14 总线技术和DMA控制器

学习笔记
作者: MingXiao

14.1 总线概述

分类

  • 根据传输类型：数据/地址/控制，电源总线
  • 根据在位置：片内/间，内/外总线
  • 根据传输方式：串行总线，并行总线

总线数据传输的四个步骤

  1. 申请（Arbitration）：多个主模块提交申请，仲裁机构确定授权给谁
  2. 寻址（Addressing）
  3. 传输（Data Transferring）：主从模块之间进行数据传输
  4. 结束（Ending）：主从模块的有关信息撤出总线，让给下一个模块

14.2 总线的性能指标

总线频率：总线每秒能传输数据的次数，和时钟频率区分

总线宽度：20bit等

总线带宽：总线最大数据传输速率，单位MB/s

  • 并行总线的带宽：总线宽度 / 8 * 总线频率；但是宽度越大，总线之间的干扰越严重，故不会很大
  • 串行总线的带宽：用高频率取得高带宽，用多条管线增加效率；带宽 = 总线频率 * 管线数 / 8

同步方式：

  • 同步：总线上主从模块依次传输时间固定，用时钟统一，速度快
  • 异步：应答式传输，灵活，适应性高，但是带宽小

总线复用：分时复用，如8086的AD0-AD15

信号线数：所有总线的数目之和，与性能无关

寻址能力：\(2^{宽度}\)

定时协议：同步/异步等同步手段

14.3 代表性总线

  • PC总线，第一台IBM PC机的总线，共62根信号线，用于PC/XT机；数据线8bit

  • ISA，Industry Standard Architecture，工业标准体系结构，一种总线标准，总线频率8MHz

    用于8086的PC/AT机和386/486机，共98根信号线；数据线16bit，地址线24bit，中断15bit，DMA通道8bit

  • PCI，Peripheral Component Interconnect，周边部件互连，总线频率为33.3/66.6MHz；数据线32bit；在ISA总线和CPU之间，形成独特的中间缓冲隔绝，高速外设可以直接接在PCI总线上；速度快，局部总线

  • PCI-E，Express，升级的高速总线

  • USB，Universal Serial Bus，通用串行总线，外部总线

USB总线的数据传输

传输的是D+, D-上的差动信号，幅度3.3V；将0/1信号定义为：电压跳变/电压保持

这样的定义称为不归零反转编码NRZI（Non-Return-to-Zero Inverted Code）

但是这样有一个问题：当一长串的1输入时双方会丢失同步，使用为填充在连续的6个1后添加0；接收方采用同一套标准，会自动丢弃这个0

14.4 DMA控制器

在10.1节提到过，Direct Memory Access

基本功能

  • 控制数据传输
    1. 向CPU的HOLD引脚发出DMA请求信号
    2. CPU响应后，DMAC（Controller）获得总线控制权，控制数据的传输，CPU停止工作
    3. 传送完，发送DMA结束信号EOP
  • 提供读/写MEM/IO的各种命令
  • 确定数据传输的起始地址、目的地和长度，每传送一个数据就修改地址，长度-1

8237A

具有4个具有优先级的、64K地址和字节计数能力的DMA通道，每个通道的请求可以接受/拒绝

有两种工作状态

  • 从态：开始DMA传输前，是系统总线的从属
  • 主态：控制总线的数据传输

每个通道有4种传送方式，分别是

  • 单字节传送：每次只传送1B数据
  • 块数据传送：连续传输一批数据
  • 请求传送：连续传输，每传送1B后都要测试DREQ，若无效则马上停止
  • 级联传送：连接多个8237A扩充DMA通道

任一通道完成数据传输后，会产生EOP信号，结束传输；也可由外界产生引入

自动预置：该通道完成一次 DMA 传送，出现 EOP信号后，又能自动恢复有关寄存器的初值，继续执行另一次 DMA 传送



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