如何用C語言對DMA控制器編程?
摘要:詳細(xì)地分析了PC/AT機(jī)系統(tǒng)的DMA(直接存儲器存取)控制器結(jié)構(gòu)及其傳輸方式,并給出了C語言編程實例。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201809/389062.htmDMA是英文DiretMemorAccess的縮寫,即直接存儲器存取,DMA傳輸是PC機(jī)與外設(shè)
高速數(shù)據(jù)交換的重要方法,其一個典型應(yīng)用是應(yīng)用于聲卡的錄放音過程中,錄音時,CPU首先設(shè)置好聲卡和DMA的傳輸參數(shù)。當(dāng)啟動DMA數(shù)據(jù)傳輸(即開始錄音)后,即由DMA控制器DMAC)按管PC總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,每次傳輸結(jié)束后,DMA控制器便歸還總線控制權(quán),并申請CPU中斷,告之?dāng)?shù)據(jù)傳輸完畢,然后由中斷服務(wù)程序?qū)MA數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)取走并準(zhǔn)備下次數(shù)據(jù)傳輸(即錄音),由于在傳輸過程中無需CPU干沙,因此在錄音期間CPU可以執(zhí)行其它程序,這樣既極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸速度又提高了CPU的執(zhí)行效率,正是由于DMA的這些優(yōu)點,所以目前在工業(yè)控制領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集過程中都大量地采用了DMA數(shù)據(jù)傳輸方法。但是,由于DMA編程的資料較少,因此DMA編程一直是硬件編程方面的一個難點,本文將以C語言為例詳細(xì)介紹DMA編程方法。
1、PC/AT的DMA系統(tǒng)特點
PC/AT使用兩片8237A-5芯片組成級連結(jié)構(gòu),每片8237A-5芯片內(nèi)部有4個獨立的通道,分別以通道O-通道7表示。但由于通道4被用作第0片和第1片的級連,因此PC/AT系統(tǒng)-一共能提供7個通道的DMA數(shù)據(jù)傳輸,在這7個通道中,除通道2作為軟盤DMA傳輸服務(wù),通道0留給SDIC通信透配器外,其余通道0,1,3,5.6和7均留作擴(kuò)充使用,在這7個DMA通道中,通道0~3按8位數(shù)據(jù)最大傳輸64KB設(shè)計;面通道5-7按16位數(shù)據(jù)最大傳輸64K字(128KB)設(shè)計,它們都支持尋址16MB空間的能力。
2、DMA通道地址產(chǎn)生方式
8237A-5只能管理16位地址(AI5-A0),但為了尋址PC/AT機(jī)的24位地址空間尋址,在DMA系統(tǒng)中將PCAT機(jī)的16M空間分為多個物理頁面,從面保證了在DMA周期內(nèi)只需16位地址尋址,因此DMA系統(tǒng)中為每個通道設(shè)置了一個DMA頁面寄存器,用以存放此物理頁面號。
對于8位傳輸通道0~3,由于芯片的地址使用字節(jié)邊界,即A15-A0為16位長的字節(jié)地址,因此每頁64KB,而對于16位傳輸通道5-7,由于芯片的地址使用字邊界,即A16-AI(A0固定為0)為16位長的字地址,因此每頁可達(dá)128KB,計算地址偏移和計數(shù)個數(shù)時尤其應(yīng)該性意兩者區(qū)別,對于DOS管理下的1M常規(guī)內(nèi)存,頁面分布圖1所示:
從DMA通道地址產(chǎn)生方式,我們可以看出DMA控制器僅能在-個物理頁面內(nèi)傳輸數(shù)據(jù),因此當(dāng)數(shù)據(jù)跨頁面存放時,我們必須分多次對其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,從面保證每次傳輸時數(shù)據(jù)都在同一頁面內(nèi)。
3、DMAI/O地址
DMA控制器(DMAC)共有16個端口地址和4個頁面寄存器地址,共分為兩大類:控制DMA狀態(tài)及設(shè)置數(shù)據(jù)地址。
在設(shè)置DMA傳輸數(shù)據(jù)時,要用到3個端口,分別是:頁面寄存器,地址(偏移)寄存器和數(shù)據(jù)計數(shù)器,表1給出了每個通道及其相應(yīng)1/O口地址。
在控制DMAC的狀態(tài)時,要用到另外3個端口,分別是:方式寄存器,屏蔽寄存器和清除寄存器。
(1)方式寄存器(地址為0Bh或D6h,分別為8位通道和16位通道地址)
此方式寄存器用于設(shè)置DMA的數(shù)據(jù)傳輸方式,其控制字格式如圖2所示。
例如:我們經(jīng)常用到的兩個方式字為(假定選DMA通道1):
45h:DMA寫(即內(nèi)存一1/0卡)
49h:DMA讀(即1/0卡一內(nèi)存)
(2)屏戴寄存器(地址為0Ah或D4h,分e為8位通道和16位通道地址)
此屏蔽寄存器用于使某個DMA通道屏蔽或開放DMA請求,其控制字格式如圖3所示。
(3)清除寄存器(地址為0Qh或D8h,分別為8位通道和16位通道地址)
當(dāng)輸出0到此端口時,將停止由屏蔽寄存器(地址為0Ah或D4h)所選定的DMA通道所有正在進(jìn)行的過程。DMA編程
4、DMA編程
通常,對某個DMA通道編程的步驟如下:
(1)保存原有中斷向量,設(shè)置新中斷向量,編寫中斷服務(wù)程序,其主要內(nèi)容為下一次DMA傳輸編程,輸出EO(中斷結(jié)束)至中斷控制器;或者是直接轉(zhuǎn)出(當(dāng)不需再次DMA傳輸時);
(2)DMAC初始化,包括設(shè)置方式控制字,屏數(shù)控制字及本次傳輸數(shù)據(jù)的頁面號,,頁面地址偏移及傳輸數(shù)據(jù)個數(shù),必須特別注意的是DMAC的數(shù)據(jù)計數(shù)器比要傳輸?shù)膶嶋H個數(shù)要少1;
(3)開放該通道允許DMA中斷請求;
計數(shù)等,為考慮通用性,使用了目前普遍使用
(4)在程序結(jié)束時恢復(fù)中斷向量。
筆者已編制了一個對DMA進(jìn)行編控制的的TurboC2.0編程,程序也可以不加修改地使程序,此程序包括幾個有關(guān)DMAC編程的通用用于BorlandC++系統(tǒng)中,程序中假設(shè)I/0卡函數(shù),如DMAC控制塊參數(shù)的獲得,中斷向量產(chǎn)生的硬件中斷號是DREQ5,使用DMA通道及恢復(fù)設(shè)置,DMAC初始化,暫停DMA傳輸通道號1,讀者在應(yīng)用過程中應(yīng)根據(jù)實際I/O卡提繼續(xù)DMA傳輸,終止DMA傳輸,讀取已傳輸供的硬件中斷號及DMA通道號作相應(yīng)修改。
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