??? 摘? 要: 介紹一種基于單片機系統的采用“RAM出讓 ”方式實現的DMA控制電路。模塊化設計，便于用可編程邏輯門陣列或集成電路芯片實現。給出其軟件接口子程序設計方案。
關鍵詞: 單片機系統? 直接存儲器存取(DMA)方式? 數據傳輸
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采用中斷或查詢方式時，單片機系統無法實現小于其指令周期的高速數據傳輸及數據采集。雖然近些年單片機速度不斷提高，但指令周期一般還在微秒量級，這就限制了單片機在高速數據傳輸領域內的應用，如網絡通訊、高速數據采集等。DMA(即外設與內儲存器之間數據直接傳輸)控制電路以其高效、高速、CPU資源占用少等特點已在PC機中成熟應用。在PC機中，它是通過安裝在主板上的專用DMA控制芯片或集成于外圍控制芯片中來實現的。單片機通常不具有DMA功能，也沒有現成的控制芯片可以利用。而且，由于總線和系統組成方面的差異無法將PC機中的DMA電路移植到單片機系統中。
另一方面，單片機系統不具備“總線出讓”功能，沒有類似總線響應、保持響應、總線有效等引腳功能，因此設計采用“指定RAM出讓”的方法。指定RAM是指連接在DMA控制器上的RAM。在DMA周期內系統通過控制線將此RAM交由DMA控制器和外設讀寫，構成“RAM出讓”。“RAM出讓”的突出優點是在DMA周期中，單片機依然可以對總線上的其他電路或組件進行操作。
本文所討論的DMA控制電路模塊可以采用可編程邏輯門陣列來實現，也可以加工成厚膜電路或集成電路芯片。
1 DMA與系統的連接及其結構框圖
DMA控制模塊在系統中的連接如圖1所示。
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1.1 DMA模塊與單片機的連接
單片機系統通過數據(DB)、地址(AB)、控制(CB)總線與DMA模塊連接。連接方式與連接RAM僅有較小的區別。主要在控制總線部分，除原有的讀寫控制線外須增加DMA允許輸入、DMA狀態輸出。
1.2 DMA模塊與RAM的連接
DMA模塊通過8位數據線、地址線和讀寫控制線與RAM連接。地址線個數由RAM空間大小決定，最大16線。
1.3 DMA模塊與外設的連接
連接外設有8位數據線，控制線包括DMA申請輸入、讀寫控制輸入、DMA響應輸出。
????DMA控制模塊的結構框圖如圖2所示。
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2 工作原理
2.1 工作過程
在允許DMA操作之前，必須在主程序中對DMA控制器初始化，寫入工作方式字和起、止地址。DMA控制器中的方式寄存器和地址發生器中的地址寄存器都是可尋址的口，其地址占用RAM的最高位5個字節(方式字1個，起始和結束地址各2個)。在數據寫入時，RAM中同時被寫入鏡象數據，因此控制字可以從同一地址讀出。
初始化設置包括以下信息:
·數據傳輸方向。即通過方式字中的相應位選擇數據向RAM寫入或由RAM讀出。
·數據傳輸方式。通過寫入方式字選擇傳輸方式，有字節傳輸、塊傳輸、請求傳輸三種方式。
·數據傳輸在存儲器中的起始地址和結束地址。這兩個寄存器包含在地址發生器模塊中。DMA傳輸時地址采用增1方式，所以要求結束地址高于起始地址。
初始化結束后，在主程序許可的情況下，發出DMA允許(DEN)信號，查詢DMA狀態(DS)或利用(DS)觸發中斷來判斷DMA結束。在等待結束過程中，單片機可以進行對非指定RAM的所有外部操作以及所有內部操作。下一次DMA傳輸需要重復設置、DMA允許、等待結束三個過程。
單片機置DEN有效即DMA允許，時序和邏輯模塊控制總線收發器1截止和總線收發器2開通，使得RAM連接由單片機切換至外設和DMA控制器，并根據方式寄存器的輸出，實現對數據傳輸方式和傳輸方向的控制。而在DMA禁止(DEN無效)時或DMA傳輸結束后，邏輯模塊控制總線收發器1開通和總線收發器2截止，使得RAM連接至單片機。
在DMA允許后，當有DMA申請(即DRQ有效)，控制器輸出DMA響應(DAK有效)通知外設可以進行數據傳輸，同時改變DMA狀態輸出(DS輸出有效)通知單片機。DMA傳輸結束可有三種不同方式:方式1為單字傳輸結束;方式2為RAM地址超出結束地址;方式3為DMA申請信號撤消(DRQ無效)。DMA結束，DS由高變低，觸發單片機中斷。單片機收到DMA結束信號后，輸出DMA禁止，進行數據處理。
2.2 地址產生電路
地址產生電路如圖3所示。
主地址發生器是一個16位可預置二進制計數器，預置的16位二進制數作為DMA傳輸的起始地址。SEN、EEN為計數器和鎖存器的寫入片選，各2根，高8位和低8位分2個地址寫入。CP為計數脈沖輸入，DMA每傳輸完一字節，CP收到一個計數脈沖，計數器輸出加1，指向下一個傳輸地址。
結束地址寫入16位鎖存器，高8位和低8位分兩個地址寫入。鎖存器輸出送數字比較器，與來自計數器輸出的地址比較，如果結束地址高于輸出地址則地址溢出輸出端OA輸出低電平。當計數器輸出地址高于結束地址時，OA端輸出高電平，該信號送邏輯模塊控制可作為DMA結束標志。
2.3 工作方式的選擇
時序與邏輯模塊根據方式字的選擇可實現不同傳輸方式的控制。如字節傳輸方式、塊傳輸方式、請求傳輸方式。
字節傳輸方式時，一次只做一個字節的數據傳輸。傳輸結束后釋放RAM，DAK無效，到單片機處理數據結束，重新DMA允許后才可以進行下一次傳輸。
塊傳輸方式要求結束地址高于起始地址，因為DMA地址輸出采用加1方式。起始地址和結束地址之間數據作為被傳輸的數據塊，直到整個數據塊傳輸結束后才釋放RAM。
請求傳輸方式與塊傳輸方式類似，但是要求DRQ在傳輸過程中保持有效。DRQ無效時DMA傳輸結束，釋放RAM。就是說它以DRQ無效作為DMA結束標志。
2.4 時序與邏輯電路
時序與邏輯電路設計需實現上述工作的邏輯功能。包括有:判斷單片機輸出DEN和DMA結束標記輸出總線控制;根據方式字所設的傳輸方向控制RAM的讀或寫有效;輸出地址進位脈沖;根據方式字中傳輸方式的選擇和DMA申請輸入DRQ輸出響應DAK;選擇DMA結束標記;當結束標記產生時輸出DMA結束操作。
總之，時序與邏輯電路的設計取決于對工作方式的選擇和DMA工作過程的設計考慮。
3 接口軟件設計
DMA控制器在系統中應用時可選擇采用結束查詢法或結束中斷法來判斷DMA的結束，接口子程序流程，見圖4所示。
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參考文獻
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