輸入與輸出接口課件

第五章微機與外設(shè)的數(shù)據(jù)交換5.1微機與外設(shè)的數(shù)據(jù)交換方式5.28259中斷控制器5.38237DMA控制器5.4多功能I/O接口芯片82380本章學(xué)習(xí)目標(biāo)8259的工作原理及組成結(jié)構(gòu)。8237的工作原理及組成結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體的芯片編寫出可執(zhí)行的匯編語言程序。5.1微機與外設(shè)的數(shù)據(jù)交換方式

請求方式數(shù)據(jù)交換硬件支持性能特點查詢方式軟件查詢外設(shè)狀態(tài)軟件進行數(shù)據(jù)傳送獨占CPU無其他硬件定時協(xié)調(diào)好CPU效率低中斷方式硬件發(fā)生中斷請求中斷程序傳送數(shù)據(jù)中斷控制器8259等CPU分時操作、中斷處理費時DMA方式DMAC轉(zhuǎn)發(fā)總線請求DMAC控制數(shù)據(jù)傳送DMA控制器8237等DMA硬件控制需CPU參與通道方式CPU建立I/O操作信息表IOP讀信息表控制I/O操作IO協(xié)處理器8089等IOP控制傳數(shù)CPU其它操作◆查詢、中斷、DMA是CPU控制I/O方式5.2.18259PIC結(jié)構(gòu)8259的讀寫邏輯讀寫邏輯A0D4D3操作001x10DB→ICW1

000010DB→OCW2000110DB→OCW301xx10DB→ICW2、ICW3、ICW4或OCW10001查詢中斷碼、ISR、IRR→DB0101IMR→DB5.2.15.2.28259的編程

1.ICWA0D7D6D5D4D3D2D1D00A7A6

A51LTIMADISNGLIC41

A15

T7A14

T6A13

T5A12

T4A11T3A10A9A8芯片控制1:電平觸發(fā)0:邊緣觸發(fā)調(diào)用間隔1:間隔為40:間隔為81:單片0:級聯(lián)方式1:需要ICW40:不需ICW4(1)初始化命令字ICW1(2)初始化命令字ICW28080/8085中斷程序入口8086/8088中斷類型碼1S7S6S5S4S3S2S1S0ID2ID1ID01000SFNMBUFM/SAEOIPM1:特殊全嵌套0:一般全嵌套0x:非緩沖方式11:緩沖方式(主)10:緩沖方式(從)1:自動EOI0:正常EOI1:8086/80880:8080/8085(3)初始化命令字ICW3（主從控制）主:從:(4)初始化命令字ICW4（工作方式）1.ICWA01:有從片0:無從片從片標(biāo)志代碼主從控制：

主ICW3：Si=1→IRi上有從片的標(biāo)記。從ICW3：ID2ID1ID0這最低3位為聯(lián)向主IRi的從片標(biāo)志代碼。主從片都存在自己的級聯(lián)緩沖/比較器。級聯(lián)響應(yīng)時：：主片輸出響應(yīng)從片的標(biāo)記對應(yīng)的標(biāo)志代碼，從片都把CAS2～CAS0上代碼與自己標(biāo)志代碼比較。：確認被響應(yīng)的從片輸出中斷向量號。1.ICW

全嵌套：（1）一般全嵌套：IRi響應(yīng)→ISRi=1，屏蔽IRi—IR7。IRi接從8259，主ISRi=1時，IRi上來自從8259上更高的中斷請求不能響應(yīng)。（2）特殊全嵌套：IRi響應(yīng)→ISRi=1，屏蔽IRi+1—IR7，允許同級和高級請求中斷。結(jié)束中斷：EOI送從片清ISR位→讀從片ISR為全0時→EOI送主片清ISR位。5.2.2(5)初始化命令字的編程順序5.2.2開始ICW1(A0=0，D4=1)ICW2(A0=1)SNGL=0?（級聯(lián)方式）ICW3(A0=1)IC4=1?ICW4(A0=1)準備接受中斷YYNN開始ICW1(A0=0，D4=1)ICW2(A0=1)SNGL=0?（級聯(lián)方式）ICW3(A0=1)IC4=1?ICW4(A0=1)準備接受中斷2.OCW0RSLEOI00L2L1L0設(shè)置L2L1L0指定的IRL2L1L0：IR的優(yōu)先級碼（BCD）1:循環(huán)優(yōu)選級0:固定優(yōu)選級0:自動中斷結(jié)束。EOIA01:中斷完成之后需要發(fā)送中斷結(jié)束命令。5.2.2OCW2:2.OCWICW1—AEOI1：↓→ISRi←00：OCW2—SL和EOI01：EOI命令：清最高級ISRi11：SEOI命令：清L2L1L0指定ISRi(2)優(yōu)先級（a）固定優(yōu)先級：IR0~~IR7（最低）(1)中斷結(jié)束5.2.2OCW2的編程:2.OCW(2)優(yōu)先級（續(xù)）(b)循環(huán)優(yōu)先級：RSLEOIL2L1L0101EOI時，優(yōu)先級循環(huán)至剛服務(wù)的IR最低111SEOI時，優(yōu)先級循環(huán)至L2L1L0指定的IR最低100AEOI時，置優(yōu)先級循環(huán)000AEOI時，清優(yōu)先級循環(huán)110置L2L1L0指定的IR優(yōu)先級最低5.2.23.OCW的編程(1)特殊屏蔽（a）一般屏蔽通過OCW1，使8259A中的屏蔽寄存器IMR中的一位或若干位置1來屏蔽IRR對應(yīng)位的中斷源。一個中斷源的屏蔽不影響其他中斷源的請求。當(dāng)某一中斷請求被響應(yīng)時，ISR中相應(yīng)位置1，屏蔽了同級（一般全嵌套方式）和較低級中斷請求。

IMRi=1→IRi被屏蔽，不影響IR上操作

ISRi=1→IRi—IR7被屏蔽（FUM）/IRi+1—IR7被屏蔽（SFUM）5.2.23.OCW的編程(1)特殊屏蔽（續(xù)）（b）特殊屏蔽方式在某些希望一個中斷服務(wù)程序能動態(tài)改變系統(tǒng)優(yōu)先級結(jié)構(gòu)的場合，常采用特殊屏蔽方式。即在此中斷服務(wù)程序中，用OCW1將屏蔽寄存器中本級中斷的對應(yīng)位置1，即將本級中斷屏蔽；然后寫入OCW3，使ESMM=1、SMM＝1，這樣使中斷服務(wù)寄存器中當(dāng)前對應(yīng)位自動清0，為開放較低級中斷請求提供可能。特殊屏蔽方式總是在中斷處理程序中使用的。采用這種方式后，由于本級中斷在中斷服務(wù)程序中被屏蔽，對外界來說，好像CPU未處理任何中斷。這樣即使是最低級中斷請求，也會得到響應(yīng)。需要特殊屏蔽方式復(fù)位時，給8259A送OCW3，使ESMM=1、SMM＝0；然后送OCW1，使本級中斷的屏蔽位清除，最后向8259A送中斷結(jié)束命令結(jié)束服務(wù)。

OCW3——ESMM,SMM=11

IMRi=1IRi被屏蔽，允許未被IMR屏蔽

ISRi=1的中斷請求

5.2.23.OCW的編程(2)查詢中斷

IF=0隨后的（當(dāng)=0）作為→ISR位置1

OCW3P=1IN的IRR中最高級IR二進制代碼→DB（A0=0）

IxxxxW2W1W0

0:無中斷1:有中斷

二進制碼→轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序

用途：1.無需中斷響應(yīng)，節(jié)省存儲空間2.把中斷擴大到64級以上

一種用軟件確定中斷請求位的方式，一般在一個中斷服務(wù)程序可為幾個中斷設(shè)備服務(wù)的場合使用。其特點是外設(shè)仍通過8259A申請中斷（可為邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā)，由ICW1設(shè)置）。但8259A卻不使用INT信號向CPU申請中斷；CPU內(nèi)部將IF復(fù)位，禁止CPU用硬件響應(yīng)中斷請求；CPU用軟件查詢確定中斷源，從而實現(xiàn)對設(shè)備的中斷服務(wù)。CPU的查詢命令是通過OCW3的P=1設(shè)置來實現(xiàn)的，CPU隨后的IN指令作為中斷響應(yīng)。若有中斷請求，便識別出最高級的中斷請求，使ISR中相應(yīng)位置位，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。5.2.28259的級聯(lián)圖5.2.38259的級聯(lián)2.初始化主、從8259都要分別設(shè)置ICW1—SNGL←0ICW2：各自分別設(shè)置ICW3：主片設(shè)置連從片的IRi的標(biāo)記從片設(shè)置連主片的IRi的標(biāo)志代碼ICW4：主片SFUM←1，從片SFUM←0

BUF和M/S根據(jù)情況設(shè)置其它各自按情況設(shè)置3.中斷過程（1）IR0~IR7中1或幾條請求有效，IRRi←1（2）優(yōu)先級判優(yōu)電路根據(jù)IRR、IMR、ISR的狀態(tài)選出未屏蔽的最高優(yōu)先級的IRRi作為INT→CPUINTR（3）當(dāng)IF＝1，在指令結(jié)束時，CPU響應(yīng)中斷。5.2.38259的級聯(lián)（4）CPU處理中斷向量號，保護現(xiàn)場，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。（5）中斷嵌套中斷服務(wù)程序中IF＝1，允許嵌套。優(yōu)先級高的中斷請求可以中斷優(yōu)先級低的中斷服務(wù)。主片SPUM方式下允許同一從片實行中斷嵌套。（6）中斷服務(wù)（7）中斷結(jié)束非AEOI要發(fā)EOI命令，清除ISRi位，恢復(fù)標(biāo)志和斷點返回主程序在SPUM要發(fā)送兩次EOIEOI→從8259，測試從8259的ISR為全0，EOI→主8259不為0，不向主8259發(fā)EOI中斷處理程序舉例……OLD0C DD ？……CODE SEGMENT ……MOV AX,350CH ;保存原來的0CH中斷向量INT 21HMOV WORD PTROLD0C，BXMOV WORD PTROLD0C+2，ESMOV AX,CODE ;寫入新的0CH中斷向量MOV DS，AXMOV DX，OFFSETSERVICEMOV AX，250CHINT 21H…… ;其它程序段;中斷處理子程序;中斷處理子程序SERVICE PROC PUSHA ;保護現(xiàn)場

PUSH DS STI ;打開中斷 …… ;串口數(shù)據(jù)處理程序 ……

CLI ;關(guān)閉中斷

POP DS ;恢復(fù)現(xiàn)場

POPA IRETSERVICE ENDP讀(IOR)表8237A寄存器口地址寫(IOW)I/O口地址寄

存

器00讀通道0當(dāng)前地址寄存器寫通道0基地址與當(dāng)前地址寄存器01讀通道0當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器寫通道0基字節(jié)計數(shù)與當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器02讀通道1當(dāng)前地址寄存器寫通道1基地址與當(dāng)前地址寄存器03讀通道1當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器寫通道1基字節(jié)計數(shù)與當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器04讀通道2當(dāng)前地址寄存器寫通道2基地址與當(dāng)前地址寄存器05讀通道2當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器寫通道2基字節(jié)計數(shù)與當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器06讀通道3當(dāng)前地址寄存器寫通道3基地址與當(dāng)前地址寄存器07讀通道3當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器寫通道3基字節(jié)計數(shù)與當(dāng)前字節(jié)計數(shù)寄存器08讀狀態(tài)寄存器寫命令寄存器09--寫請求寄存器0A--寫單個屏蔽位的屏蔽位寄存器0B--寫工作方式寄存器0C--寫清除先/后觸發(fā)器命令0D讀暫存寄存器寫清除命令(總清)0E--寫清4個屏蔽位的屏蔽寄存器0F--寫4個屏蔽位的屏蔽寄存器

8237A寄存器口地址5.3.28237內(nèi)部寄存器和編程1.內(nèi)部寄存器及軟件命令(1)地址R（2）字計數(shù)R基地址R當(dāng)前寄存器的初值，自動預(yù)置時重送給當(dāng)前R;基字計數(shù)R與當(dāng)前R同時裝入，不能讀出當(dāng)前地址R：DMA傳送的MEM地址，自動±1，自動預(yù)置時，產(chǎn)生,重裝當(dāng)前字計數(shù)R：DMA未傳送的字節(jié)數(shù)，自動減1減過0（0－1=FFFFH）時，置TC位初始化為比要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)少1的值5.3.28237內(nèi)部寄存器和編程(3)工作方式R（寫，0BH）（每個通道都有一個)D7D6D5D4D3D2D1D0傳送方式地址增減自動預(yù)置操作類型CH選擇01：單次傳送，1次1字節(jié)，兩單次傳送總線釋放至少1周期10：成組傳送連續(xù)，TC/為止00：請求傳送連續(xù)，TC//DREQ無效為止11：級聯(lián)傳送：上級DREQ←下級HRQ上級DACK→下級HLDA0：地址增1：地址減1：允許自動預(yù)置0：禁止自動預(yù)置00：檢驗，不傳送01：寫I/O———→M10：讀M———→I/O11:無效00：CH001：CH110：CH211：CH3DATADATAD7D6D5D4D3D2D1D00:禁止存儲器到存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送1:允許存儲器到存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送

0:禁止保持通道0地址（當(dāng)前）1:允許保持通道0地址（當(dāng)前）

0:正常時序1:壓縮時序

0:固定優(yōu)先級1:循環(huán)優(yōu)先級0:DACK低電平有效1:DACK高電平有效0:DREQ高電平有效1:DREQ低電平有效

0:選擇滯后寫1:選擇擴展寫(4)命令寄存器（寫，08H）0：允許DMAC工作1：禁止DMAC工作(5)請求寄存器（寫09H，寫請求R單個位）D7D6D5D4D3D2D1D0不用

00:CH001:CH110:CH211:CH3

0:清請求位1:置請求位①DMA請求可以通過DREQ硬件輸入和編程軟件請求→請求標(biāo)志位②請求位不能屏蔽，有規(guī)定的優(yōu)先級③M→M用寫CH0的請求位啟動④清請求R中相應(yīng)位，RESET信號和主清命令總清請求R⑤軟件請求一般用于成組類的DMA傳送(6)屏蔽寄存器（寫0AH、0FH、0EH）每CH一位，置屏蔽位，禁止本CHDREQ有效請求進入請求R

①寫屏蔽R單個位（寫0AH）②寫屏蔽R所有位（寫0FH）D7D6D5D4D3D2D1D0不用

0:清CH0屏蔽位1:置CH0屏蔽位

0:清CH1屏蔽位1:置CH1屏蔽位

0:清CH2屏蔽位1:置CH2屏蔽位

0:清CH3屏蔽位1:置CH3屏蔽位D7D6D5D4D3D2D1D0不用

00:CH001:CH110:CH211:CH3

0:清屏蔽位1:置屏蔽位(6)屏蔽寄存器（寫0AH、0FH、0EH）（續(xù)）③清屏蔽R所有命令位（寫0EH）清除屏蔽R所有位，各CH均允許DMA請求DREQ※當(dāng)某CH設(shè)置為非自動預(yù)置時，置相應(yīng)屏蔽位

RESET信號和主清命令總置屏蔽R所有位。(7)軟件命令①主清命令：OUT0DH,AL;同RESET信號：清命令、狀態(tài)、請求、暫存寄存器和先/后觸發(fā)器，置各通道的屏蔽標(biāo)志。②清先/后觸發(fā)器命令：OUTOCH,AL;寫16位二進制數(shù)時，自動翻轉(zhuǎn)。③清屏蔽寄存器命令：OUTOEH,AL;清所有屏蔽位D7D6D5D4D3D2D1D0CH3CH2CH1CH0CH3CH2CH1CH0(8)狀態(tài)寄存器（讀08H）CHi請求DMA服務(wù)和響應(yīng)時置1TC=1/=0→置1RESET＝1/讀狀態(tài)寄存器→清0(9)暫存寄存器（讀0DH）①M→暫存寄存器→M②最后一個字節(jié)可讀③RESET清除2.8237初始化編程MOVAL,04H;檢測前禁止8237工作OUT08H,ALOUT0DH,AL;主清除命令……MOVAL,00HOUT08H,AL;寫命令寄存器MOVAL,0FFHOUT01H,AL;裝字計數(shù)寄存器低8位PUSHAXOUTO1H,AL;裝高8位MOVAL,58HOUT0BH,AL;寫CH0方式寄存器MOVAL,00HOUT0AH,AL;清CH0屏蔽位5.3.3

8237的工作

流程和時序

（1）初始化8237：起始地址、數(shù)據(jù)長度、工作方式、操作類型等。（2）外設(shè)→8237=1→8237HRQ=1→CPUHOLD=1→CPUHLDA=1→8237HLDA=1→8237=1→外設(shè)。（3）DMA周期①當(dāng)前地址R輸出高8位地址→DB7—DB0→ADSTB↓時存入地址鎖存器→AEN=1送上A15—A8；當(dāng)前地址R輸出低8位地址→A7—A0。②8237發(fā)，讀出數(shù)據(jù)送D7—D0；8237發(fā)，DB上數(shù)據(jù)送入外設(shè)/存儲器。③一個DMA周期后，當(dāng)前地址R+/-1，當(dāng)前字計數(shù)器R減1，根據(jù)設(shè)定的工作方式，重復(fù)或終止。DMA工作過程（4）當(dāng)前字計數(shù)器R計數(shù)終止（TC），發(fā)出有效，終止DMA傳送。自動預(yù)置：基寄存器－>當(dāng)前寄存器，請求位、屏蔽位不變；非自動預(yù)置：復(fù)位請求位、置屏蔽位、HRQ＝0、釋放總線。（5）存儲器之間傳送需要2個總線周期8個狀態(tài)，必須由軟件置源通道CH0的請求位啟動，也可以對外部作出響應(yīng)。這種方式可用于塊搜索，當(dāng)一個數(shù)據(jù)比較器檢測到匹配時，向8237發(fā)有效的來終止搜索。DMA工作過程（續(xù)）5.3.4PC系列機中的DMA控制系統(tǒng)1PC/XT中的DMA控制邏輯2、PC/AT中的DMA系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)利用級聯(lián)的IBMPC/AT的8237主片通道5，將內(nèi)存其始地址為80000H的280H字節(jié)的內(nèi)容直接輸出到外部設(shè)備。

3．應(yīng)用舉例

MOV AL,04H ;命令字,禁止82C37工作

OUT D0H,AL ;寫命令寄存器

MOV AL,0 OUT D8H,