如何用C語(yǔ)言對DMA控制器編程？

摘要：詳細地分析了PC/AT機系統的DMA(直接存儲器存取)控制器結構及其傳輸方式，并給出了C語(yǔ)言編程實(shí)例。

DMA是英文DiretMemorAccess的縮寫(xiě)，即直接存儲器存取，DMA傳輸是PC機與外設

高速數據交換的重要方法，其一個(gè)典型應用是應用于聲卡的錄放音過(guò)程中，錄音時(shí)，CPU首先設置好聲卡和DMA的傳輸參數。當啟動(dòng)DMA數據傳輸(即開(kāi)始錄音)后，即由DMA控制器DMAC)按管PC總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，每次傳輸結束后，DMA控制器便歸還總線(xiàn)控制權，并申請CPU中斷，告之數據傳輸完畢，然后由中斷服務(wù)程序將DMA數據緩沖區中數據取走并準備下次數據傳輸(即錄音)，由于在傳輸過(guò)程中無(wú)需CPU干沙，因此在錄音期間CPU可以執行其它程序，這樣既極大地提高了數據傳輸速度又提高了CPU的執行效率，正是由于DMA的這些優(yōu)點(diǎn)，所以目前在工業(yè)控制領(lǐng)域的數據采集過(guò)程中都大量地采用了DMA數據傳輸方法。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(yǔ)言為例詳細介紹DMA編程方法。

1、PC/AT的DMA系統特點(diǎn)

PC/AT使用兩片8237A-5芯片組成級連結構，每片8237A-5芯片內部有4個(gè)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-一共能提供7個(gè)通道的DMA數據傳輸，在這7個(gè)通道中，除通道2作為軟盤(pán)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均留作擴充使用，在這7個(gè)DMA通道中，通道0~3按8位數據最大傳輸64KB設計;面通道5-7按16位數據最大傳輸64K字(128KB)設計，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機的24位地址空間尋址，在DMA系統中將PCAT機的16M空間分為多個(gè)物理頁(yè)面，從面保證了在DMA周期內只需16位地址尋址，因此DMA系統中為每個(gè)通道設置了一個(gè)DMA頁(yè)面寄存器，用以存放此物理頁(yè)面號。

對于8位傳輸通道0~3，由于芯片的地址使用字節邊界，即A15-A0為16位長(cháng)的字節地址，因此每頁(yè)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(cháng)的字地址，因此每頁(yè)可達128KB，計算地址偏移和計數個(gè)數時(shí)尤其應該性意兩者區別，對于DOS管理下的1M常規內存，頁(yè)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(yè)面內傳輸數據，因此當數據跨頁(yè)面存放時(shí)，我們必須分多次對其進(jìn)行數據傳輸，從面保證每次傳輸時(shí)數據都在同一頁(yè)面內。

3、DMAI/O地址

DMA控制器(DMAC)共有16個(gè)端口地址和4個(gè)頁(yè)面寄存器地址，共分為兩大類(lèi)：控制DMA狀態(tài)及設置數據地址。

在設置DMA傳輸數據時(shí)，要用到3個(gè)端口，分別是：頁(yè)面寄存器，地址(偏移)寄存器和數據計數器，表1給出了每個(gè)通道及其相應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置DMA的數據傳輸方式，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(xiě)(即內存一1/0卡)

49h：DMA讀(即1/0卡一內存)

(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(gè)DMA通道屏蔽或開(kāi)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(guò)程。DMA編程

4、DMA編程

通常，對某個(gè)DMA通道編程的步驟如下：

(1)保存原有中斷向量，設置新中斷向量，編寫(xiě)中斷服務(wù)程序，其主要內容為下一次DMA傳輸編程，輸出EO(中斷結束)至中斷控制器;或者是直接轉出(當不需再次DMA傳輸時(shí));

(2)DMAC初始化，包括設置方式控制字，屏數控制字及本次傳輸數據的頁(yè)面號，，頁(yè)面地址偏移及傳輸數據個(gè)數，必須特別注意的是DMAC的數據計數器比要傳輸的實(shí)際個(gè)數要少1;

(3)開(kāi)放該通道允許DMA中斷請求;

計數等，為考慮通用性，使用了目前普遍使用

(4)在程序結束時(shí)恢復中斷向量。

筆者已編制了一個(gè)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(gè)有關(guān)DMAC編程的通用用于BorlandC++系統中，程序中假設I/0卡函數，如DMAC控制塊參數的獲得，中斷向量產(chǎn)生的硬件中斷號是DREQ5，使用DMA通道及恢復設置，DMAC初始化，暫停DMA傳輸通道號1，讀者在應用過(guò)程中應根據實(shí)際I/O卡提繼續DMA傳輸，終止DMA傳輸，讀取已傳輸供的硬件中斷號及DMA通道號作相應修改。