dma vs中断驱动的i / o

时间：2014-08-14 21:51:52

标签： architecture operating-system driver interrupt dma

我对DMA和中断I / O之间的差异有点不清楚。 （目前正在阅读操作系统概念，第7版）。

具体来说，我不确定在任何一种情况下中断何时发生，并且在两种情况下，CPU都可以自由地执行其他工作。我一直在阅读的内容，但不一定能够和解：

中断驱动

  1. 通过驱动程序初始化控制器
  2. 控制器检查由驱动程序加载的寄存器以决定操作
  3. 随之而来的是来自/到外围设备和控制器缓冲区的数据传输。
  4. 控制器发出中断时（每个字节读取？读取每个字？当缓冲区填满时？传输完成时？
  5. 据我所知，当两者外围设备＆lt; - ＆gt;时，CPU没有做任何事情。正在进行控制器I / O，并且控制器＆lt; - ＆gt; MM I / O正在发生？
  6. 当传输完成或块填满时，CPU必须初始化从控制器缓冲区到MM的传输

    7. DMA

    1. 与上述相同，只是控制器能够在没有CPU干预的情况下将数据从其缓冲区直接传输到MM。
    2. 这是否意味着CPU仅在整个传输完成时被中断，或者在控制器缓冲区填满时是否仍然中断？
    3. 唯一的区别是CPU不再需要等待控制器＆lt; - ＆gt; MM I / O，但是当控制器缓冲区填满时仍然需要中断？或者DMA是否也将其隐藏在CPU中？

3 个答案:

答案 0 :(得分：9)

  

我对DMA和中断I / O之间的差异有点不清楚

DMA和中断之间的差异是假的，因为它们不是相反的概念 DMA和中断是正交概念，并且这两个概念通常一起使用。

DMA的替代方案是编程I / O，即PIO 中断的替代方法是轮询。

  

中断驱动

您需要更具体地了解您所指的内容 如果系统没有使用中断，则必须使用轮询来检测设备状态的变化。

PIO经常使用中断（来自器件）来启动每个字节/字数据传输。这有助于减轻PIO的CPU密集型特性。轮询的PIO传输否则将完全消耗CPU资源 但要通过中断来引用＆＃34; PIO＆＃34;只是＆＃34;中断＆＃34;或＆＃34;中断驱动＆＃34;是不准确和误导。

DMA传输几乎总是使用completion interrupt（来自DMA控制器）来通知CPU缓冲区传输已完成。
轮询DMA完成（而不是使用完成中断）会给DMA带来负担，DMA应该减轻负担。我见过一个启动DMA传输的引导加载程序，然后轮询完成。但这是一个可以承受繁忙等待的单一任务环境，而操作系统需要最大化CPU可用性。这意味着使用DMA完成中断。

讨论＆＃34;中断＆＃34;没有提供具体的背景，例如生成这些中断的原因和原因可能是造成你混淆的原因。

  
      
  1. 通过驱动程序初始化控制器
    2.   
  2. 控制器检查由驱动程序加载的寄存器以决定操作
    3.   
  3. 随之而来的是来自/到外围设备和控制器缓冲区的数据传输。
    4.   
  4. 控制器发出中断时（每个字节读取？读取每个字？当缓冲区填满时？传输完成时？
    5.   
  5. 据我所知，当外围设备＆lt; - ＆gt;时，CPU没有做任何事情。正在进行控制器I / O，并且控制器＆lt; - ＆gt; MM I / O正在发生？
    6.   
  6. 当传输完成或块填满时，CPU必须初始化从控制器缓冲区到MM的传输
    7.   

我在问题中看到的一个问题是，您构造的模糊不清 你提到了一个＆＃34;外围设备＆＃34;，一个＆＃34;控制器＆＃34;，CPU和＆＃34; MM＆＃34; （也许主要的记忆？）。

从软件角度来看，外围设备连接可能是以下拓扑之一：

一个。 CPU＆lt; - ＆gt;设备

B中。 CPU＆lt; - ＆gt;控制器 - [设备或介质]

℃。 CPU＆lt; - ＆gt;总线 - 设备
D. CPU＆lt; - ＆gt;总线 - 控制器 - [设备或介质]

连接A代表CPU可以直接访问的设备，例如串行端口的本地UART。硬件实现中可能涉及总线，但它们对软件不可见。

连接B代表通过设备控制器与CPU连接的设备，例如， MultiMediaCard（MMC）控制器到SD卡和IDE（集成磁盘控制器）磁盘驱动器。与A不同，CPU必须仅与设备控制器接口，而不是与设备本身接口。控制器与其设备之间的交互通常不受CPU控制，并且最低限度地监控（如果有的话）。存在控制器以简化CPU与其设备之间的接口。

连接C和D代表CPU可以通过总线（例如USB，SPI或SATA）间接访问的设备或其控制器，例如USB转以太网适配器或SPI NOR闪存。需要通过总线传输对设备或其控制器的命令。例如，磁盘控制器的ATAPI命令必须通过SATA控制器传输。与A不同，总线控制器是CPU必须直接执行I / O的接口。

所以＃3和＃5a无关紧要。 CPU不参与。此外，您无法概括控制器到设备接口，因为它对每个外围子系统都是唯一的。一个控制器可以只缓冲一个字节，而另一个控制器将缓冲整个块以验证ECC。

  

DMA

     
      

  1. 与上述相同，只是控制器能够在没有CPU干预的情况下将数据从其缓冲区直接传输到MM。

    2.   

  2. 这是否意味着CPU仅在整个传输完成时被中断，或者在控制器缓冲区填满时是否仍然中断？

    3.   

  3. 唯一的区别是CPU不再需要等待控制器＆lt; - ＆gt; MM I / O，但是当控制器缓冲区填满时仍然需要中断？或者DMA是否也将其隐藏在CPU中？

    4.   

这些场景和问题几乎没有意义。转移的方向未指定，即CPU执行读或写操作）。

DMA传输几乎总是使用completion interrupt（来自DMA控制器）来通知CPU缓冲区传输已完成。

当控制器缓冲区填满＆＃34; 而未指定此数据的来源时，您反复使用短语＆＃34;如果您要询问设备到控制器的I / O，那么这种I / O通常是CPU最不关心的问题，状态指示是控制器特定的。

您似乎在询问有关块类型的转移。理解块传输并不一定能够理解基于字符的I / O. 有关基于字符的（UART）I / O的衍生问题，请参阅Master for Interrupt based UART IO

答案 1 :(得分：2)

让我用简单的话来说明你的理解。

代表直接内存访问的DMA是一种系统，其中计算机的硬件组件可以访问内存总线并控制传输。说CD / DVD驱动器通常使用DMA工作。但请记住，CPU总是掌握一切，这意味着即使CPU给DMA控制器提供了主控权，它仍然有权检查DMA。它可以随时重新调用总线控制，它甚至可以完成DMA的任务。 有些寄存器用于设置从CPU到DMA和DMA到CPU的总线控制。 DMA控制器完成后，它可能会中断或通知CPU它已完成其工作。那是关于DMA的。

现在进入中断I / O.中断I / O比DMA更频繁。一个过程通常经历I / O很多次。要求用户输入的是中断I / O.不是DMA。有两种类型的中断。

  1. 软件中断
  2. 硬件中断

    3. 每个中断都分配了一个特殊编号。每个中断都由Interupt Routine（一个简单的函数）提供服务，该函数保存在RAM中的某个位置，并从一个由中断号组成的表中调用。我告诉你这个是为了你的理解。 当您在键盘上移动鼠标或键入时，它实际上是正在发生的中断。

答案 2 :(得分：1)

在中断驱动IO的情况下，MCU在每个字节或字上获得中断取决于微控制器的便利性。 MCU进入中断模式，为每个字节/字接收保持正常工作模式。除了从IO读取数据并复制到内存中之外，MCU无法做任何事情。

在DMA的情况下，DMA执行的操作与MCU在中断情况下完成的操作相同。所以这里MCU可以自由地做任何其他事情。您可以配置DMA需要中断的字节数。所以这里它与IO中断不同，因为MCU没有为每个字节或字获得中断;只有在收到已配置的数据量时才从DMA中获取中断。 此外，DMA已将数据从IO复制到RAM，因此MCU也无需为复制工作，节省了大量时间。

因此，如果您将DMA配置为以1 KB的数据进行中断，则MCU将获得1个1 KB的中断，否则如果使用中断驱动的IO则会获得1 K的中断。 因此，与中断驱动的IO相比，使用DMA可减少中断次数并提高性能。

这就是为什么当需要频繁传输大块数据时，主要使用DMA。

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