DMA方式

原创作者：Daniel

时间：2017.9.29

地点：大连理工大学软件学院

DMA（Direct Memory Access）方式中与主存交换数据可采用三种方法：

1、停止CPU访存

一听名字就觉得挺LOW的，停止CPU访存，那CPU干什么。具体过程是，当外设要传送一批数据时，DMA接口向CPU发出一个停止信号，要求CPU放弃地址线、数据线、以及相关控制总线的使用权，由DMA接口接管总线的控制权，进行数据传输。在数据传输完成后，DMA接口通知CPU接手总线的使用权。

这种方式效率比较低下，CPU在DMA阶段不访问主存，但是DMA设备在数据准备阶段往往耗时，这就导致了主存没人用的情况。

2、 周期挪用（周期窃取）

当I/O设备发出DMA请求时，I/O设备挪用总线占用权一个或者几个主存周期，DMA接口不请求时，主存可以正常访问主存。

当DMA接口发出DMA请求时，可能出现三种情况：

1）CPU未访存，CPU直接同意将总线控制权转让

2）CPU正访存，CPU与DMA冲突，CPU继续执行当前访存，在此存取周期结束后，将总线控制权移交DMA

3）CPU与DMA同时访存，DMA优先级高于CPU

周期窃取实际上就发生在了2）3）步骤中。

3、DMA与CPU交替访问

即CPU的一次访存操作分成了两个部分，C1 and C2。C1专供CPU访存，C2专供DMA访存。总线在两端时间里又可以转换控制权，不需要进行申请。但是这种方式很明显缺乏灵活性。

DMA接口部件组成（以周期窃取为例）：

                                                                      

1、AR（address register）

用于存放需要与主存交换的数据地址，在DMA传输开始之前由CPU设定。每次传完一个word后由DMA控制逻辑 + 1 。

2、WC（words counter）

字计数器，存放一次传输的字规模，在DMA开始之前由CPU设定，一般存放字数的补码，每次传输后 ++，直到WC中数据最高位置0 的时候溢出，并将溢出信号传给中断机构。

3、DAR（device address register）

设备地址寄存器，用于存放I/O设备地址码，或者设备信息的存储地址。

4、DBR（data buffer register）

用来暂存每次需要传送的数据，通常为一个字。DBR内部由装配或拆解字信息的硬件逻辑

5、DMA控制逻辑

用来发出DMA请求和接受DMA允许，控制数据的传输，处理总线控制权的移交

6、中断机构

用来接受溢出信号。并且向CPU发出中断请求

DMA的工作过程：

1）预处理

由程序开启DMA传输过程，需要的初始量有

DMA传输方向，即读还是写

给DMA设备地址号，并启动设备

向AR中送入交换数据的主存地址

向WC中送入要交换数据的规模

2）数据传送

准备好一个字后，设备向DMA控制器发出请求

DMA控制器向CPU申请总线占用权

DMA接收CPU总线占用同意信号

DMA处理总线占用权的移交

DMA将AD中的地址送至总线，并且命令主存写

通知设备为下一个字做准备

将DBR中数送给数据总线

修改WC和AR中的值

DMA放弃总线占用

  重复上述过程直到数据溢出，发出中断

3）后处理

后处理需要CPU停止原来的程序，转到中断服务程序，校验主存数据是否正确，测试传送过程是否发生错误，若出错，转到错误处理程序。