ISA總線的DMA技術(shù)
1.DMA概述
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150725.htmDMA是外設(shè)與主存之間的一種數(shù)據(jù)傳輸機制。一般來說,外設(shè)與主存之間存在兩種數(shù)據(jù)傳輸方法:(1)Pragrammed I/O(PIO)方法,也即由CPU通過內(nèi)存讀寫指令或I/O指令來持續(xù)地讀寫外設(shè)的內(nèi)存單元(8位、16位或32位),直到整個數(shù)據(jù)傳輸過程完成。(2)DMA,即由DMA控制器(DMA Controller,簡稱DMAC)來完成整個數(shù)據(jù)傳輸過程。在此期間,CPU可以并發(fā)地執(zhí)行其他任務(wù),當(dāng)DMA結(jié)束后,DMAC通過中斷通知CPU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)結(jié)束,然后由CPU執(zhí)行相應(yīng)的ISR進行后處理。
DMA技術(shù)產(chǎn)生時正是ISA總線在PC中流行的時侯。因此,ISA卡的DMA數(shù)據(jù)傳輸是通過ISA總線控制芯片組中的兩個級聯(lián)8237 DMAC來實現(xiàn)的。這種DMA機制也稱為“標(biāo)準(zhǔn)DMA”(standard DMA)。標(biāo)準(zhǔn)DMA有時也稱為“第三方DMA”(third-part
y DMA),這是因為:系統(tǒng)DMAC完成實際的傳輸過程,所以它相對于傳輸過程的“前兩方”(傳輸?shù)陌l(fā)送者和接收者)來說是“第三方”。
標(biāo)準(zhǔn)DMA技術(shù)主要有兩個缺點:(1)8237 DMAC的數(shù)據(jù)傳輸速度太慢,不能與更高速的總線(如PCI)配合使用。(2)兩個8237 DMAC一起只提供了8個DMA通道,這也成為了限制系統(tǒng)I/O吞吐率提升的瓶頸。
鑒于上述兩個原因,PCI總線體系結(jié)構(gòu)設(shè)計一種成為“第一方DMA”(first-party DMA)的DMA機制,也稱為“Bus Mastering”(總線主控)。在這種情況下,進行傳輸?shù)腜CI卡必須取得系統(tǒng)總線的主控權(quán)后才能進行數(shù)據(jù)傳輸。實際的傳輸也不借助慢速的ISA DMAC來進行,而是由內(nèi)嵌在PCI卡中的DMA電路(比傳統(tǒng)的ISA DMAC要快)來完成。Bus Mastering方式的DMA可以讓PCI外設(shè)得到它們想要的傳輸帶寬,因此它比標(biāo)準(zhǔn)DMA功能滿足現(xiàn)代高性能外設(shè)的要求。
隨著計算機外設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)代能提供更快傳輸速率的Ultra DMA(UDMA)也已經(jīng)被廣泛使用了。本為隨后的篇幅只討論ISA總線的標(biāo)準(zhǔn)DMA技術(shù)在Linux中的實現(xiàn)。記?。篒SA卡幾乎不使用Bus Mastering模式的DMA;而PCI卡只使用Bus Mastering模式的DMA,它從不使用標(biāo)準(zhǔn)DMA。
2.Intel 8237 DMAC
最初的IBM PC/XT中只有一個8237 DMAC,它提供了4個8位的DMA通道(DMA channel 0-3)。從IBM AT開始,又增加了一個8237 DMAC(提供4個16位的DMA通道,DMA channel 4-7)。兩個8237 DMAC一起為系統(tǒng)提供8個DMA通道。與中斷控制器8259的級聯(lián)方式相反,第一個DMAC被級聯(lián)到第二個DMAC上,通道4被用于DMAC級聯(lián),因此它對外設(shè)來說是不可用的。第一個DMAC也稱為“slave DAMC”,第二個DMAC也稱為“Master DMAC”。
下面我們來詳細敘述一下Intel 8237這個DMAC的結(jié)構(gòu)。
每個8237 DMAC都提供4個DMA通道,每個DMA通道都有各自的寄存器,而8237本身也有一組控制寄存器,用以控制它所提供的所有DMA通道。
2.1 DMA通道的寄存器
8237 DMAC中的每個DMA通道都有5個寄存器,分別是:當(dāng)前地址寄存器、當(dāng)前計數(shù)寄存器、地址寄存器(也稱為偏移寄存器)、計數(shù)寄存器和頁寄存器。其中,前兩個是8237的內(nèi)部寄存器,對外部是不可見的。
(1)當(dāng)前地址寄存器(Current Address Register):每個DMA通道都有一個16位的當(dāng)前地址寄存器,表示一個DMA傳輸事務(wù)(Transfer Transaction)期間當(dāng)前DMA傳輸操作的DMA物理內(nèi)存地址。在每個DMA傳輸開始前,8237都會自動地用該通道的Address Register中的值來初始化這個寄存器;在傳輸事務(wù)期間的每次DMA傳輸操作之后該寄存器的值都會被自動地增加或減小。
(2)當(dāng)前計數(shù)寄存器(Current Count Register):每個每個DMA通道都有一個16位的當(dāng)前計數(shù)寄存器,表示當(dāng)前DMA傳輸事務(wù)還剩下多少未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在每個DMA傳輸事務(wù)開始之前,8237都會自動地用該通道的Count Register中的值來初始化這個寄存器。在傳輸事務(wù)期間的每次DMA傳輸操作之后該寄存器的值都會被自動地增加或減小(步長為1)。
(3)地址寄存器(Address Register)或偏移寄存器(Offset Register):每個DMA通道都有一個16位的地址寄存器,表示系統(tǒng)RAM中的DMA緩沖區(qū)的起始位置在頁內(nèi)的偏移。
(4)計數(shù)寄存器(Count Register):每個DMA通道都有一個16位的計數(shù)寄存器,表示DMA緩沖區(qū)的大小。
(5)頁寄存器(Page Register):該寄存器定義了DMA緩沖區(qū)的起始位置所在物理頁的基地址,即頁號。頁寄存器有點類似于PC中的段基址寄存器。
2.2 8237 DAMC的控制寄存器
(1)命令寄存器(Command Register)
這個8位的寄存器用來控制8237芯片的操作。其各位的定義如下圖所示:
(2)模式寄存器(Mode Register)
用于控制各DMA通道的傳輸模式,如下所示:
(3)請求寄存器(Request Register)
用于向各DMA通道發(fā)出DMA請求。各位的定義如下:
(4)屏蔽寄存器(Mask Register)
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