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如何解決CPU與DMA控制器同時(shí)訪問(wèn)內(nèi)存的問(wèn)題？

: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2018-07-20

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DMA原理：DMA(Direct Memory Access，直接內(nèi)存存取) 是所有現(xiàn)代電腦的重要特色，他允許不同速度的硬件裝置來(lái)溝通，而不需要依于 CPU 的大量中斷負(fù)載。否則，CPU 需要從來(lái)源把每一片段的資料復(fù)制到暫存器，然后把他們?cè)俅螌懟氐叫碌牡胤?。在這個(gè)時(shí)間中，CPU 對(duì)于其他的工作來(lái)說(shuō)就無(wú)法使用。 DMA 傳輸將數(shù)據(jù)從一個(gè)地址空間復(fù)制到另外一個(gè)地址空間。當(dāng) CPU 初始化這個(gè)傳輸動(dòng)作，傳輸動(dòng)作本身是由 DMA 控制器來(lái)實(shí)行和完成。典型的例子就是移動(dòng)一個(gè)外部?jī)?nèi)存的區(qū)塊到芯片內(nèi)部更快的內(nèi)存區(qū)。像是這樣的操作并沒(méi)有讓處理器工作拖延，反而可以被重新排程去處理其他的工作。DMA 傳輸對(duì)于高效能嵌入式系統(tǒng) 算法和網(wǎng)絡(luò)是很重要的?！?　　在實(shí)現(xiàn)DMA傳輸時(shí)，是由DMA控制器直接掌管總線，因此，存在著一個(gè)總線控制權(quán)轉(zhuǎn)移問(wèn)題。即DMA傳輸前，CPU要把總線控制權(quán)交給DMA控制器，而在結(jié)束DMA傳輸后，DMA控制器應(yīng)立即把總線控制權(quán)再交回給CPU。一個(gè)完整的DMA傳輸過(guò)程必須經(jīng)過(guò)下面的4個(gè)步驟。 1.DMA請(qǐng)求　　CPU對(duì)DMA控制器初始化，并向I/O接口發(fā)出操作命令，I/O接口提出DMA請(qǐng)求。 2.DMA響應(yīng) 　　DMA控制器對(duì)DMA請(qǐng)求判別優(yōu)先級(jí)及屏蔽，向總線裁決邏輯提出總線請(qǐng)求。當(dāng)CPU執(zhí)行完當(dāng)前總線周期即可釋放總線控制權(quán)。此時(shí)，總線裁決邏輯輸出總線應(yīng)答，表示DMA已經(jīng)響應(yīng)，通過(guò)DMA控制器通知I/O接口開(kāi)始DMA傳輸。 3.DMA傳輸　　DMA控制器獲得總線控制權(quán)后，CPU即刻掛起或只執(zhí)行內(nèi)部操作，由DMA控制器輸出讀寫命令，直接控制RAM與I/O接口進(jìn)行DMA傳輸。　　在DMA控制器的控制下，在存儲(chǔ)器和外部設(shè)備之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，在傳送過(guò)程中不需要中央處理器的參與。開(kāi)始時(shí)需提供要傳送的數(shù)據(jù)的起始位置和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。 4.DMA結(jié)束　　當(dāng)完成規(guī)定的成批數(shù)據(jù)傳送后，DMA控制器即釋放總線控制權(quán)，并向I/O接口發(fā)出結(jié)束信號(hào)。當(dāng)I/O接口收到結(jié)束信號(hào)后，一方面停止I/O設(shè)備的工作，另一方面向CPU提出中斷請(qǐng)求，使CPU從不介入的狀態(tài)解脫，并執(zhí)行一段檢查本次DMA傳輸操作正確性的代碼。最后，帶著本次操作結(jié)果及狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。　　由此可見(jiàn)，DMA傳輸方式無(wú)需CPU直接控制傳輸，也沒(méi)有中斷處理方式那樣保留現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程，通過(guò)硬件為RAM與I/O設(shè)備開(kāi)辟一條直接傳送數(shù)據(jù)的通路，使CPU的: 回答者：網(wǎng)友

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