Прямой доступ к памяти — DMA

Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access, DMA) — это обмен между системной памятью (ОЗУ) и устройством, выполняемый без непосредственно­го участия процессора. Обмен осуществляет контроллер прямого доступа. Для устройств ISA в архитектуре PC/AT присутствует централизованный контрол­лер DMA, совместимый с «исторической» микросхемой i8237A. Для устройств шины PCI (и всех ее «родственников») контроллер является частью устрой­ства — мастера шины (bus master). Штатного централизованного контроллера DMA, как это было в архитектуре ISA, для шины PCI нет1.

Многоканальный контроллер DMA, программируемый по командам от цен­трального процессора, присутствует на системной плате PC-совместимого ком­пьютера. Первоначально он использовался устройствами шины ISA, теперь он используется интегрированной традиционной периферией: контроллером НГМД, портами LPT и СОМ и некоторыми встроенными аудиосредствами. Процессор при обмене по DMA занят только инициализацией контроллера, ко­торая сводится к записи в его регистры нескольких байтов, задающих началь­ный адрес и размер пересылаемого блока памяти, направление и режим обмена. Затем обмен производят системная шина и контроллер DMA, а инициатором обмена выступает устройство, сигнализирующее контроллеру DMA о своей го­товности к обмену. Во время операций DMA процессор может продолжать ра­боту, если выбранный режим обмена не занимает всей пропускной способности шин, задействованных процессором в данный момент (шины памяти, шины PCI, через которые подключается ISA в современных компьютерах). Контрол­лер DMA можно считать простейшим сопроцессором ввода-вывода, разгружаю­щим центральный процессор от рутинных операций обмена.

В PC/AT доступны 7 каналов DMA: четыре 8-битных (номера 0-3) и три 16-битных (5-7), подключенные к первичному и вторичному контроллерам соответственно. Канал 4 требуется для каскадирования (соединения контролле­ров), канал 2 — для контроллера НГМД. Контроллеры DMA программно со­вместимы с микросхемами i8237, используемыми в первых моделях PC/XT и AT. Стандартные каналы и адреса регистров приведены в табл. 4.3.

16-битные каналы DMA 5-7 обеспечивают передачу только 16-битных слов по четным адресам. Они могут быть использованы и интеллектуальными устрой­ствами для прямого управления шиной (bus mastering) ISA, при этом контроллер DMA, фактически, лишь играет роль арбитра шины. Интеллектуальный кон­троллер может выполнять более эффективные процедуры обмена, чем стан­дартный контроллер DMA. Однако архитектура шины ISA ограничивает дос­тупное пространство памяти областью в 16 Мбайт, что по нынешним меркам маловато. «Заботливые» операционные системы (например, Novell NetWare) для таких адаптеров позволяют под буферы резервировать область в пределах младших 16 Мбайт.

В контроллерах 8237А регистры адресов и счетчики передач являются 16-раз­рядными. Для расширения разрядности адреса применяются внешние регистры страниц, загружаемые программно (и не модифицируемые автоматически). Это сковывает свободу использования контроллера: передача не должна пересекать границ 64-килобайтных (для 8-битных каналов) или 128-килобайтных (для 16-битных) страниц. Стандартные регистры страниц расширяют адрес только до 24 бит (адресуемо только 16 Мбайт ОЗУ). Ограничения на доступную па­мять для режима DMA в новых машинах могут быть сняты применением рас­ширенных регистров страниц, но об этих не совсем стандартных возможностях, конечно же, должно «знать» и программное обеспечение.

Для интерфейса ПУ каждый канал DMA представляется парой сигналов: за­прос обмена — DRQx, подтверждение обмена — DACKx#. В операциях по каналу DMA адресуется текущая ячейка памяти, адрес порта не фигурирует, а исполь­зуется только пара сигналов, соответствующая номеру канала.

Стандартный контроллер DMA на шине ISA с частотой 8 МГц работает медлен­но, даже в блочных передачах пропускная способность не превышает 1 Мбайт/с для 8-битных каналов и 2 Мбайт/с для 16-битных. Программно-управляемый ввод-вывод, выполняемый инструкциями REP INS/OUTS на той же шине, может работать в два раза быстрее. По этой причине для обмена данными с контроллерами жестких дисков стандартные каналы DMA использовали редко, предпо­читая обмен РЮ.

С появлением шин МСА и EISA появился новый контроллер DMA, программ­но-совместимый с контроллером AT, но имеющий и дополнительные возмож­ности конфигурирования. Он может работать в более производительных режи­мах (Туре А, В, С) со скоростями до 33 Мбайт/с. В системах PCI для обмена с устройствами системной платы возможно использование контроллеров DMA с типом Type F (режим одиночной передачи или передачи по запросу и только с инкрементом адреса).

По стандартным каналам DMA возможно обращение как к системной памяти (расположенной на системной плате), так и к памяти, подключенной к шинам ISA и PCI. Обращение к 8-разрядной памяти, расположенной на адаптерах, до­пустимо только по 8-битным каналам (преобразование циклов выполнять неко­му). Однако ПУ, использующие эти каналы, могут располагаться лишь в слотах ISA/EISA или на системной плате (контроллер НГМД, LPT-порт в режиме ЕСР или Fast Centronics, аудиокодек). Если эти устройства системной платы ис­пользуют каналы DMA, то данные каналы становятся недоступными для або­нентов шины ISA. Контроллерам АТА, расположенным на системной плате, стандартные каналы DMA не требуются.

На время переходного периода, связанного с «изживанием» шины ISA, потре­бовалась возможность эмуляции каналов DMA для устройств шины PCI, что было обусловлено требованием совместимости звуковых карт PCI с сущест­вующим программным обеспечением, которое во многих случаях работает с ап­паратными средствами напрямую, без каких-либо драйверов. Фактический стандарт на программную модель звуковой карты SB 16 подразумевает доставку цифрового потока по каналу DMA. Существуют два механизма эмуляции кана­лов DMA: PC/PCI и DDMA (см. 14.3). Механизм PC/PCI был разработан фирмой Intel для обеспечения возможности использования слотов ISA блок­нотными ПК, подключаемыми к док-станции по шине PCI. Альтернативное ре­шение — механизм DDMA (Distributed Direct Memory Access — распределен­ный прямой доступ к памяти). Как известно, контроллеры DMA для шины ISA располагаются на системной плате, и управление несколькими каналами вы­полняется через одни и те же регистры. DDMA позволяет «расчленить» стан­дартный контроллер и отдельные его каналы эмулировать средствами карт PCI. Оба этих механизма реализуемы только как часть моста между первичной шиной PCI и шиной ISA, поэтому их поддержка может обеспечиваться (или не обеспечиваться) лишь на системной плате и разрешаться в CMOS Setup. Для других карт расширения (например, адаптеров локальных сетей, контроллеров интерфейсов) задача эмуляции DMA не возникает, поскольку с ними ПО, как правило, работает через драйверы, поставляемые вместе с этими картами.

Поиск по сайту: