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CPUはこれを見ると,HOLDA信号を - 解除します. そしてCPUは自らの -MEMR, -MEMW, -IOR, -IOW 信号および - アドレス線を有効にし, 命令の実行やメインメモリや周辺機器へのアクセスを - 再開します. - - 典型的なフロッピーディスクの1セクタについては, 上記のプロセスが - それぞれのバイトについて1回行われ, 全部で512回繰り返されます. - 1バイト転送される毎に,DMAC内のアドレスレジスタはインクリメントされ, - 同じくDMAC内にある, 何バイト転送すればよいかを示すカウンタが - デクリメントされます. - - カウンタが0になると, DMAはEOP信号を送ります. この信号は - カウンタが0であり, DMAコントローラがCPUによって再び - プログラムされるまで, これ以上データは転送されないことを - 示すものです. - - このイベントはターミナルカウント(TC)とも呼ばれます. - EOP信号は1本しかありません. そして, 一度にアクティブにできる - DMAチャネルは一本だけなので, 現在アクティブであるDMAチャネルこそが, - たった今処理を終了したDMAチャネルだと言うことができます. - - もし, バッファの転送が完了した時に周辺機器から割り込みを発生させたい - とき, 周辺機器は -DACKn信号およびEOP信号の両方が同時に発信されたか - どうかをテストします. その場合, DMACはCPUの介在がなければ - これ以上はその周辺機器についての情報を転送しません. - その後で, 周辺機器はプロセッサに割り込みを生じさせるために, - 何らかの割り込み信号を発生させることができます. PCアーキテクチャ - においては, DMAチップ自身が割り込みを生じさせることはできません. - 周辺機器とそれに関連するハードウェアが割り込みを生成する責任を - 持ちます. また, DMAを使用する周辺機器が割り込みを使用しない - 可能性もあります. - - DMACが要求を出したときにはCPUは常にバスをDMACに開放しますが, - この動作は, DMACがアクティブになった時にプロセッサが命令を実行するのに - かかる時間がわずかに変化することを除いては, アプリケーション, - オペレーティングシステムの両方からはわからないということを - 理解することが重要です. - そのため, プロセッサが確かにDMA転送が完了したことを知るためには, - 周辺装置やDMAチップ中のレジスタを調べたり,周辺装置からの割り込みを - 受け取る必要があります. - - -<sect1><heading>DMA ページレジスタ および 16メガ アドレス空間制限</heading> - - <p>これまで述べたのとは異なり, DMACはアドレス線を 0x0123456 にセットする - 代わりに 0x3456 だけをセットすることにあなたは気づいたかも - しれません. この理由について少し説明します. - - オリジナルのIBM PCがデザインされた時, IBMは, DMACと割込み制御チップの - 両方を, 8085(8ビットプロセッサで, 16ビットのアドレス空間(64k)を持つ)と - 組み合わせて使うように設計されたチップを使うことを選びました. - IBM PCが64k以上のメモリをサポートしていたため, - DMACが64kを越えるメモリ番地に読み込み又は書き込みを行うために - 変更を行う必要が生じました. - この問題を解決するためにIBMが行ったのは, それぞれのDMAチャネルに, - 読み込み元または書き込み先のアドレスの上位ビットを保持するための - 外部的なラッチを追加することでした. - DMAチャネルがアクティブな時はいつでも, - このラッチの内容はアドレスバスに書かれて, そのチャネルのDMA操作が - 終了するまでそこに保持されます. - IBMはこれらのラッチを「ページレジスタ」と呼んでいます. - - そのため上記に示した例では, DMACはアドレスの0x3456の部分をバス上に - 置き, DMAチャネル2に対するページレジスタは, 0x0012xxxxをバス上に - 置きます. これらの2つの値が組み合わされてアクセスされるメモリ中の完全な - アドレスを形成します. - - ページレジスタのラッチはDMAチップとは独立であるので, - 読み込まれる又は書き込まれるメモリ領域は, 64kの物理的境界を - またいではなりません. 例えば, もし - DMACがメモリの0xffff番地をアクセスした場合, データの転送後, - DMACはアドレスレジスタをインクリメントし, 0x0000番地にある次のバイトを - アクセスします. 0x10000番地ではありません. - これはおそらく意図されたものとは異なっているでしょう. - - <quote><em>注:</em> 「物理的な」 64Kの境界を 8086モードの - 64k「セグメント」と混同してはいけません. セグメントは, セグメント - レジスタに数学的にオフセットレジスタを加算して作られるものです. - ページレジスタにはアドレスのオーバーラップも無く,数学的に - ORを取られることもありません. </quote> - - さらに複雑なことには, PC/ATでは外部のDMAアドレスのラッチは - 8ビットしか保持しません. よって8+16で24ビットになり, これは - DMAが0から16メガの間のメモリ番地しか指し示せないことを - 意味します. 16メガ以上のメモリを持ったより新しいマシンにおいても, - 標準的なPCコンパチブルなDMAでは16メガ以上のメモリ番地には - アクセスできません. - - この制限を避けるために, オペレーティングシステムは - 16メガ以下にある物理的な64kの境界をまたがない領域にRAMバッファを - 予約します. そして, DMACはデータを周辺機器からそのバッファに - 転送するようにプログラムされます. 一旦DMACがこのバッファに - データを動かすと, オペレーティングシステムは本当にデータを - 格納したいアドレスにバッファからデータをコピーします. - - 16メガを越えるアドレスからDMAベースの周辺機器にデータを - 書き込む際には, データは16メガ以下に位置したバッファから最初に - コピーされなくてはならず, その後, DMACはバッファからハードウェアに - データをコピーすることができます. FreeBSDでは, これらの予約バッファは - 「バウンスバッファ」と呼ばれます. MS-DOSの世界では, - これらは「スマートバッファ」などと呼ばれます. - - <quote><em>注意:</em> 82374と呼ばれる8237の新しい実装においては, - ページレジスタを16ビットで指定して, バウンスバッファを使用しなくても, - 32ビットのアドレス空間全体にアクセスすることが可能です.</quote> - - - <sect1><heading>DMA操作モードとその設定</heading> - - <p>8237 DMA はいくつかのモードで動作します. 主なモードは, - 以下のとおりです. - -<descrip> - - <tag>シングル転送モード</tag> - シングルバイト(もしくはワード)が転送されます. - DMAは1バイト毎にバスを開放し, - 再び要求しなくてはなくてはなりません. - これは一般に, すぐにはデータのブロック全てを転送できないデバイスに - よって使用されます. - 周辺装置は次の転送の準備ができる毎にDMAを要求します. - - 標準的なPCコンパチブルなフロッピーディスクコントローラ(NEC 765)は - 1バイトのバッファしか持たないので, このモードを使用します. - - - <tag>ブロック/デマンド転送モード</tag> - 一旦DMACがシステムバスを取得すると, 最大64kまでのデータブロック - 全体が転送されます. - もし周辺装置が余分に時間を必要とするときは, - 転送を一時中断するためにREADY信号を有効にします. - READY信号は過度に使われるべきではなく, 遅い周辺装置の転送の場合は - シングル転送モードを代わりに使うべきです. - - ブロック転送モードとデマンド転送モードの違いは, 一旦ブロック転送が - 始まると,転送カウンタか0になるまでそれが行われるところです. - DRQは-DACKが有効になるまでの間は有効でなければなりません. - デマンドモードはDRQが有効な間転送が続けられます. - DRQが有効でなくなった場合, DMAはその時点で転送を中断し, - バスを解放してCPUに返します. - その後、DRQが有効になると, 転送は中断したところから再開されます. - - データの転送, 特に転送に使われるメモリ番地が16Mを越える場合に, - CPUを使った方が効率がよくなるまでCPUの速度が向上する以前の - 古いハードディスクコントローラはデマンドモードを使っていました. - - - <tag>カスケード転送モード</tag> - このメカニズムはDMAチャネルがバスを要求することを許可する - ものですが, 接続されたデバイスはバス上のアドレス情報の配置に - ついてDMACに代わって責任を持ちます. - これは「バスマスタ」と呼ばれる技術の実装に利用されます. - - カスケードモードのDMAチャネルがバスのコントロールを受け取ると, - DMAは通常行われるようなバス上のアドレスとI/Oコントロール信号の - 出力を行いません. 代わりに, DMAはアクティブなチャネルの -DACK信号を - 有効にします. - - この時点で, アドレスとバスコントロール信号の供給は - DMAチャネルに接続された周辺機器が担当します. - 周辺機器はシステムバスの完全なコントロールを行い, - 16メガ以下の任意のアドレスの読み込みおよび書き込みを行うことが - できます. 周辺機器はバスの使用を終えるとDRQ線を無効にするので, - DMAコントローラはCPUもしくは他のDMAチャネルに制御を返すことが - できます. - - カスケードモードは複数のDMAコントローラを相互接続するのに - 使われます. PC内ではDMAチャネル4がまさにこの用途に使われています. - 周辺機器がDMAチャネル0, 1, 2, 3でバスを要求すると, - スレーブDMAコントローラは HLDREQ を有効にしますが, - この線はCPUではなく, 実際にはプライマリDMAコントローラのDRQ4に - 接続されています. - その後, チャンネル4になにか仕事があるものと見なしたプライマリの - DMAコントローラは HLDREQ を使ってCPUにバスを - 要求します. バスが与えられると, -DACK4が有効になりますが, - この線は実際にはスレーブDMAコントローラの HLDA信号に - 接続されています. - スレーブDMAコントローラはその後要求したDMAチャネル - (0, 1, 2, 3) に対してデータを転送するか, SCSIコントローラのような - バスマスタリングを要求する周辺機器にバスを許可します. - - このような配線がおこなわれているため, PC/ATシステムの - 周辺機器ではDMAチャネルは - 0, 1, 2, 3, 5, 6, 7のみが使用できます. - - <quote><em>注:</em> - 初期のIBM PCコンピュータでは, DMAチャネル0は操作の - リフレッシュのために予約されていますが, - 最近のシステムでは通常, 周辺機器によって使用することができます. - </quote> - - 周辺機器がバスマスタリングを行っている時は, - システムバスを保持している間絶えずメモリにもしくはメモリから - データを転送することが重要です.もし, 周辺機器がこのように - できないときは, システムがメインメモリのリフレッシュを - 行なえるようにしばしばバスを開放しなくてはなりません. - - 全てのPCでメインメモリとして使われるダイナミックRAMは, - 中身が「満たされている」ビットを保持するため - 頻繁にアクセスされなくてはなりません. - ダイナミックRAMは, それぞれが1ビットのデータを記憶するコンデンサが - たくさん集まって構成されています. これらのコンデンサは充電された - 状態で"1", 充電されていない状態で"0"を表します. - 全てのコンデンサは放電するため, "1"の値を保持するために, - 一定の間隔で電力を加える必要があります. - 実際にRAMチップはRAMの適切な場所に電力を送る作業を行ないますが, - メモリのリフレッシュ作業がRAMを普通にアクセスする時と - 衝突しないように, それをいつ行なうかを - コンピュータが休止状態の時に知らせなくてはなりません. - もしコンピュータがメモリのリフレッシュを行なえない場合は, - メモリの中身はわずか数ミリ秒で壊れてしまいます。 - - メモリの読み込みと書き込みのサイクルはリフレッシュサイクルとして - カウントされる(ダイナミックRAMのリフレッシュサイクルは - 実際には不完全なメモリ読み込みサイクルになります)ので, - 周辺機器のコントローラが連続するメモリ番地からデータの読み込み - または書き込みを行う間は, メモリの全てがリフレッシュされます. - - バスマスタリングはいくつかのSCSIホストインターフェースやその他の - ハイパフォーマンスな周辺機器コントローラに見られます. - - - <tag>自動初期化転送モード</tag> - このモードにおいてDMAはバイト, ブロック, デマンド転送を行いますが, - DMA転送カウンタが0になると, カウンタとアドレスはDMAチャネルが - もともとプログラムされた時のものに戻されます. - これは, 周辺機器が転送を要求している間は転送が続けられることを - 意味します. - 転送領域としてDMACにプログラムされた固定バッファの中で, - 出力操作でDMACがデータを読み出す前もって新しいデータを - 書き込んだり入力操作でDMACが書き込んだあとに, - そこから新しいデータを読み出す作業はCPUが受け持ちます. - - このテクニックは, サンプリング用のバッファが小さいもしくは - それを持たないオーディオデバイスによく使われます. - この「環状」バッファの管理は更なるCPUオーバーヘッドになりますが, - DMAカウンタが0になり, 再プログラムされるまでDMAが停止してしまう - ことによって起きる遅延は, この方法でしかなくす事ができない - 場合もあります. - </descrip> - - <sect1><heading>DMAのプログラミング</heading> - - <p>プログラムされるDMAチャネルは, 通常, 設定を行う前に - 「マスクする」べきです. - これはハードウェアが予期せずそのチャンネルに対してDRQを有効に - した場合, たとえ全てのパラメータが - 満たされてない場合や更新されていない場合でも, DMACは - それに応答してしまう可能性があるからです. - - マスクを行ってから,ホストは転送の方向(メモリからI/O, - もしくはI/Oからメモリ)と, 転送に使用するDMA操作のモード - (シングル, ブロック, デマンド, カスケードなど)を設定し, 最後に - アドレスや転送の長さを設定します. - 設定される長さはDMACに転送させたい量よりも1少なくなります. - アドレスや転送長のLSBとMSBは同じ8ビットI/Oポートに書き込まれます. - そのためDMACが最初のバイトをLSBとして, 2番目のバイトをMSBとして - 受け取ることを保証するために, 最初に別のポートに書き込みを行なって - LSBとMSBの判別を行なうフリップフロップをクリアしておく必要があります. - - そして,DMAのページレジスタを更新します. これはDMACの外部にあり - I/Oポートの別のセットを通してアクセスされます. - - すべての設定ができると, DMAチャネルはマスクを解除することができます. - そのDMAチャネルは「準備ができた」とみなされ, そのチャンネルのDRQが - 有効になると応答します. - - 8237のプログラミングの正確な詳細については, - ハードウェアデータブックを参照してください. - PCシステムにおけるI/Oマップについても参照する必要があるでしょう. - このマップにはDMAおよびページレジスタのポートがどこに位置するのかを - 書いてあります. 以下に完全なポートのマップテーブルを示します. - - - <sect1><heading>DMAポートのマップ</heading> - - <p>IBM-PCとPC/ATに基づくすべてのシステムでは, 同じI/Oポートに配置された - DMAハードウェアを持っています. その完全なリストを以下に示します. - DMAコントローラ2に割り当てられたポートは, AT以外のデザインでは - 未定義になっています. - -<sect2><heading>0x00 - 0x1f DMA コントローラ #1 (Channels 0, 1, 2 and 3)</heading> - -<p>DMA アドレス および カウントレジスタ - -<verb> -0x00 write Channel 0 starting address -0x00 read Channel 0 current address -0x01 write Channel 0 starting word count -0x01 read Channel 0 remaining word count - -0x02 write Channel 1 starting address -0x02 read Channel 1 current address -0x03 write Channel 1 starting word count -0x03 read Channel 1 remaining word count - -0x04 write Channel 2 starting address -0x04 read Channel 2 current address -0x05 write Channel 2 starting word count -0x05 read Channel 2 remaining word count - -0x06 write Channel 3 starting address -0x06 read Channel 3 current address -0x07 write Channel 3 starting word count -0x07 read Channel 3 remaining word count -</verb> - -DMA コマンドレジスタ - -<verb> -0x08 write Command Register -0x08 read Status Register -0x09 write Request Register -0x09 read - -0x0a write Single Mask Register Bit -0x0a read - -0x0b write Mode Register -0x0b read - -0x0c write Clear LSB/MSB Flip-Flop -0x0c read - -0x0d write Master Clear/Reset -0x0d read Temporary Register (新しいバージョンでは利用不可) -0x0e write Clear Mask Register -0x0e read - -0x0f write Write All Mask Register Bits -0x0f read Read All Mask Register Bits (Intel 82374にのみ存在する) -</verb> - -<sect2><heading>0xc0 - 0xdf DMA コントローラ #2 (Channels 4, 5, 6 and 7)</heading> - -<p>DMA アドレス および カウントレジスタ - -<verb> -0xc0 write Channel 4 starting address -0xc0 read Channel 4 current address -0xc2 write Channel 4 starting word count -0xc2 read Channel 4 remaining word count - -0xc4 write Channel 5 starting address -0xc4 read Channel 5 current address -0xc6 write Channel 5 starting word count -0xc6 read Channel 5 remaining word count - -0xc8 write Channel 6 starting address -0xc8 read Channel 6 current address -0xca write Channel 6 starting word count -0xca read Channel 6 remaining word count - -0xcc write Channel 7 starting address -0xcc read Channel 7 current address -0xce write Channel 7 starting word count -0xce read Channel 7 remaining word count -</verb> - -DMA コマンドレジスタ - -<verb> -0xd0 write Command Register -0xd0 read Status Register -0xd2 write Request Register -0xd2 read - -0xd4 write Single Mask Register Bit -0xd4 read - -0xd6 write Mode Register -0xd6 read - -0xd8 write Clear LSB/MSB Flip-Flop -0xd8 read - -0xda write Master Clear/Reset -0xda read Temporary Register (Intel 82374には存在しない) -0xdc write Clear Mask Register -0xdc read - -0xde write Write All Mask Register Bits -0xdf read Read All Mask Register Bits (Intel 82374にのみ存在する) -0xdf read Read All Mask Register Bits -</verb> - -<sect2><heading>0x80 - 0x9f DMA ページレジスタ</heading> - -<p><verb> -0x87 r/w Channel 0 Low byte (23-16) page Register -0x83 r/w Channel 1 Low byte (23-16) page Register -0x81 r/w Channel 2 Low byte (23-16) page Register -0x82 r/w Channel 3 Low byte (23-16) page Register - -0x8b r/w Channel 5 Low byte (23-16) page Register -0x89 r/w Channel 6 Low byte (23-16) page Register -0x8a r/w Channel 7 Low byte (23-16) page Register -0x8f r/w Low byte page Refresh -</verb> - -<sect2><heading>0x400 - 0x4ff 82374 Enhanced DMA Registers</heading> - -<p> -Intel 82374 EISA System Component (ESC)は1996年の初めに発表されました. この中 -には機能的には8237のスーパーセットであり, 1つのパッケージの中にその他の -PC互換機のコアとなる周辺コンポーネントをも含んだDMAコントローラも含まれています. -このチップはEISAとPCI両方のプラットホームをターゲットにしたものであり, -scatter-gather I/O やリングバッファを始めとして, システムDMAをして32ビットの -アドレス空間全体に直接アクセスする能力も提供しています. - -<p> -これらの機能を使用する場合でも, 過去16年間のPC互換機で利用されてきた -同等機能を提供するコードも含めておく必要があります. 互換性の問題から, 82374の -レジスタの一部は, 従来の8237のレジスタをプログラムした<em>後</em>に, -転送の度にプログラムされる必要があります. 8237のレジスタに書き込みを行うとき, -ソフトウェアの下位互換性のために, 82374で追加された一部のレジスタの内容が -強制的に0にクリアされるからです. - - -<p><verb> -0x401 r/w Channel 0 High byte (bits 23-16) word count -0x403 r/w Channel 1 High byte (bits 23-16) word count -0x405 r/w Channel 2 High byte (bits 23-16) word count -0x407 r/w Channel 3 High byte (bits 23-16) word count -0x4c6 r/w Channel 5 High byte (bits 23-16) word count -0x4ca r/w Channel 6 High byte (bits 23-16) word count -0x4ce r/w Channel 7 High byte (bits 23-16) word count - -0x487 r/w Channel 0 High byte (bits 31-24) page Register -0x483 r/w Channel 1 High byte (bits 31-24) page Register -0x481 r/w Channel 2 High byte (bits 31-24) page Register -0x482 r/w Channel 3 High byte (bits 31-24) page Register -0x48b r/w Channel 5 High byte (bits 31-24) page Register -0x489 r/w Channel 6 High byte (bits 31-24) page Register -0x48a r/w Channel 6 High byte (bits 31-24) page Register -0x48f r/w High byte page Refresh - -0x4e0 r/w Channel 0 Stop Register (bits 7-2) -0x4e1 r/w Channel 0 Stop Register (bits 15-8) -0x4e2 r/w Channel 0 Stop Register (bits 23-16) -0x4e4 r/w Channel 1 Stop Register (bits 7-2) -0x4e5 r/w Channel 1 Stop Register (bits 15-8) -0x4e6 r/w Channel 1 Stop Register (bits 23-16) -0x4e8 r/w Channel 2 Stop Register (bits 7-2) -0x4e9 r/w Channel 2 Stop Register (bits 15-8) -0x4ea r/w Channel 2 Stop Register (bits 23-16) -0x4ec r/w Channel 3 Stop Register (bits 7-2) -0x4ed r/w Channel 3 Stop Register (bits 15-8) -0x4ee r/w Channel 3 Stop Register (bits 23-16) -0x4f4 r/w Channel 5 Stop Register (bits 7-2) -0x4f5 r/w Channel 5 Stop Register (bits 15-8) -0x4f6 r/w Channel 5 Stop Register (bits 23-16) -0x4f8 r/w Channel 6 Stop Register (bits 7-2) -0x4f9 r/w Channel 6 Stop Register (bits 15-8) -0x4fa r/w Channel 6 Stop Register (bits 23-16) -0x4fc r/w Channel 7 Stop Register (bits 7-2) -0x4fd r/w Channel 7 Stop Register (bits 15-8) -0x4fe r/w Channel 7 Stop Register (bits 23-16) - -0x40a write Channels 0-3 Chaining Mode Register -0x40a read Channel Interrupt Status Register -0x4d4 write Channels 4-7 Chaining Mode Register -0x4d4 read Chaining Mode Status -0x40c read Chain Buffer Expiration Control Register - -0x410 write Channel 0 Scatter-Gather Command Register -0x411 write Channel 1 Scatter-Gather Command Register -0x412 write Channel 2 Scatter-Gather Command Register -0x413 write Channel 3 Scatter-Gather Command Register -0x415 write Channel 5 Scatter-Gather Command Register -0x416 write Channel 6 Scatter-Gather Command Register -0x417 write Channel 7 Scatter-Gather Command Register - -0x418 read Channel 0 Scatter-Gather Status Register -0x419 read Channel 1 Scatter-Gather Status Register -0x41a read Channel 2 Scatter-Gather Status Register -0x41b read Channel 3 Scatter-Gather Status Register -0x41d read Channel 5 Scatter-Gather Status Register -0x41e read Channel 5 Scatter-Gather Status Register -0x41f read Channel 7 Scatter-Gather Status Register - -0x420-0x423 r/w Channel 0 Scatter-Gather Descriptor Table Pointer Register -0x424-0x427 r/w Channel 1 Scatter-Gather Descriptor Table Pointer Register -0x428-0x42b r/w Channel 2 Scatter-Gather Descriptor Table Pointer Register -0x42c-0x42f r/w Channel 3 Scatter-Gather Descriptor Table Pointer Register -0x434-0x437 r/w Channel 5 Scatter-Gather Descriptor Table Pointer Register -0x438-0x43b r/w Channel 6 Scatter-Gather Descriptor Table Pointer Register -0x43c-0x43f r/w Channel 7 Scatter-Gather Descriptor Table Pointer Register -</verb> - 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