嵌入式系统及应用第13讲DMA.pdf

DMA —— 《嵌入式系统及应用》课程 刘春静 安徽信息工程学院 电气与电子工程学院 DMA • DMA(Direct Memory Access ，直接内存存取) • DMA 是所有现代电脑的重要特色，它允许 不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖 于CPU 的大量中断负载。否则， CPU 需要 从来源把每一片段的资料复制到寄存器，然 后把它们再次写回到新的地方。在这个时间 段内， CPU 就不能够进行其它的工作，从而 降低了 CPU 的效率 DMA • DMA 传输将数据从一个地址空间复制到另 外一个地址空间。当 CPU 初始化这个传输 动作，传输动作本身是由 DMA 控制器来 实现和完成。典型的例子就是移动一个外 部内存的区块到芯片内部更快的内存区。 类似这样的操作并没有让处理器工作拖延 ，反而可以被重新安排去处理其他的工作。 DMA 传输对于高效能嵌入式系统算法和网 络是很重要的。 DMA • 在实现 DMA 传输时，是由 DMA 控制器直接 掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转 移问题。 • 即 DMA 传输前， CPU 要把总线控制权交给 DMA 控制器，而在结束 DMA 传输后， DMA 控制器应立即把总线控制权再交回给 CPU 。 一个完整的 DMA 传输过程必须经过 DMA 请 求、DMA 响应、DMA 传输、DMA 结束4 个步骤。 DMA • DMA 传输无需 CPU 直接控制，也没有中断 处理那样保留现场和恢复现场的过程，通 过硬件为RAM 与I/O 设备开辟一条直接传 送数据的通路 ，使CPU 的效率大为提高。 DMA • DMA 的出现，使得外围设备可以通过 DMA 控制器直接访问内存，与此同时， CPU 可 以继续执行程序。那么 DMA 控制器与 CPU 怎样分时使用内存呢 ? DMA • 1. 停止CPU 访问内存 • 当外围设备要求传送一批数据时，由 DMA 控制 器发一个停止信号给 CPU ，要求CPU 放弃对地 址总线、数据总线和有关控制总线的使用权。 DMA 控制器获得总线控制权以后，开始进行数 据传送。在一批数据传送完毕后， DMA 控制器 通知 CPU 可以使用内存，并把总线控制权交还 给 CPU 。很显然，在这种 DMA 传送过程中， C PU 基本处于不工作状态或者说保持状态。 DMA • 1. 停止CPU 访问内存（续） • 优点：控制简单，适用于数据传输率很高的设备进行 成组传送 • 缺点：在 DMA 控制器访问内存阶段，内存的效能没有 充分发挥，相当一部分内存工作周期是空闲的。这是 因为，外围设备传送两个数据之间的间隔一般总是大 于内存存储周期 ，即使高速I/O 设备也是如此。 • 例如，软盘读出一个 8 位二进制数大约需要 32us ，而 半导体内存的存储周期小于 0.5us ，因此许多空闲的 存储周期不能被 CPU 利用 DMA • 1. 停止CPU 访问内存（续） DMA • 2. 周期挪用 • 当 I/O