Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tìm hiểu về vi mạch điều khiển truy nhập trực tiếp bộ nhớ DMAC 8237 và các chế độ hoạt động của DMAC 8237CHI TIẾT BÁO CÁOI. Mở đầu 1. Nhiệm vụ của bàiNghiên cứu tìm hiểu về vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ DMAC8237 và các chế độ hoạt động cuả DMAC 2. Bố cục Giới thiệu phương pháp truy nhập bộ nhớ DMAC Các hoạt động của chíp điều khiển DMAC Cấu tạo nguyên lý hoạt động của chíp DMACII. Nội dung1.Phương pháp DMA và hoạt động của chíp điều khiển DMAC 1.1. Phương pháp DMA Phương pháp đảm bảo thời gian phục vụ yêu cầu vào ra số liệu của ngoại vi là ngắn nhưng vẫn phải thực hiện bằng phần mềm. Mỗi lệnh đều phải được thực hiện qua các công đoạn có sự tham gia của vi xử lý. Trong một số trường hợp ví dụ khi cần chuyển 1 mảng dữ liệu có đặc điểm giống nhau giữa bộ nhớ và các ngoại vi nhanh như màn hình thì phương pháp bằng phần mềm không đủ nhanh để đáp ứng yêu cầu chuyển số liệu rất cao. Lúc này phải dùng phương pháp bằng phần cứng, thay chưong trình con thực hiện chuyển số liệu giữa ngoại vi và bộ nhớ bằng các mạch điện tử thực hiện chuyển số liệu giữa bộ nhớ và thiết bị ngoại vi mà không thông qua vi xử lý. Cách thức này gọi là truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMA (direct memory access) . Làm nhiệm vụ điều khiển quá trình này là là chíp bổ trợ DMAC8237 , hay còn được gọi là DMAC (Direct memory access controller). Với Phương pháp DMA, tộc độ truyển dữ liệu chỉ bị hạn chế bởi thời gian truy nhập của bộ nhớ . Vi xử lý không cần phải đọc , giải mã và thực hiện các lệnh chuyển số liệu , các lệnh điều chỉnh địa chỉ và các lệnh kiểm tra độ dài mảng đã chuyển để biết thời điểm kết thúc. Nó hoàn toàn chuyển quyền điều khiển Bus cho chip DMAC và số liệu được truyền trực tiếp giữa ngoại vi và bộ nhớ dưới sự điều khiển của chíp này.======================================== Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Kĩ Thuật Phần Mềm 3 Khoa CNTT BÀI BÁO CÁO MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐÈ TÀI Nghiên cứu tìm hiểu về vi mạch điều khiển truy nhập trực tiếp bộ nhớ DMAC 8237 Phụ Trách Bộ Môn Thầy Nguyễn Thanh Hải Thực Hiện Nhóm 13 Danh Sách Nhóm Họ Và Tên Mã SV Nguyễn Văn Việt 0941360204 Phan Văn Huy 0941360231 Lưu Văn Huy 0941360233 Mai Văn Tâ.
KiÕn tróc m¸y tÝnh Bài Báo Cáo Kiến Trúc Máy Tính DMAC 8237 ======================================== Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Lớp Kĩ Thuật Phần Mềm Khoa CNTT *** BÀI BÁO CÁO MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐÈ TÀI Nghiên cứu tìm hiểu vi mạch điều khiển truy nhập trực tiếp nhớ DMAC 8237 Phụ Trách Bộ Mơn : Thầy Nguyễn Thanh Hải Thực Hiện: Nhóm 13 Danh Sách Nhóm Họ Và Tên Mã SV Nguyễn Văn Việt 0941360204 Phan Văn Huy 0941360231 Lưu Văn Huy 0941360233 Mai Văn Tân 0941360191 Nguyễn Mạnh Cường 0941360199 KiÕn tróc m¸y tÝnh I Mở đầu Nhiệm vụ .3 Bố cục II Nội dung .3 1.Phương pháp DMA hoạt động chíp điều khiển DMAC 1.1 Phương pháp DMA 1.2 Hoạt động chíp điều khiển DMAC .4 Chip bổ trợ DMA-8237A 2.2 Các trạng thái làm việc .7 2.3 Các ghi bên 8237 2.4 Chu kỳ nghỉ 2.5 Chu kì hoạt động 2.7 Làm việc với vi xử lý III.Kết luận 16 KiÕn tróc m¸y tÝnh Đề Tài : Nghiên cứu tìm hiểu vi mạch điều khiển truy nhập trực tiếp nhớ DMAC 8237 chế độ hoạt động DMAC 8237 CHI TIẾT BÁO CÁO I Mở đầu Nhiệm vụ Nghiên cứu tìm hiểu vi mạch điều khiển truy nhập nhớ DMAC-8237 chế độ hoạt động cuả DMAC Bố cục - Giới thiệu phương pháp truy nhập nhớ DMAC - Các hoạt động chíp điều khiển DMAC - Cấu tạo nguyên lý hoạt động chíp DMAC II Nội dung 1.Phương pháp DMA hoạt động chíp điều khiển DMAC 1.1 Phương pháp DMA Phương pháp đảm bảo thời gian phục vụ yêu cầu vào số liệu ngoại vi ngắn phải thực phần mềm Mỗi lệnh phải thực qua cơng đoạn có tham gia vi xử lý Trong số trường hợp ví dụ cần chuyển mảng liệu có đặc điểm giống nhớ ngoại vi nhanh hình phương pháp phần mềm không đủ nhanh để đáp ứng yêu cầu chuyển số liệu cao Lúc phải dùng phương pháp phần cứng, thay chưong trình thực chuyển số liệu ngoại vi nhớ mạch điện tử thực chuyển số liệu nhớ thiết bị ngoại vi mà không thông qua vi xử lý Cách thức gọi truy nhập nhớ trực tiếp DMA (direct memory access) Làm nhiệm vụ điều khiển q trình là chíp bổ trợ DMAC-8237 , hay gọi DMAC (Direct memory access controller) Với Phương pháp DMA, tộc độ truyển liệu bị hạn chế thời gian truy nhập nhớ Vi xử lý không cần phải đọc , giải mã thực lệnh chuyển số liệu , lệnh điều chỉnh địa lệnh kiểm tra độ dài mảng chuyển để biết thời điểm kết thúc Nó hồn tồn chuyển quyền điều khiển Bus cho chip DMAC số liệu truyền trực tiếp ngoại vi nhớ điều khiển chíp KiÕn tróc m¸y tÝnh 1.2 Hoạt động chíp điều khiển DMAC Chíp DMAC tạo địa , tín hiệu điều khiển đọc đọc/viết ngoại vi , tính số từ chuyển thông báo chuyển xong mảng số liệu cho vi xử lý Ta hình dung sơ đồ sau : Khơng gian Bộ nhớ Vi xử Lý DMAC Khơng gian vào Hình 1:Các đường liên hệ trực tiếp trình DMA BUS địa CPU BUS số liệu Thiết bị I/O DMAC BỘ NHỚ HOLD HRQ DRQ HLDA HACK DACK DRQ DACK BUS điều khiển ,các tín hiệu IOR, IOW, MEMR, MEMW Hình 2: Sơ đồ nối DMAC với nhớ, thiết bị ngoại vi vi xử lý Khi hoạt động DMA, ngoại vi ( ví dụ, điều khiển ổ đĩa) muốn gửi byte số liệu phương pháp trước hết phải gửi tín hiệu theo yêu cầu DMA DREQ tới lối vào (gọi kênh) chíp DMAC.Nếu kênh khơng bị che, chíp DMAC đáp lại tín hiệu ghi nhận yêu cầu HRQ.Vi xử lý đáp ứng cách thả bus gửi tín hiệu ghi nhận HLDA tới DMAC Khi DMAC nhận tín hiệu này, gửi tín hiệu điều khiển chuyển mạch kể tới vị trí DMA chúng.Việc làm ngắt xử lý khỏi bus nối DMAC với bus Lúc DMAC nhận quyền điều khiển bus gửi địa nhớ mà số liệu từ ngoại vi cần viết KiÕn tróc m¸y tÝnh vào Tiếp theo gửi tín hiệu nhận DMA DACK0 tới ngoại vi để báo cáo cho ngoại vi sẵn sàng gửi tiếp số liệu Cuối cùng, chíp DMAC hạ hai đường IOR MEMW bus điều khiển tới mức lôgic thấp phép ngoại vi xuất byte số liệu viết vào nhớ Khi việc truyền số liệu hoàn tất, chip DMAC lấy tín hiệu yêu cầu HRQ thả bus Các chuyển mạch quay vị trí ban đầu cho phép xử lý nắm lại quyền điều khiển bus DMA yêu cầu Việc truyền số liệu DMA từ nhớ tới ngoại vi thực theo cách tương tự có điều chíp DMAC lúc làm tích cực đường điều khiển đọc nhớ MEMR đường điều khiển số liệu IOW Thông thường chip DMAC chuyển lên tục mảng số liệu, nên có đếm số từ (word count register) cho kênh Sau chuyển từ, nội dung đếm giảm 1, địa DMA hiệu chỉnh lại (hoặc tăng giảm l) Khi nội dung đếm số từ 0, chip DMA thông báo kết thúc hoạt động DMA tín hiệu TC (terminal count) tạo từ đếm số từ Kết thúc trình DMA, chip DMAC đưa theo tín hiệu u cầu treo HRQ trở mức tích cực (HRQ = 0) Có hai phương pháp thực DMA: cách thứ xử lý chuyển nhượng bus cho DMAC tự treo; cách thứ hai DMAC lấy nén chu kì, DMAC tận dụng khoảng thời gian chu kì bus mà CPU khơng truy cập nhớ (khi CPU bật phát tín hiệu địa cho chu kì đọc viết nhớ) để thực phép DMA Phương pháp thứ hai đòi hỏi việc đồng thời gian nghiêm ngặt Ta có giản đồ thời gian phép DMA phương pháp lấy nén chu kì Hình 3: Các chu kì nén Chip bổ trợ DMA-8237A 2.1 Sơ đồ nguyên lý : Vi mạch 8237A hãng Intel ví dụ điển hình chip điều khiển truy nhập nhớ trực tiếp DMAC máy KiÕn tróc m¸y tÝnh vi tính IBM PC Đó vi mạch gồm có 40 chân chia làm hai hàng bên 20 chân Ta thấy hình Hình 4: Sơ đồ chân DMAC-8237 Hình 5: Sơ đồ khối chíp DMAC-8237 DMA-8237A gồm khối : - Khối điều khiển phân chia thời gian cho hoạt động bên tạo tín hiệu điều khiển cho bên - Khối điều khiển mã lệnh CPU đưa tới trước phục vụ DMA giải mã từ điều khiển chế độ để chọn điều kiểu DMA - Khối mã hoá đàu tiên làm trọng tải ưu tiên giải ưu tiên cho kênh DMA yêu cầu phục vụ thời điểm Các chân tín hiệu sau: • IOR: thị chip DMA đọc số liệu từ ngoại vi địa cảng KiÕn tróc m¸y tÝnh • IOW: DMA viết số liệu tới ngoại vi qua cảng •MEMR: số liệu đọc từ nhớ •MEMW:số liệu viết nhớ •READY: tín hiệu vào từ nhớ ngoại vi •HLDA: CPU bus master báo cho biết rời khỏi bus cho DMA •ADSTB: nhận byte cao vào chốt địa ngồi DMA •AEN: kích hoạt chốt địa DMA •HQR: tín hiệu u cầu DMA từ chip 8237 • CS: tín hiệu chọn chip • CLK: lối vào xung nhịp đồng hồ(4,77 MHz 7,16 MHz PC) • RESET: khởi động lại chip • DACK0-DACK3: chấp nhận DMA • DREQ0-DREQ3: đòi hỏi DMA tử ngoại vi • DB0-DB7: bus số liệu hướng • A0-A3: trạng thái standby,CPU dùng nibble để định địa ghi Khi 8237 kích hoạt,đây bit địa thấp • A4-A7: 8237 kích hoạt, đay bit địa •EOP: Kết thúc xử lý DMA •Vcc: nguồn nuôi +5V • GND: nối đất 2.2 Các trạng thái làm việc 8237 làm việc chu kỳ máy bản: chu kỳ nghỉ chu kỳ hoạt động Mỗi chu kỳ máy DMA bao gồm số trạng thái, Tên ghi Độ dài( bit) số lượng co trạng thái, trạng thái chiếm chu Địa gốc 16 kỳ đồng hồ: Số từ gốc 16 - SI: Trạng thái không hoạt động, 8237 Địa tức thời 16 16 trạng thái khơng có u cầu DMA Số từ tức thời hợp lệ ,8237 nhận lệnh từ CPU trạng Trạng thái Lệnh thái Tạm thời - S0: trạng thái đầu trình phục Chế độ vụ DMA,khi chip DMA chuyển sang trạng Mặt nạ Yêu cầu DMA thái SI KiÕn tróc m¸y tÝnh - S1,S2,S3,S4: trạng thái làm việc DMA Lúc chip DMA trực tiếp điều khiển chuyển số liệu địa chỉ, tín hiệu điều khiển đọc/ viết tạo - SW: trạng thái đợi đựoc xen vào S3 S4 tác động đầu vào READY chip DMA SW cần thiết thời gian thâm nhập nhớ lớn 2.3 Các ghi bên 8237 Các ghi chip chia thành hai nhóm: nhóm ghi điều khiển, trạng thái nhóm ghi làm việc Bảng 4.2 liệt kê ghi 2.4 Chu kỳ nghỉ Khi khơng có yêu cầu DMA, 8237 chu kỳ nghỉ cách liên tục thực trạng thái SI Nó kiểm tra đường yêu cầu số liệu DQR vào tất chu kỳ đồng hồ, đồng thời kiểm tra chân chọn mạch CS để xem CPU có ý định gửi lệnh đến đọc/ghi thông số, trạng thái, chế độ DMA từ (hoặc vào) chip DMA hay không Nếu CS=0 HRQ = 0, 8237 tuân theo điều khiển chương trình CPU A0-A3 đầu vào địa để chọn ghi 8237 Những ghi ghi vào đọc tuỳ thuộc vào tín hiệu điều khiển đọc/ viết IORD IOWD CPU 2.5 Chu kì hoạt động Lúc chip DMA phát yêu cầu treo HRQ cho CPU Số liệu chuyển DMA chu kỳ theo chế độ sau: - Chế độ chuyển từ (Single Transfer Mode) - Chế độ chuyển mảng (Bolock Transfer) - Chế độ chuyển theo nhu cầu (Đeman Transfer) - Chế độ ghép tầng (Cascade mode) 2.6 Các chế độ ưu tiên 8237 làm việc chế độ ưu tiên khác theo quy định từ phần mèm: - Chế độ ưu tiên cố định: kênh có mức ưu tiên cao nhất, kênh có mức thấp - Chế độ ưu tiên vịng: kênh vừa phục vụ có mức ưu tiên thấp nhất, lúc lập chế độ kênh mức cao KiÕn tróc m¸y tÝnh 2.7 Làm việc với vi xử lý 8237 làm việc hai chế độ ưu tiên khác theo quy định phần mềm từ CPU là: chế độ ưu tiên cố định: kênh có mức ưu tiên cao nhất, kênh có mức thấp nhất; chế độ ưu tiên vòng: kênh vừa phục vụ có mức ưu tiên thấp nhất, lúc lập chế độ kênh mức cao Trước để DMAC làm việc, chương trình cần phải lập cho cho chế độ ưu tiên, mặt nạ (che) cho kênh, v.v quy định cho kênh địa DMA, đọ dài mảng (số đếm từ) cách ghi vào ghi 8237 theo quy định Trong q trình hoạt động, 8237 ln cập nhật trạng thái vào ghi trạng thái để vi xử lý độc thời điểm Thông tin trạng thái cho biết kênh DMA đạt đến số đếm kết thúc TC (terminal count) tức chuyển xong mảng số liệu có độ dài quy định ghi số đếm từ gốc, bị bắt buộc kết thúc chuyển tác động tín hiệu EOP vhờ phục vụ kênh có 8237 cịn nhận thực hai lệnh phần mềm vi xử lý: Lệnh xoá mạch lật bên nhằm để đưa trạng thái ban đầu trước đọc học viết địa số đếm từ vào 8237, Lệnh xố tồn có chức RESET lạnh: tất ghi lệnh, trạng thái, yêu cầu mạch lật bị xoá, ghi mặt nạ lập 8237 chuyển sang chu kì nghỉ Thanh ghi yêu cầu DMA: Hình 6: Thanh ghi yêu cầu DMA Thanh ghi lệnh: KiÕn tróc m¸y tÝnh Hình 7: Thanh ghi lệnh Thanh ghi chế độ : Hình :Thanh ghi chế độ Thanh ghi mặt nạ : Hình 9: ghi mặt nạ Định dạng cho ghi 10 KiÕn tróc m¸y tÝnh Kênh Thanh ghi Đọc CS TOR IOW A3 A2 A1 A0 Mạch /viết lật 0 Đọc 0 0 0 Viết 0 0 0 0 W8-W15 Đọc 0 1 0 0 W8-W15 1 0 0 1 0 0 1 0 Số từ gốc tức thời Số từ tức thời 0 0 11 số DB0-DB7 Địa gốc tức Viết thời Địa tức thời Bus liệu A0-A7 A8-A15 A0-A7 A8-A15 W0-W7 W0-W7 KiÕn tróc m¸y tÝnh Địa gốc tức Viết thời 0 Đọc 0 0 Viết 0 0 1 0 1 W8-W15 Đọc 0 1 0 1 W8-W15 1 0 1 0 1 0 Địa gốc tức Viết thời 0 0 0 Đọc 0 0 0 Viết 0 1 0 1 W8-W15 Đọc 0 1 0 1 W8-W15 1 0 0 1 0 1 Địa tức thời Số từ gốc tức thời Số từ tức thời Địa tức thời Số từ gốc tức thời Số từ tức thời 0 1 A8-A15 A0-A7 A8-A15 W0-W7 12 A0-A7 W0-W7 A0-A7 A8-A15 A0-A7 A8-A15 W0-W7 W0-W7 KiÕn tróc m¸y tÝnh Địa gốc tức Viết thời 0 Đọc 0 0 1 Viết 0 1 1 1 W8-W15 Đọc 0 1 0 1 W8-W15 1 0 1 1 1 1 1 Địa tức thời Số từ gốc tức thời Số từ tức thời 0 1 A0-A7 A8-A15 A0-A7 A8-A15 W0-W7 W0-W7 Các lệnh chip DMA-8237A Tín hiệu A3 IO W Lệnh A2 A1 A0 IO R 0 0 Đọc ghi trang thái 0 Nạp ghi lệnh 0 | không hợp lệ 0 1 Nạp ghi yêu cầu DMA 1 0 | không hợp lệ 1 Ghi bit cho ghi mặt na 1 | không hợp lệ 1 1 13 KiÕn tróc m¸y tÝnh 1 1 Nạp ghi chế độ 1 0 | không hợp lệ 1 0 Xoá mạch lật xong 1 Đọc ghi tạm thời 1 1 RESET DMA 1 0 | không hợp lệ 1 1 | không hợp lệ 1 1 | không hợp lệ 1 1 Ghi toàn ghi mặt na 1 1 1 Trong CPXC chip DMAC có khả phục vụ ngoại vi bit((các thiết bị có ghi bit) Trong máy PC AT (16 bit) có thêm chip DMAC gọi chủ (master) nối với vi xử lý Các chân HRQ HLDA chip DMAC tớ nối với kênh chip chủ để để nhằm cho kênh từ 0-3 có mức ưu tiên kênh chip chủ Các kênh 0-3 chủ quy ức kênh DMA từ 4-7 máy AT Bốn kênh chip tớ phục vụ cho ngoại vi bit, kênh tùe đến khơng sử dụng cấu hình cho thiết bị 16 bit Dưới liệt kê địa vào/ ghi điều khiển trạng thái DMA -8237A DMA (1) DMA (2) 08h 08h 09h 0Ah D0h D0h D2h D4h Đọc/viết (R/W) R W W W 14 Thanh ghi trạng thái lệnh yêu cầu DMA che kênh KiÕn tróc m¸y tÝnh 0Bh 0Fh D6h DEh R W chế độ DMA mặt nạ (1): chủ PC/XT, tớ AT; (2): chủ AT Các địa vào/ra ghi địa đếm số từ liệt kê đây: DMA (1) DMA(2) Thanh ghi 00h C0h địa kênh 0/4 01h C1h đếm kênh 0/4 02h C2h địa kênh 1/5 03h C3h đếm kênh 1/5 04h C4h địa kênh 2/6 05h C5h đếm kênh 2/6 06h C6h địa kênh 3/7 07h C7h đếm kênh 3/7 (1): chủ PC/XT, tớ AT, (2): chủ AT Chương trình sau ví dụ việc truyền số liệu từ khối nhớ có dải địa từ 10000h đến 13FFFh tớ khối nhớ có dải địa từ 14000h tới 17FFFh LATCHB CLEAR_FL CHO_ADD CH1_ADD CH1_CNT MODE CMMD MASKS REQ STATUS ; ghi vào ; ; ; ghi TRANSFER EQU 10h EQU 7CH EQU 70H EQU 72H EQU 73H EQU 7BH EQU 78H EQU EQU EQU ES:SI ES:DI CX khơng có PROG FAR PUSH AX ; chốt (B) ; địa F/L mạch lật ; địa kênh ; địa kênh ; đếm kênh ; địa ghi chế độ ; địa ghi lệnh ; địa ghi mặt nạ ; địa ghi yêu cầu DMA ; địa ghi trạng thái ; địa khối liệu cần truyền ; địa nơi đến ; số byte cần chuyển ; lập trình cho LatchB; MOV AX,ES MOV AL,AH SHR AL,1 SHR AL,1 SHR AL,1 SHR AL,1 OUT LatchB,AL ; xóa mạch lật; OUT CLEAR_FL,AL ; đặt địa nguồn vào kênh 0; 15 KiÕn tróc m¸y tÝnh MOV OUT MOV OUT ; đặt địa đích vào kênh 1; MOV OUT MOV OUT ; định số byte cần chuyển; MOV DEC OUT ; đặt chế độ; MOV OUT MOV OUT ; cho phép việc truyền; MOV OUT ; bỏ mặt nạ che kênh 1; MOV OUT ; yêu cầu DMA; MOV OUT ; AGAIN IN TEST JZ ; kết thúc thủ tục truyền; POP TRANSFER AX,SI CH0_ADD,AL AL,AH CH0_ADD,AL AX,DI CH1_ADD,AL AL,AH CH1_ADD,AL AX,CX AX CH1_CNT,AL AL,88H MODE,AL AL,85H MODE,AL AL,1 CMMD,AL AL,0EH
