股票量化交易软件-第7 章 DMA控制接口_ 股票程序化软件自动交易接口

DMA控制器的一般结构和概要

DMA概述

为了提高数据传送的速率，人们提出了直接存储器存取(DM的数据传送控制方式，即在一定时间段内，由DMA控制器取代CPU，获得总线控制权，来实现内存与外设或者内存的不同区域之间大量数据的快速传送。

DMA数据传送的工作过程

外设向DMAC发出DMA传送请求。DMAC通过连接到CPU的HOLD信号向CPU提出DMA请求。CPU在完成当前总线操作后会立即对DMA请求做出响应。CPU的响应包括两个方面：一方面，CPU将控制总线、数据总线和地址总线浮空，即放弃对这些总线的控制权；另一方面，CPU将有效的HLDA信号加到DMAC上，用此来通知DMAC，CPU已经放弃了总线的控制权。⑤待CPU将总线浮空，即放弃了总线控制权后，由DMAC接管系统总线的控制权，并向外设送出DMA的应答信号。⑥由DMAC送出地址信号和控制信号，实现外设与内存或内存不同区域之间大量数据的快速传送。⑦DMAC将规定的数据字节传送完之后，通过向CPU发HOLD信号，撤消对CPU的DMA请求。CPU收到此信号，一方面使HLDA无效，另一方面又重新开始控制总线，实现正常取指令、分析指令、执行指令的操作。需要注意的是，在内存与外设之间进行DMA传送期间，DMAC控制器只是输出地址及控制信号，而数据传送是直接在内存和外设端口之间进行的，并不经过DMAC；对于内存不同区域之间的DMA传送，则应先用一个DMA存储器读周期将数据从内存的源区域读出，存入到DMAC的内部数据暂存器中，再利用一个DMA存储器写周期将该数据写到内存的目的区域中去。

DMA控制器8237A的原理

DMA控制器8237A的编程结构

含有4个相互独立的通道，每个通道有独立的地址寄存器和字节数寄存器，而控制寄存器、状态寄存器为四个通道所共用。每个DMA通道具有不同的优先权每个DMA通道可以分别允许和禁止每个DMA通道有4种工作方式，分别为：单字节传送、数据块传送、请求传送、级连方式。通道中地址寄存器的长度为16位，一次传送的最大长度可达64KB多个8237A芯片可以级连，扩展通道数

237A的内部组成和结构

四个独立的DMA通道每个通道都有一个16位的基地址寄存器，一个16位的基字节数计数器，一个16位的当前地址寄存器和一个16位的当前字节数计数器及一个8位的方式寄存器，方式寄存器接收并保存来自于CPU的方式控制字，使本通道能够工作于不同的方式下；定时及控制逻辑电路对在DMA请求服务之前，CPU编程对给定的命令字和方式控制字进行译码，以确定DMA的工作方式，并控制产生所需要的定时信号；优先级编码逻辑对通道进行优先级编码，确定在同时接收到不同通道的DMA请求时，能够确定相应的先后次序。通道的优先级可以通过编程确定为是固定的或者是旋转的；共用寄存器除了每个通道中的寄存器之外，整个芯片还有一些共用的的寄存器：

个16位的地址暂存寄存器1个16位的字节数暂存寄存器1个8位的状态寄存器1个8位的命令寄存器1个8位的暂存寄存器，1个4位的屏蔽寄存器1个4位的请求寄存器8237的内部寄存器8237的三态缓冲器8237的数据引线，地址引线都有三态缓冲器，因而可以接也可以释放总线。

237的外部结构

请求与响应信号

DREQ0～DREQDMA通道请求。当外设需要请求DMA服务时，将DREQ信号置成有效电平，并要保持到产生响应信号。对应于四个独立的通道，DREQ的有效电平可以通过编程来加以确定，优先级可以固定，也可以旋转。HRQ：总线请求。8237A输出有效的HRQ高电平，向CPU申请使用系统总线。HLDA：总线响应。8237A接受来自CPU的响应信号HLDA，取得了总线的控制权。DACK0～DACKDMA通道响应。8237A使请求服务的通道产生相应的DMA响应信号。

DMA传送控制信号

A0～A地址线。输出低8位存储器地址。DB0～DB数据线。输出高8位存储器地址；存贮器与存贮器的传送期间，用于数据传送。ADSTB：地址选通。DMA传送开始时，输出高有效，把在DB0～DB7上输出的高8位地址锁存在外部锁存器中。AEN：地址允许。输出高有效，将锁存的高8位地址送入系统总线，与芯片此时输出的低8位地址组成16位存储器地址。MEMR：存储器读。有效将数据从存储器读出MEMW：存储器写。有效将数据写入存储器IOR：I/O读。有效将数据从外设读出IOW：I/O写。有效将数据写入外设READY：准备好。DMA传送的S3下降沿检测到为低时，插入等待状态Sw，直到READY为高才进入第4个时钟周期SEOP：过程结束。DMA传送过程结束，输出一个低有效脉冲。外部输入低脉冲信号，则终结DMA传送。

处理器接口信号

CS：片选。低有效时，微处理器与8237A通过数据线通信，主要完成对8237A的编程。IOR：I/O读。读取8237A内部寄存器低电平有效的双向三态信号引脚。在空闲周期，它是一条输入控制信号，CPU利用这个信号读取8237内部状态寄存器的内容；而在DMA传送时，它是读端口控制信号输出引脚，与相配合，使数据由外设传送到内存。IOW：I/O写。写入8237A内部寄存器。低电平有效的双向三态信号引脚，其功能与相对应。DB0～DB8条双向数据线。用于8237A与微处理器进行数据交换。在CPU控制系统总线时，可以通过DB0~DB7对8237编程或读出8237的内部状态寄存器的内容；在DMA操作期间，由DB0~DB7输出高8位地址信号A8~A1并利用ADSTB信号锁存该地址信号。在进行内存不同区域之间的DMA传送时，除了送出A8~A15地址信号外，还分时输入从存储器源区域读出的数据，送入8237的暂存寄存器中，等到存储器写周期时，再将这些数据通过这8个引脚，由8237的暂存寄存器送到系统数据总线上，然后写入到规定的存储单元中去。A3～A0：4条双向三态的低位地址信号引脚。在空闲周期，接收来自于CPU的四位地址信号，用以寻址8237内部的不同的寄存器(组)；在DMA传送时，输出要访问的存储单元或者I/O端口地址的低4位。A7～A4条三态地址信号输出引脚。在DMA传送时，输出要访问的存储单元或者I/O端口地址的中4位。CLK：时钟信号输入引脚，对于标准的823其输入时钟频率为3MHz，对于8237-其输入时钟频率可达5MHz。RESET：复位信号，输入引脚，用来清除8237中的命令、状态请求和临时寄存器，且使字节指针触发器复位并置位屏蔽触发器的所有位，在复位之后，8237工作于空闲周期SI。

237A的两种工作状态

作为从模块工作时：当CPU把数据送到8237A的寄存器或者从8237A的寄存器取出时，8237如同接口一样作为总线的从模块工作，受CPU控制的工作状态。这时，8237A接收16位地址，用较高的12位地址产生片选信号，用底4位地址来选择内部寄存器。作为主模块工作时：当8237A作为主模块工作时，它会往总线上提供要访问的内存地址，地址的低8位放在A7~A0，而地址的高8位放在D7~D0。作为主模块工作时，8237A还必须输出必要的读写信号，IOR、IOW、MEMR、MEMW。

237A引脚的两种作用

237的工作周期

空闲周期当8237的任一通道都无DMA请求时，则其处于空闲周期或称为SI状态，空闲周期由一系列的时钟周期组成，在空闲周期中的每一个时钟周期，8237只做两项工作：

237A采样CS片选信号，该信号有效，CPU就要对8237A进行读/写操作8237A还采样通道的请求输入信号DREQ，该信号有效，就进入有效周期

有效周期

237A采样到外设有DMA请求，就脱离空闲周期进入有效周期8237A作为系统的主控芯片，控制DMA传送操作DMA传送借用系统总线完成，其控制信号以及工作时序类似CPU总线周期

237A的工作方式

DMA传送方式：单字节传送方式、数据块传送方式、请求传送方式、级连方式DMA传送类型：DMA读、DMA写、DMA检验存储器到存储器的传送DMA传送单字节方式

每次DMA传送时仅传送一个字节传送一个字节之后，当前字节数寄存器减当前地址寄存器加1或减HRQ变为无效每传送完这一个字节，8237A释放系统总线，DMAC就将总线控制权交回CPU。若传送后使字节数从0减到FFFFH，则终结DMA传送或重新初始化特点：一次传送一个字节，效率略低DMA传送之间CPU有机会重新获取总线控制权

数据块方式

在这种传送方式下，DMAC一旦获得总线控制权，便开始连续传送数据。每传送一个字节，自动修改当前地址及当前字节数寄存器的内容，直到字节数寄存器从0减到FFFFH终止计数，或由外部输入EOP有效信号终结DMA传送，将总线控制权交给CPU。一次所传送数据块的最大长度可达64KB，数据块传送结束后可自动初始化。DREQ只需维持有效到DACK有效特点：一次请求传送一个数据块，效率高整个DMA传送期间CPU长时间无法控制总线

请求方式

DREQ信号有效就连续传送数据DREQ信号无效，DMA传送被暂时中止，8237A释放总线，CPU可继续操作DMA通道的地址和字节数的中间值仍被保持DREQ信号再次有效，DMA传送就继续进行如果字节数寄存器从0减到FFFFH，或者由外部送来一个EOP有效的信号，将终止计数特点：DMA操作可由外设利用DREQ信号控制传送的过程

级连方式

用于通过多个8237A级连以扩展通道第二级的HRQ和HLDA信号连到第一级某个通道的DREQ和DACK上第二级芯片的优先权等级与所连通道的优先权相对应第一级只起优先权网络的作用，实际的操作由第二级芯片完成还可由第二级扩展到第三级等DMA传输类型DMA读——把数据由存储器传送到外设由MEMR有效从存储器读出数据，由IOW有效把这一数据写入外设DMA写——把外设输入的数据写入存储器由IOR有效从外设输入数据，由MEMW有效把这一数据写入存储器。DMA检验——空操作8237A不进行任何检验外设可以进行DMA校验存储器和I/O控制线保持无效，不进行传送

存储器到存储器的传送

固定使用通道0和通道1通道0的地址寄存器存源区地址通道1的地址寄存器存目的区地址，通道1的字节数寄存器存传送的字节数传送由设置通道0的软件请求启动每传送一字节需用8个时钟周期前4个时钟周期用通道0地址寄存器的地址从源区读数据送入8237A的临时寄存器后4个时钟周期用通道1地址寄存器的地址把临时寄存器中的数据写入目的区

DMA通道的优先权方式

固定优先权方式——优先权固定通道0优先权最高，通道1通道2再次，通道3最低循环优先权方式——优先权循环变化最近一次服务的通道在下次循环中变成最低优先权，其他通道依次轮流相应的优先权DMA传送不存在嵌套

自动初始化方式

每当DMA过程结束信号EOP产生时用基地址寄存器和基字节数寄存器的内容，使相应的现行寄存器恢复为初始值，包括恢复屏蔽位、允许DMA请求这样就作好了下一次DMA传送的准备

237A的寄存器

237A共有10种内部寄存器，对它们的操作有时需要配合3个软件命令8237A的“软件命令”不需要通过数据总线写入控制字直接由地址和控制信号译码实现

基地址寄存器

用以存放16位地址，只可写入而不能读出。在编程时，它与当前地址寄存器被同时写入某一起始地址，可用作内存区域的首地址或末地址。在8237进行DMA数据传送的工作过程中，其内容不发生变化，只是在自动预置时，其内容可被重新写到当前地址寄存器中去。

基字节数寄存器

用以存放相应通道需要传送数据的字节数，只可写入而不能读出。在编程时它与当前字节数寄存器被同时写入要传送数据的字节数。在8237进行DMA数据传送的工作过程中，其内容保持不变，只是在自动预置时，其内容可以被重新写到当前字节数寄存器中去。

当前地址寄存器

保持DMA传送的当前地址值每次传送后该寄存器的值自动加1或减1CPU可以对其进行读写操作。在选择自动预置时，每当字节计数值减为0或外部有效后，就会自动将基地址寄存器的内容写入当前地址寄存器中，恢复其初始值。

当前字节数寄存器

保持DMA传送的剩余字节数每次传送后，该寄存器的值减1这个寄存器的值可由CPU写入和读出该寄存器的值减至0，再减1时，终止计数

地址暂存寄存器和字节数暂存寄存器

这两个16位的寄存器和CPU不直接发生关系，我们也不必要对其进行读/写操作，因而对如何使用8237没有影响。

模式寄存器

每个通道有一个8位的模式寄存器，但是它们占用同一个端口地址，用来存放方式字，依靠方式控制字本身的特征位来区分写入不同的通道，用来规定通道的工作方式，各位的作用如下：方式字格式：自动预置就是当某一通道按要求将数据传送完后，又能自动预置初始地址和传送的字节数，而后重复进行前面已进行过的过程。校验传送就是实际并不进行传送，只产生地址并响应EOP信号，不产生读写控制信号，用以校验8237的功能是否正常。

控制寄存器

存放8237A的命令字设置8237A芯片的操作方式影响每个DMA通道复位时使命令寄存器清零设置D2＝1才使8237A可以作为DMA控制器

命令字格式命令字说明

D0位用以规定是否允许采用存储器到存储器的传送方式。若允许这样做，则利用通道0和通道1来实现。D1位用以规定通道0的地址是否保持不变。如前所述，在存储器到存储器传送中，源地址由通道0提供，读出数据到暂存寄存器，而后，由通道l送出目的地址，将数据写入目的区域；若命令字中D1＝0，则在整个数据块传送中(块长由通道1决定)保持内存源区域地址不变，就会把同一个数据写入到整个目的存储器区域中。D2位是允许或禁止8237芯片工作的控制位。D3位用于选择总线周期中写信号的定时。例如，PC机中动态存储器写是由写信号的上升沿启动的。若在DMA周期中写信号来得太早，可能造成错误，所以PC机选择D3＝0。D5位用于选择是否扩展写信号。在D3=0时，如果外设速度较慢，有些外设是用8237A送出的和信号的下降沿来产生的READY信号的。为提高传送速度，能够使READY信号早些到来，须将和信号加宽，以使它们提前到来。可以通过令D5=1使和信号扩展2个时钟周期提前到来。

请求寄存器

用于在软件控制下产生一个DMA请求除硬件DMA请求外，当工作在数据块传送方式时也可以通过软件发出DMA请求若是存贮器到存贮器传送，则必须由软件请求启动通道0

屏蔽寄存器

控制外设硬件DMA请求是否被响应，各个通道互相独立。3种方法：

单通道屏蔽字只对一个DMA通道屏蔽位进行设置主屏蔽字对4个DMA通道屏蔽位同时进行设置清屏蔽寄存器命令使4个屏蔽位都清零复位使4个通道全置于屏蔽状态；当一个通道的DMA过程结束，如果不是工作在自动初始化方式，则这一通道的屏蔽位置位，必须再次编程为允许，才能进行下次DMA传送。单通道屏蔽字格式：主屏蔽字格式