如何用C語言對(duì)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(chǔ)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(shí)例。

DMA是英文DiretMemorAccess的縮寫，即直接存儲(chǔ)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(gè)典型應(yīng)用是應(yīng)用于聲卡的錄放音過程中，錄音時(shí)，CPU首先設(shè)置好聲卡和DMA的傳輸參數(shù)。當(dāng)啟動(dòng)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(qǐng)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(diǎn)，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(gè)難點(diǎn)，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(diǎn)

PC/AT使用兩片8237A-5芯片組成級(jí)連結(jié)構(gòu)，每片8237A-5芯片內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)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(jí)連，因此PC/AT系統(tǒng)-一共能提供7個(gè)通道的DMA數(shù)據(jù)傳輸，在這7個(gè)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(gè)DMA通道中，通道0~3按8位數(shù)據(jù)最大傳輸64KB設(shè)計(jì);面通道5-7按16位數(shù)據(jù)最大傳輸64K字(128KB)設(shè)計(jì)，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(gè)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(gè)通道設(shè)置了一個(gè)DMA頁面寄存器，用以存放此物理頁面號(hào)。

對(duì)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(zhǎng)的字節(jié)地址，因此每頁64KB，而對(duì)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(zhǎng)的字地址，因此每頁可達(dá)128KB，計(jì)算地址偏移和計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)時(shí)尤其應(yīng)該性意兩者區(qū)別，對(duì)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(gè)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(shí)，我們必須分多次對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從面保證每次傳輸時(shí)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(gè)端口地址和4個(gè)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(shí)，要用到3個(gè)端口，分別是：頁面寄存器，地址(偏移)寄存器和數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器，表1給出了每個(gè)通道及其相應(yīng)1/O口地址。

在控制DMAC的狀態(tài)時(shí)，要用到另外3個(gè)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(gè)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，分別為8位通道和16位通道地址)

此屏蔽寄存器用于使某個(gè)DMA通道屏蔽或開放DMA請(qǐng)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(shí)，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(duì)某個(gè)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(shí));

(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(hào)，，頁面地址偏移及傳輸數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，必須特別注意的是DMAC的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器比要傳輸?shù)膶?shí)際個(gè)數(shù)要少1;

(3)開放該通道允許DMA中斷請(qǐng)求;

計(jì)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(shí)恢復(fù)中斷向量。

筆者已編制了一個(gè)對(duì)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(gè)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(hào)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(hào)1，讀者在應(yīng)用過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)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(hào)及DMA通道號(hào)作相應(yīng)修改。