构8237A初始化编程8237A应用举例1、DMA的基本概念概述直接存储器存取方式，即DMA（DirectMemoryAccess）方式，存储器与I/O设备之间的数据传送在DMA控制器（又称DMAC）的管理下直接进行，而不经过CPU。这种方式大大提高了传送数据的速率，但控制电路复杂，适于大批量高速度数据传送的场合。2、DMA数据传送的基本过程DMA控制器在系统中的地位DMA控制器在系统中有两种工作状态：主动态与被动态；并处在两种不同的地位：主控器与受控器。在主动态时，DMAC取代处理器CPU，获得了对系统总线（AB、DB、CB）的控制权，成为系统总线的主控者，向存储器和外设发出各种信号，以控制在两个存储实体间的信息传送。以存储器和I/O外设之间传送数据为例，当DMA写操作时，数据由外设传到存储器，它发出和信号；DMA读操作时，数据从存储器传送到外设，它发出和信号。在被动态时，它接受CPU对它的控制和指挥。例如：在对DMAC进行初始化编程以及从DMAC读取状态时，它就如同一般I/O芯片一样，受CPU的控制，成为系统CPU的受控者。一般当DMAC加电或复位时，DMAC自动处于被动DMA状态。也就是说在进行DMA传送之前，必须由CPU处理器对DMAC编程，以确定通道的选择、数据传送模式和类型、内存首地址、地址递增还是递减以及所需要传送的字节数等参数。在DMA传送完毕后，需要读取DMAC的状态。这些时候DMA控制器是CPU的从设备。DMA工作过程(1）外设准备好数据后向DMAC发出DMA请求DREQ；(2）DMAC经过内部的判优和屏蔽处理后，向总线仲裁机构发出总线请求信号HRQ，请求占用总线。即DMAC将此请求传递到CPU的总线保持端HOLD，向CPU提出DMA请求；(3）CPU在完成当前总线周期后检测HOLD，在非总线封锁条件下，对DMA请求作出响应；一是CPU将地址总线、数据总线、控制总线置高阻，放弃对总线的控制权；二是CPU送出有效的总线响应信号HLDA加载至DMAC，告之可以使用总线；DMA数据传送的基本过程（1）(4)到有效的总线响应信号后，向外设送出DMA应答信号DACK，通知外设做好数据传送准备，同时占用总线，开始对总线实施控制；(5）DMAC送出内存地址和对内存与外设的控制信号，控制外设与内存或内存与内存之间的数据传送；(6）DMAC通过计数控制将预定的数据传送完后，一方面，向外设发出传送结束信号，另一方面，向CPU发出无效的HOLD信号，撤消CPU的DMA请求；(7）CPU收到此信号后，送出无效的HLDA，并重新开始控制总线，实现正常的总线控制操作。在DMA传送期间，HRQ信号和HLDA信号一直有效，直至DMA传送结束。DMA数据传送的基本过程（2）3.DMA传送与中断传送比较（1）(1)DMA传送比中断传送的速度快。DMA传送一个字节只占用CPU的一个总线周期；中断方式传送是由CPU通过程序来实现的，每次执行中断服务程序，CPU要保护断点，在中断服务程序中，需要保护现场和恢复现场，需要执行若干条指令才能传送一个字节。3.DMA传送与中断传送比较（2）(2)DMA响应比中断响应的速度快。中断方式在CPU的当前指令（一条指令需要执行若干个总线周期）执行完才能响应中断请求；DMA方式是在CPU当前指令的一个总线周期执行完就响应DMA请求。(3)请求方式中断请求分为外部中断(由外部硬件产生的)和内部中断(由执行指令产生的)；DMA请求也由两种方式：可以由硬件发出，也可以由软件发出。2.可编程DMA控制器8237AIntel8237A是Intel系列中高性能的可编程DMA控制器，它有4个独立的通道，每通道均有64K的寻址能力，并且还可以用级联方式扩展更多的通道。允许在外设与存储器以及存储器与存储器之间交换数据，数据传输率可达1.6Mb/S，提供多种控制方式和操作模式。在8086（88）系统中，DMAC选用的是一片可编程器件Intel8237A-5。8237A与CPU的接口电路8237A与外设的接口电路A0～A3：双向、三态。作为输入地址信号，用来选择8237A的内部寄存器。当8237A作为主控芯片用来控制总线进行DMA传送时，输出地址线的最低4位。A4～A7：三态输出。在DMA传送过程中，送出A4～A74位地址信号。DB0～DB7：双向、三态数据总线，与系统的数据总线相连。在CPU控制系统总线时，可以通过它们对8237A编程或读出8237A内部寄存器的内容。ADSTB（addressstrobe）：地址选通、输出信号，高电平有效，用来将从DB0～DB7输出的高8位地址A8～A15锁存到地址锁存器。AEN（addressenable）：地址允许、输出信号，高电平有效。在DMA传送期间，该信号有效时，禁止其它系统总线驱动器使用系统总线，同时允许地址锁存器中的高8位地址信息送上系统地址总线。HRQ（holdrequest）：保持请求信号，输出，高电平有效。在仅有一块8237A的系统中，HRQ通常接到CPU的HOLD引脚，用来向CPU请求对系统总线的控制权。如果通道的相应屏蔽位被清除（为0），也就是说DMA请求未被屏蔽，只要出现DREQ有效信号，8237A就会立即发出HRQ有效信号。在HRQ有效之后，至少等待一个时钟周期后，HLDA才会有效。HLDA（holdacknowledge）：保持响应输入信号，高电平有效。来自CPU的同意让出总线响应信号。它有效表示CPU已经让出对总线的控制权，把总线的控制权交给DMAC。DREQ0～DREQ3（DMArequest）：DMA请求（通道0～3）输入信号。有效电平，可由编程设定。复位时使它们初始化为高电平有效。这4条DMA请求线，送到各个通道的请求信号。在固定优先权时，DREQ0的优先权最高，DREQ3的优先权最低。可编程设定的。DACK0～DACK3（DMAacknowledge）：DMA响应输出信号，分别对应通道0～3。该信号是一个有效电平可编程的输出信号。复位时使它们初始化为低电平有效。8237A用这些信号来通知各自的外部设备已经被授予一个DMA周期了。/IOW：双向三态低电平有效的I/O写控制信号。CPU控制总线时，CPU用它把数据写入8237。DMA操作期间，由8237发出，作为对I/O设备写入的控制信号。/IOR：双向三态低电平有效的I/O读控制信号。除/IOR用来控制数据的读出外，其双重作用与/IOW一样。/MEMW：三态输出低电平有效的存储器写控制信号。在DMA传送期间，由该端送出有效信号，控制存储器的写操作。/MEMR：三态输出低电平有效的存储器读控制信号。含义与/MEMW类似。CLK：时钟输入，用来控制8237内部操作定时和DMA传送时的数据传送速率。/CS：片选信号，低电平有效输入信号。RESET：复位信号，高电平有效输入信号。复位有效时，将清除命令、状态、请求、暂存寄存器和先/后触发器，并清除字节指示器和置位屏蔽寄存器。复位之后，8237A处于空闲周期，它的所有控制线都处于高阻状态，并且禁止所有通道的DMA操作。复位之后必须重新对8237A初始化，它才能进入DMA操作。READY：准备好输入信号，当选存储器I/O设备速度比较慢时，可用这个异步输入信号使存储器或I/O读写周期插入等待状态，以便适应慢速内存或外设。/EOP：过程结束，低电平有效的双向信号。8237A允许用外部输入信号来终止正在执行的DMA传送。通过把外部输入的低电平信号加到8237A的/EOP端即可做到这一点。另外，当8237A的任一通道传送结束，到达计数终点时，8237A会产生一个有效的/EOP输出信号。一旦出现/EOP，不管是来自内部还是外部的，都会终止当前的DMA传送，复位请求位，并根据编程规定（是否是自动预置）而做相应的操作。在/EOP端不用时，应通过数千欧的电阻接到高电平上，以免由它输入干扰信号。DMA8237A工作过程8237A的工作方式有四种工作方式(1)单字节传送方式(singletransfermode)(2)块传送方式(blocktransfermode)(3)请求传送方式(demandtransfermode)(4)级联方式(cascademode)DMA传送有三种类型DMA读传送：指把数据由存储器传送至I/O接口(可简记为M→I/O)操作时先由MEMR有效从存储器读出数据放在数据总线上，然后再由IOW有效把数据写入I/O接口；DMA写传送：指把数据由I/O接口传送至存储器操作时先由IOR有效从I/O接口读出数据放在数据总线上，然后再由MEMW有效把数据写入存储器.校验传送也被称为假传送(pseudotransfers)。在校验传送时，存储器和I/O接口的读、写控制信号均处于无效状态，所以实际上并不进行真正的数据传送。这种传送类型一般是用于对DMAC器件测试时使用。1.8237A的内部结构8237A由三部分组成：3个基本的控制逻辑单元三个缓冲器I/O缓冲器1I/O缓冲器2输出缓冲器12个内部寄存器组(1)控制逻辑单元①定时和控制逻辑单元。它根据初始化编程时所设置的工作方式寄存器的内容和命令，在输入时钟信号的定时控制下，产生8237内部的定时信号和外部的控制信号。②命令控制单元。其主要作用是在CPU控制总线时，即DMA处于空闲周期时（被动态），将CPU在编程初始化送来的命令字进行译码；而在8237进入DMA服务时，对设定DMA操作类型的工作方式字进行译码。③优先权控制逻辑。用来裁决各通道的优先权次序，解决多个通道同时请求DMA服务时可能出现的优先权竞争问题。(2)缓冲器①I/O缓冲器1：8位、双向、三态的缓冲器，用于与系统的数据总线接口。非DMA周期时，CPU向8237A送出的编程控制字、从8237A读取的状态字、当前的地址和字节计数器的内容都经过这个缓冲器；当DMA周期时，DMAC所送出的地址由这个缓冲器输出到地址锁存器锁存。②I/O缓冲器2：4位、双向、三态缓冲器。在CPU控制总线时，将地址总线的低4位A0~A3送入8237A进行译码后，选择8237A内部寄存器；在DMA周期时，它送出8237A寻址的存储器地址的低4位A0~A3。③输出缓冲器：4位、输出、三态缓冲器。在CPU控制总线时，呈高阻状态；在DMA控制总线时，它导通，由8237A提供的16位存储器地址的A4~A7通过它送出。（3）内部寄存器8237A有4个独立的DMA通道，有12个内部寄存器。8237的寄存器(1)当前地址寄存器(2)当前字节计数寄存器(3)基地址和基字节计数寄存器基寄存器的内容不能被CPU读出，而当前寄存器的内容可以被CPU读出。(4)模式寄存器(5)命令寄存器命令寄存器是四个通道公用的一个8位寄存器，用以控制整个8237的操作。(6)请求寄存器8237的每个通道除了可以响应硬件的DMA请求信号(DREQ)外，工作在块传送方式时也可以响应由软件发出的DMA请求。软件的DMA请求是：通过使相应通道的“请求位”(requestbit)置位来实现的，它等效于外部产生一个有效的DREQ信号。8237每一个通道有一位“请求位”，四个通道的请求位构成一个4位的请求寄存器。(7)屏蔽寄存器8237每个通道有一位“屏蔽位”(maskbit)，当其通道的“屏蔽位”置1时，则外部对应的DREQ信号被屏蔽，不予响应，从而禁