免费智能真题库 > 历年试卷 > 嵌入式系统设计师 > 2015年下半年 嵌入式系统设计师 上午试卷 综合知识
  第29题      
  知识点:   DMA方式   中断   CPU   DM   程序查询方式
  关键词:   CPU   DMA   接口   中断        章/节:   计算机组成及主要部件的基本工作原理       

 
CPU通过接口对外设控制的方式一般包含程序查询方式中断处理方式和DMA方式,以下描述正确的是(29)。
 
 
  A.  程序查询方式下的结构复杂,但是工作效率很高
 
  B.  中断处理方式下CPU不再被动等待,而是可以执行其他程序
 
  C.  DMA方式下的内存和外设之间的数据传输需要CPU介入
 
  D.  在DMA进行数据传送之前,DMA控制器不需要向CPU申请总线控制权
 
 
 

 
  第48题    2010年下半年  
   38%
以下叙述中,错误的是(48)。
  第61题    2014年下半年  
   31%
如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成,这种数据交换方式是(61)。
  第29题    2013年下半年  
   51%
在嵌入式处理器中,下面关于“菊花链”仲裁的叙述,错误的是(29)。
   知识点讲解    
   · DMA方式    · 中断    · CPU    · DM    · 程序查询方式
 
       DMA方式
        在计算机与外设交换数据的过程中,无论是无条件传送、利用查询方式传送还是利用中断方式传送,都需要由CPU通过执行程序来实现,这就限制了数据的传送速度。
        直接内存存取(Direct Memory Access,DMA)是指数据在内存与I/O设备间的直接成块传送,即在内存与I/O设备间传送一个数据块的过程中,不需要CPU的任何干涉,只需要CPU在过程开始启动(即向设备发出“传送一块数据”的命令)与过程结束(CPU通过轮询或中断得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪)时的处理,实际操作由DMA硬件直接执行完成,CPU在此传送过程中可做别的事情。
        DMA传送的一般过程如下图所示。
        
        DMA过程示意图
        (1)外设向DMA控制器(DMAC)提出DMA传送的请求。
        (2)DMA控制器向CPU提出请求,其请求信号通常加到CPU的保持请求输入端HOLD上。
        (3)CPU在完成当前的总线周期后立即对此请求作出响应,CPU的响应包括两个方面的内容:一方面,CPU将有效的保持响应信号HLDA输出加到DMAC上,告诉DMAC它的请求已得到响应;另一方面,CPU将其输出的总线信号置为高阻,这就意味着CPU放弃了对总线的控制权。
        (4)此时,DMAC获得了对系统总线的控制权,开始实施对系统总线的控制。同时向提出请求的外设送出DMAC的响应信号,告诉外设其请求已得到响应,现在准备开始进行数据的传送。
        (5)DMAC送出地址信号和控制信号,实现数据的高速传送。
        (6)当DMAC将规定的字节数传送完时,它就将HOLD信号变为无效并加到CPU上,撤销对CPU的请求。CPU检测到无效的HOLD就知道DMAC已传送结束,CPU就送出无效的HLDA响应信号,同时重新获得系统总线的控制权,接着DMA前的总线周期继续执行下面的总线周期。
        在此再强调说明,在DMA传送过程中无须CPU的干预,整个系统总线完全交给了DMAC,由它控制系统总线完成数据传送。在DMA传送数据时要占用系统总线,根据占用总线方法的不同,DMA可以分为中央处理器停止法、总线周期分时法和总线周期挪用法等。无论采用哪种方法,在DMA传送数据期间,CPU不能使用总线。
 
       中断
        中断是异步发生的,是来自处理器外部的I/O设备的信号的结果。硬件中断不是由任何一条专门的指令造成的,从这个意义上来说它是异步的。硬件中断的异常处理程序常常被称为中断处理程序(interrupt handler)。
               硬中断与软中断
               硬中断是由硬件产生的,例如磁盘、网卡、键盘、时钟等。每个设备或设备集都有它自己的IRQ(中断请求)。基于IRQ,CPU可以将相应的请求分发到对应的硬件驱动上。
               软中断是一组静态定义的下半部分接口,可以在所有的处理器上同时执行,即使两个类型相同也可以。但是一个软中断不会抢占另外的一个软中断,唯一可以抢占软中断的是硬中断。
               可屏蔽中断与不可屏蔽中断
               可屏蔽中断和不可屏蔽中断都属于外部中断,是由外部中断源引起的。不可屏蔽中断源一旦提出请求,CPU必须无条件响应,而对可屏蔽中断源的请求,CPU可以响应,也可以不响应。
               CPU一般设置两根中断请求输入线:可屏蔽中断请求INTR(Interrupt Require)和不可屏蔽中断请求NMI(Non Maskable Interrupt)。对于可屏蔽中断,除了受本身的屏蔽位控制外,还都要受一个总的控制,即CPU标志寄存器中的中断允许标志位IF(Interrupt Flag)的控制,IF位为1,可以得到CPU的响应,否则,得不到响应。IF位可以由用户控制,指令STI或Turbo C的Enable()函数,将IF位置1(开中断),指令CLI或Turbo_c的Disable()函数,将IF位清0(关中断)。
               中断优先级
               当多个中断源同时请求中断时,而CPU一次只能响应其中的一个中断,同时为了能响应所有中断,就引入中断优先级来处理。系统会根据引起中断事件的重要性和紧迫程度,将中断源分为若干个级别,称作中断优先级。中断优先级有两种:查询优先级和执行优先级。
               查询优先级是不可以更改和设置的,在该方式下当多个中断源同时产生中断信号时,中断仲裁器会选择中断源优先处理的顺序,此过程与是否发生中断服务程序的嵌套毫不相干。当CPU查询各个中断标志位的时候,会依照优先级顺序依次查询,当数个中断同时请求的时候,会优先查询到高查询优先级的中断标志位,但并不代表高查询优先级的中断可以打断已经并且正在执行的低查询优先级的中断服务。
               由于可屏蔽的中断源很多,故需要对其进行管理,如区分是哪个中断源发出的中断信号?哪个中断源最优先及怎样处理多级中断嵌套等。为此,可使用中断控制器对多个可屏蔽中断源进行管理。
               中断控制器能够对中断进行排队管理,避免中断信号的丢失,同时支持对不同中断进行优先级的配置,使高优先级中断能够中断低优先级中断,满足系统中具有更高时间约束特性功能的需要。
               中断嵌套
               当处理器正在处理一个中断时,有比该中断优先级高的中断源发出中断请求时,如果处理器正在执行中断处理程序,那么处理器会对高优先级的中断进行立即处理,处理完之后再返回到低优先级的中断服务程序继续执行。这样就形成了中断服务程序中套用中断服务程序的情况,即中断嵌套。可嵌套中断的处理流程和中断服务框图如下图所示。
               
               可嵌套中断处理流程
 
       CPU
        CPU即中央处理器,它是计算机系统的核心部分。刚才所列的系统性能评价指标都是围绕CPU的。当然,这些指标的评价结果是建立在CPU与其他系统部件(如内存)的协同工作的基础上的。单就CPU而言,考察它在系统中的工作性能要关注CPU利用率、队列长度、每秒中断次数,等。
 
       DM
        DM(Delta Modulation)即增量调制,又称ΔM调制,是最简单的有损预测编码方法,早期在数字电话中被采用,是一种最简单的差值脉冲编码。实际的采样信号与预测的采样信号的差的极性若为正,则用1表示,反之则用0表示。由于DM编码只用1位对声音信号进行编码,所以DM系统又称1位系统。
 
       程序查询方式
        通过CPU执行程序来查询外设的状态,判断外设是否准备好接收数据或准备好了向CPU输入的数据。根据这种状态,CPU有针对性地为外设的输入/输出服务。
        通常,一个计算机系统中可以存在着多种不同的外设,如果这些外设是用查询方式工作,则CPU应对这些外设逐一进行查询,发现哪个外设准备就绪就对该外设服务。这种工作方式有两大缺点:一是降低了CPU的效率,二是对外部的突发事件无法做出及时响应。
        计算机系统中的CPU是稀缺资源,应尽量提高其利用率,减少等待I/O操作的时间。
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