第9章 　DMA

第9章 　DMA
9.1 DMA：什么是DMA，它如何工作
Copyright © 1995,1997 Frank Durda IV , All Rights Reserved. 10 December 1996. Last Update 8 October 1997.

翻译 gvim

原文连接
http://www.freebsd.org/doc/en_US.ISO8859-1/books/developers-handbook/dma.html


直接内存访问(DMA)是一种传输数据的方式，它允许两个地址上的数据直接进行传输而无需CPU的介入。

DMA功能在不同计算机体系下的实现方式有所不同，因此这里的讨论只局限于IBM 个人计算机（IBM PC/AT以及它们的衍生系统）的DMA子系统的实现和工作方式上。
PC 上的DMA子系统使用的是Intel® 8237 DMA控制器。8237包含有四个DMA通道，这些通道可以被单独的编程，并且任何一个通道也可以在任何时刻被激活。

第一个DMA 控制器(0,1,2和3)在传输的时候一次只能移动一个字节(8-bits)。第二个DMA 控制器(4,5,6和7)在传输的时候一次可以从相邻内存空间里移动16-bits(2个字节)的数据。显然，进行传输的第一个字节一定来自偶数编号的地址上。

8237的每个通道上都有两个芯片信号引脚，一个是DRQ和-DACK。还有一些其他信号引脚，分别是 HRQ(请求保持信号), HLDA(应答保持信号), -EOP(过程结束信号), 和总线控制信号 –MEMR(内存读), -MEMW(内存写), -IOR(I/O读), -IOW(I/O写)。

8237 DMA 是一种“遥控型”的DMA控制器。这也就是说，在两个地址间移动的数据不会经过DMA芯片，也不会转储到DMA芯片上。因为这个特点，数据的DMA传输只可以在I/O端口和内存地址之间进行，而不可以发生在两个I/O端口或者两个内存区域之间。

注意：8237确实也可以工作在非“遥控型”的方式，只要把两个通道连接起来就可以进行内存到内存的DMA操作。不过在现实中的PC制造业中并没有制造商这样处理，因为DMA资源十分稀少，而且使用CPU进行内存间数据的移动比使用DMA要快不少。

在PC体系中，一般来说某个DMA通道仅在以下情况时被激活:如果某个硬件需要利用某个DMA通道进行数据的传输，它需要往DMA控制器的DRQ引脚发出请求信号。
9.1.1 DMA传输的例子

这里是一个例子，用来说明引发并执行DMA传输的步骤。在这个例子里，软盘控制器(FDC)从磁盘中读取一个字节，然后使用DMA将读取的数据存放在内存地址0x00123456上。

DMA 控制器检测到它的DRQ2引脚被触发。DMA控制器接下来首先需要验证DMA的2号通道已经被编程，并且该通道没有被屏蔽(即，可以被使用)。DMA还需要验证没有其他更高优先级的DMA通道是激活的（或者将要被激活）。仅当上面这些验证都通过了，DMA才会请求CPU释放对总线的控制权，转而由自己进行接管。DMA对总线控制权的请求，是通过发出HRQ(请求保持)信号来完成的，该信号被送往CPU。

CPU检测到HRQ信号，并将正在执行的指令执行完毕。一旦处理器不再需要总线，那CPU就释放它。现在，CPU的-MEMR, -MEMW, -IOR, -IOW 和其他一些信号线的引脚都处于高阻态(即不是高电平也不是低电平)，接着CPU向DMA控制器发出HLDA信号，通知DMA控制器“从此刻开始，总线的控制权可以被它接管”。

虽然CPU当前不再拥有总线控制权，不过根据处理器的设计，它仍可能继续执行一些指令。但是随着CPU指令的执行，可能有一些指令/数据不在cache或者流水线中，这些内容只能从内存上取得，那么CPU也只有等待总线了。

现在，总线的控制权属于DMA控制器，DMA使用它自己的-MEMR, -MEMW, -IOR, -IOW 输出信号使用总线，并且将0x3456发送到总线的地址线上。这个地址就是数据将被写入的内存地址。

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