如何用C语言对DMA控制器编程 - 全文

　　摘要：详细地分析了PC/AT机系统的DMA（直接存储器存取）控制器结构及其传输方式，并给出了C语言编程实例。

　　DMA是英文DiretMemorAccess的缩写，即直接存储器存取，DMA传输是PC机与外设

　　高速数据交换的重要方法，其一个典型应用是应用于声卡的录放音过程中，录音时，CPU首先设置好声卡和DMA的传输参数。当启动DMA数据传输（即开始录音）后，即由DMA控制器DMAC）按管PC总线进行数据传输，每次传输结束后，DMA控制器便归还总线控制权，并申请CPU中断，告之数据传输完毕，然后由中断服务程序将DMA数据缓冲区中数据取走并准备下次数据传输（即录音），由于在传输过程中无需CPU干沙，因此在录音期间CPU可以执行其它程序，这样既极大地提高了数据传输速度又提高了CPU的执行效率，正是由于DMA的这些优点，所以目前在工业控制领域的数据采集过程中都大量地采用了DMA数据传输方法。但是，由于DMA编程的资料较少，因此DMA编程一直是硬件编程方面的一个难点，本文将以C语言为例详细介绍DMA编程方法。

　　1、PC/AT的DMA系统特点

　　PC/AT使用两片8237A-5芯片组成级连结构，每片8237A-5芯片内部有4个独立的通道，分别以通道O-通道7表示。但由于通道4被用作第0片和第1片的级连，因此PC/AT系统-一共能提供7个通道的DMA数据传输，在这7个通道中，除通道2作为软盘DMA传输服务，通道0留给SDIC通信透配器外，其余通道0，1，3，5.6和7均留作扩充使用，在这7个DMA通道中，通道0~3按8位数据最大传输64KB设计;面通道5-7按16位数据最大传输64K字（128KB）设计，它们都支持寻址16MB空间的能力。

　　2、DMA通道地址产生方式

　　8237A-5只能管理16位地址（AI5-A0），但为了寻址PC/AT机的24位地址空间寻址，在DMA系统中将PCAT机的16M空间分为多个物理页面，从面保证了在DMA周期内只需16位地址寻址，因此DMA系统中为每个通道设置了一个DMA页面寄存器，用以存放此物理页面号。

　　对于8位传输通道0~3，由于芯片的地址使用字节边界，即A15-A0为16位长的字节地址，因此每页64KB，而对于16位传输通道5-7，由于芯片的地址使用字边界，即A16-AI（A0固定为0）为16位长的字地址，因此每页可达128KB，计算地址偏移和计数个数时尤其应该性意两者区别，对于DOS管理下的1M常规内存，页面分布图1所示：

　　从DMA通道地址产生方式，我们可以看出DMA控制器仅能在-个物理页面内传输数据，因此当数据跨页面存放时，我们必须分多次对其进行数据传输，从面保证每次传输时数据都在同一页面内。

　　

　　3、DMAI/O地址

　　DMA控制器（DMAC）共有16个端口地址和4个页面寄存器地址，共分为两大类：控制DMA状态及设置数据地址。

　　在设置DMA传输数据时，要用到3个端口，分别是：页面寄存器，地址（偏移）寄存器和数据计数器，表1给出了每个通道及其相应1/O口地址。

　

　　在控制DMAC的状态时，要用到另外3个端口，分别是：方式寄存器，屏蔽寄存器和清除寄存器。

　　（1）方式寄存器（地址为0Bh或D6h，分别为8位通道和16位通道地址）

　　此方式寄存器用于设置DMA的数据传输方式，其控制字格式如图2所示。

　

　　例如：我们经常用到的两个方式字为（假定选DMA通道1）：

　　45h：DMA写（即内存一1/0卡）

　　49h：DMA读（即1/0卡一内存）

　　（2）屏戴寄存器（地址为0Ah或D4h，分別为8位通道和16位通道地址）

　　此屏蔽寄存器用于使某个DMA通道屏蔽或开放DMA请求，其控制字格式如图3所示。

　　

　　（3）清除寄存器（地址为0Qh或D8h，分别为8位通道和16位通道地址）

　　当输出0到此端口时，将停止由屏蔽寄存器（地址为0Ah或D4h）所选定的DMA通道所有正在进行的过程。DMA编程

　　4、DMA编程

　　通常，对某个DMA通道编程的步骤如下：

　　（1）保存原有中断向量，设置新中断向量，编写中断服务程序，其主要内容为下一次DMA传输编程，输出EO（中断结束）至中断控制器;或者是直接转出（当不需再次DMA传输时）;

　　（2）DMAC初始化，包括设置方式控制字，屏数控制字及本次传输数据的页面号，，页面地址偏移及传输数据个数，必须特别注意的是DMAC的数据计数器比要传输的实际个数要少1;

　　（3）开放该通道允许DMA中断请求;

　　计数等，为考虑通用性，使用了目前普遍使用

　　（4）在程序结束时恢复中断向量。

　　笔者已编制了一个对DMA进行编控制的的TurboC2.0编程，程序也可以不加修改地使程序，此程序包括几个有关DMAC编程的通用用于BorlandC++系统中，程序中假设I/0卡函数，如DMAC控制块参数的获得，中断向量产生的硬件中断号是DREQ5，使用DMA通道及恢复设置，DMAC初始化，暂停DMA传输通道号1，读者在应用过程中应根据实际I/O卡提继续DMA传输，终止DMA传输，读取已传输供的硬件中断号及DMA通道号作相应修改。