Организация прямого доступа к памяти

В режиме прямого доступа к памяти (ПДП) обмен данными между ВУ и основной памятью микроЭВМ происходит без участия МП. Обменом в режиме ПДП управляет

не программа, выполняемая МП, а внешние по отношению к МП компоненты системы. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются в специальном контроллере контроллера ПДП.

Необходимость обмена данными в режиме ПДП вызывается двумя основными факторами:

1) при использовании режима ПДП появляется возможность начальной загрузки программ в основную память микроЭВМ из устройства ввода;

2) что наиболее важно, режим ПДП обеспечивает возможность использования в микроЭВМ быстродействующих внешних ЗУ, таких как НМЛ и НМД.

Требования, которые предъявляют эти ВУ к организации обмена, имеют свою специфику:

обмен производится, как правило, блоками фиксированного размера - от 128 байт и более;

порядок обмена определяется расположением информации на носителе, пропуск хотя бы одного символа недопустим и вызывает необходимость повторного обмена;

время, отводимое для обмена одним байтом, жестко ограниченно скоростью перемещения магнитного носителя относительно головок и не превышает, как правило, нескольких микросекунд.

Программно-управляемый обмен на один байт затрачивает, как мы видели, несколько команд МП. В итоге для нынешних микроЭВМ время обмена одним байтом в режиме программно-управляемого обмена превышает максимально допустимое время обмена одним байтом с внешним ЗУ. Такой обмен обеспечивает ПДП микроЭВМ, при котором время на обмен одним байтом данных между памятью и внешним ЗУ равно циклу памяти.

Для реализации режима ПДП необходимо организовать взаимодействие контроллера ПДП и памяти микроЭВМ. В принципе можно было бы создавать и использовать специальные МА и МД для связи ИК ПДП и памяти. Однако такой подход на практике чрезмерно усложнил бы микроЭВМ, особенно при подключении нескольких внешних ЗУ. Поэтому ИК ПДП подключается к МА и МД системного интерфейса. Но тогда возникает проблема совместного использования магистралей процессором и контроллером ПДП. Имеются два основных способа ее решения:

1) реализация обмена в режиме ПДП с "захватом цикла";

2) реализация обмена в режиме ПДП с блокировкой процессора.

Имеются две разновидности ПДП с "захватом цикла". Наиболее простой способ состоит в том, что для обмена используются те машинные циклы МП, в которых он не обменивается данными с памятью. При этом возникает проблема выделения (идентификации) таких циклов.

В некоторых МП формируется специальный управляющий сигнал, указывающий циклы, в которых МП не обменивается с памятью. При использовании других МП для выделения таких циклов необходимо применение в ИК ПДП специальных селектирующих схем, что усложняет их конструкцию.

Рассмотренный способ организации режима ПДП не замедляет работы микроЭВМ (МП), но при этом ПДП-обмен возможен только в случайные моменты времени одиночными байтами (словами).

Наиболее распространен ПДП с захватом цикла и принудительным отключением МП от магистралей. Для его организации МУ микроЭВМ снабжается двумя линиями для передачи управляющих сигналов, которые далее будут называться "требование ПДП" (ТПДП) и "Предоставление ПДП" (ППДП). Для MicroBus это HOLD и HLDA, для Q-Bus - ТПД и ППД.

Сигнал ТПДП формируется ИК ПДП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь ее завершения, выдает сигнал ППДП и отключается от магистралей. С этого момента магистрали управляются ИК ПДП, который реализует обмен байтом (словом) с памятью микроЭВМ и, сняв сигнал ТПДП, разрешает управление магистралями МП. Как только ИК ПДП будет готов к проведению обмена следующим байтом, он вновь захватывает цикл МП и т.д.

В промежутках между сигналами ТПДП МП продолжает выполнять команды программы. В итоге ее выполнение замедляется, но в меньшей степени, чем при обмене в режиме прерывания.

Для ПДП необходима предварительная подготовка: для каждого ВУ надо указать (выделить) область памяти для обмена через, например, начальный адрес и ее размер. Поэтому ИК ПДП имеет в своем составе РА и Сч байтов (слов).

Перед началом обмена с ВУ в режиме ПДП МП должен выполнить программу загрузки. Эта программа обеспечивает запись в указанные регистры ИК необходимые сведения. Ее следует отличать от начальной загрузки программы в память микроЭВМ через ПДП. В этом случае содержимое РА и Сч байтов устанавливается переключателями или перемычками на плате ИК.

В целом любой сеанс обмена данными с ВУ в режиме ПДП инициируется программой МП и включает в себя два этапа.

1. Подготовка ВУ к очередному сеансу обмена. МП в режиме программно-управляемого обмена опрашивает состояние ВУ (его готовность к обмену) и посылает ВУ команды подготовки. Например, команды перемотки ленты, перемещения головок. Затем выполняется загрузка регистров ИК. На этом подготовка заканчивается, и МП переключается на выполнение другой программы.

2. Обмен данными в режиме ПДП. Начинается после завершения подготовительных операций по инициативе либо ВУ, либо МП.

ПДП с блокировкой процессора отличается от ПДП с захватом цикла, т.е. от первого способа совместного использования магистралей тем, что управление магистралями передается ИК не на время обменом одним байтом, а на время обмена блоком данных. Такой режим необходим, когда из-за высокой скорости обмена не имеет смысла (или невозможно) вести побайтовый (пословный) обмен. Такая ситуация возникает, когда МП не успевает выполнить хотя бы и одну команду между очередными операциями обмена.

В микроЭВМ можно использовать несколько ВУ, работающих в режиме ПДП. Предоставление им магистралей производится на приоритетной основе. Приоритеты могут реализовываться так же, как и в случае сигналов прерывания (см.рис.4.10) с соответствующей заменой их на ТПДП и ППДП.

ИК ПДП реализуется в виде отдельной БИС. Например, в серии КР580 - это БИС КР580ВТ57. Она управляет работой четырех независимых каналов ПДП с учетом приоритетов подключенных к ним ВУ.

Управление работой каждого канала ПДП осуществляется с помощью двух 16-разрядных регистров - начального адреса (РА) и регистра управления (РУ). В 14 младших разрядах РУ размещается Сч данных. Передаваемый массив поэтому не может превышать 16 кбайт. В Сч данных записывается число на 1 меньше длины передаваемого массива. 15-й и 14-й разряды управляют типом операций обмена: 00 - контроль; 01 - ЗП в память; 10 - ЧТ из памяти; 11 - запрещено к использованию.

Связь этого ИК с системным интерфейсом осуществляется программным путем по МД через двунаправленный буфер данных. Адресуются внутренние регистры по линиям (шинам) А3...А0 МА.

Помимо указанных регистров в описываемый ИК входят: регистр режима (РР), определяющий общие функции ИК, в т.ч. приоритеты каналов ПДП, а также регистр состояния (РС), отображающий состояние окончания счета, т.е. окончание передачи массива данных по соответствующим каналам ПДП.

Приоритеты каналов могут быть либо фиксированными, либо циклическими, т.е. последнему обслуженному запросу присваивается низший приоритет, а приоритеты остальных запросов изменяются в круговой последовательности.

Для формирования 16-разрядного адреса памяти на МА системного интерфейса ИК ПДП КР580ВТ57 требуется внешний 8­разрядный регистр. В этот регистр в начале цикла ПДП ИК с помощью специального строба записывает по шине данных МД восемь старших разрядов адреса А15...А8. Входы этого регистра подключаются к линиям А15...А8 МА системного интерфейса, а младшие разряды адреса формируются на выходах А7...А0 ИК.

Глава 5. СРЕДСТВА ОТЛАДКИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ

СИСТЕМ

Практика показывает, что невыявленные на стадии проектирования ошибки проекта дорого обходятся пользователям МПС. Эти системы потребовали разработки принципиально новых методов и средств отладки. Перед их рассмотрением уделим внимание ряду основных понятий из этой области.

Дата добавления: 2014-12-16