基于Linux嵌入式系统的ISA总线DMA的实现

　　1.DMA概述

　　DMA是外设与主存之间的一种数据传输机制。一般来说，外设与主存之间存在两种数据传输方法：(1)Pragrammed I/O(PIO)方法，也即由CPU通过内存读写指令或I/O指令来持续地读写外设的内存单元(8位、16位或32位)，直到整个数据传输过程完成。 (2)DMA，即由DMA控制器(DMA CONtroller，简称DMAC)来完成整个数据传输过程。在此期间，CPU可以并发地执行其他任务，当DMA结束后，DMAC通过中断通知CPU数 据传输已经结束，然后由CPU执行相应的ISR进行后处理。

　　DMA技术产生时正是ISA总线在PC中流行的时侯。因此，ISA卡的DMA数据传输是通过ISA总线控制芯片组中的两个级联8237 DMAC来实现的。这种DMA机制也称为“标准DMA”(standard DMA)。标准DMA有时也称为“第三方DMA”(third-party DMA)，这是因为：系统DMAC完成实际的传输过程，所以它相对于传输过程的“前两方”(传输的发送者和接收者)来说是 “第三方”。

　　标准DMA技术主要有两个缺点：(1)8237 DMAC的数据传输速度太慢，不能与更高速的总线(如PCI)配合使用。(2)两个8237 DMAC一起只提供了8个DMA通道，这也成为了限制系统I/O吞吐率提升的瓶颈。

　　鉴于上述两个原因，PCI总线体系结构设计一种成为“第一方DMA”(first-party DMA)的DMA机制，也称为“Bus Mastering”(总线主控)。在这种情况下，进行传输的PCI卡必须取得系统总线的主控权后才能进行数据传输。实际的传输也不借助慢速 的ISA DMAC来进行，而是由内嵌在PCI卡中的DMA电路(比传统的ISA DMAC要快)来完成。Bus Mastering方式的DMA可以让PCI外设得到它们想要的传输带宽，因此它比标准DMA功能满足现代高性能外设的要求。

　　随着计算机外设技术的不断发展，现代能提供更快传输速率的Ultra DMA(UDMA)也已经被广泛使用了。本为随后的篇幅只讨论ISA总线的标准DMA技术在Linux中的实现。记住：ISA卡几乎不使用Bus Mastering模式的DMA;而PCI卡只使用Bus Mastering模式的DMA，它从不使用标准DMA。

　　2.Intel 8237 DMAC

　　最初的IBM PC/XT中只有一个8237 DMAC，它提供了4个8位的DMA通道(DMA channel 0-3)。从IBM AT开始，又增加了一个8237 DMAC(提供4个16位的DMA通道，DMA channel 4-7)。两个8237 DMAC一起为系统提供8个DMA通道。与中断控制器8259的级联方式相反，第一个DMAC被级联到第二个DMAC上，通道4被用于DMAC级联，因此 它对外设来说是不可用的。第一个DMAC也称为“slave DAMC”，第二个DMAC也称为“Master DMAC”。

　　下面我们来详细叙述一下Intel 8237这个DMAC的结构。

　　每个8237 DMAC都提供4个DMA通道，每个DMA通道都有各自的寄存器，而8237本身也有一组控制寄存器，用以控制它所提供的所有DMA通道。