啥是DMA通道？_生活广记

DMA（DirectMemoryAccess，直接内存存?。??顾名思义DMA功能就是让设备可以绕过处理器，直接由内存来读取资料。打开硬盘的DMA模式将大幅度的提高硬盘系统的功能，使我们能更快更好的进行视频处理和文件传输。打开刻录机的DMA选项，可以保障刻录品质，并降低刻录时的CPU占用率。所以在我们首次连接好DVD刻录机，进入Windows系统后要做的第一件事情就是要确认DVD刻录机的DMA模式已打开。
DMA控制器的DMA控制器的基本组成1 DMA概述
直接内存存?。―MA）对计算机系统是非常重要的。它可以使CPU在运行指令的同时，系统能实现从外部存储器或设备中存取数据，也可以在CPU不参与的情况下，由专用的DMA设备存取数据。
对于浮点DSP芯片来讲，DMA的作用更是重要。众所周知，DSP芯片主要是面向实时的信号处理，其核心的运算部件具有很高的运算速度，常以MFLOPS（每秒百万次浮点运算）来衡量。ADSP2106x为120MFLOPS，但该速度是以存储在芯片内部存储器中的程序和数据为前提的。在DSP内部往往采用多总线的哈佛结构，数据总线和程序总线相互独立，即指令的存取和数据的存取并行不悖；另外在ADSP2106x内部还有各种接口总线，用以提高数据的流通能力。但在芯片的外部，所有的总线都合并在一起了。因此为了发挥DSP核心运算单元的高速运算能力，首先必须把程序和数据传输到芯片的内存中，这通常需要DMA操作来实现。
另一方面，DSP系统总要与各种外部信号打交道，它从外部输入数字信号，经过各种算法的处理后，再输出给其他设备。不仅如此，对于浮点DSP系统，数据的输入和输出常常是连续不断的。试想，如果用DSP的核心部件来完成数据的输入和输出，它高速的运算能力又如何发挥得出来呢？所以，浮点系列的DSP芯片大都把DMA控制部分直接集成到了芯片上，用DMA来完成数据的输入和输出。
高效的DSP系统通常采用图1所示的结构。在内存中开辟出四块缓存区，两个作为输入缓存，两个作为输出缓存，用来实现输入、输出的乒乓切换。核心处理单元直接从输入缓存中取数运算，然后把运算结果写入输出缓存；而数据从外部接口的输入和输出则完全由DMA来实现，不需核心处理单元的参与。只要核心处理单元的运算速度和DMA的数据率满足要求，图1所示的结构就可以完成连续的数据流输入和输出。当然，从外部看，数据的输入和输出是连续的，但在芯片内部却是分段处理的。分段处理虽然带来一些误差，但只要缓存的数据足够长，就可以使误差降到允许的范围。因为间隔越长，前后数据间的相关性越小，相互间的影响就越?。?故分段处理是可行的。由于分段处理，也给DSP芯片的结构带来了一个重要影响，那就是尽可能地增加其内部存储器的容量。对于ADSP21060，其内部的SRAM容量达4Mbit，可以满足大多数分段处理的需要。
下面首先对ADSP2106x中的DMA做概要介绍，然后对几种典型的DMA操作进行详细分析。
2 ADSP2106x中的DMA
ADSP2106x中的片内DMA控制器可以同时控制10个通道的DMA，完成下列类型的数据传输操作：
·内存?外存或外部存储器映射设备
·内存?其他ADSP2106x的内存
·内存?主机接口
·内存?串行口
·内存?link口
·内存?外部设备
·外存?外部设备
丰富的数据流向可以使ADSP2106x实现对各种外设的接口；另外，由于ADSP2106x的内存是双口SRAM，因此在进行上述DMA操作的同时，核心处理单元仍可以读写内存，使DMA操作与内部运算处理达到高度的并行性。当然，应尽量避免二者同时对同一内存地址进行读写。
每个DMA通道都有一个（或两个）用FIFO实现的数据缓存器，最大的缓冲深度为6级，用以提高DMA数据传输率。所有的DMA数据传输都是通过这10个数据缓存器来完成的，这些缓存器如表1所示。其中通道1、3、6、7都是两个缓存器共用一个DMA通道。所有数据缓存器作为I/O寄存器被映射到内存的前256个地址中。
DMA的编程是通过内部核心处理单元或外部主机对片内有关的I/O寄存器设置来实现的，这些I/O口寄存器也被映射到内存的前256个地址上。与DMA操作有关的I/O寄存器除了前面的数据缓存器外，主要还包括：
·DMA控制寄存器：DMAC6～9，LCTL ， STCTL0～1，SRCTL0～1 。
·地址－计数寄存器：II0～9，IM0～9，C0～9，EI6～9，EM6～9 ， EC6～9 。
·链式操作指针寄存器：CP0～9 。
·二维操作寄存器（也可作DMA通用寄存器）：GP0～9 ， DA0～5，DB0～5 。
·DMA状态寄存器：DMASTAT 。
DMA设置传输过程一般如下：
（1）设置对应通道的地址－计数寄存器。
（2）设置对应通道的DMA控制寄存器，并将其中的DMA使能位设为有效。
（3）开始DMA数据传输。
（4）DMA传输结束后，产生对应的中断，程序对中断进行处理。
3 几种常用的DMA操作
在基于ADSP2106x的DSP系统的开发过程中，最常用到以下几种DMA操作：内存与外存、内存与主机、内存与外设、内存与link口间的数据交换。
3.1 内存与外存间的DMA
内存与外存间的DMA传输可用DMA通道6～9这四个通道中的任一个。这里用一个例子来说明，假如要把内存地址0x26000～0x263ff中的1024个数用DMA通道6传送到外存0x400000～4003ff中，可用下面的编程来实现：
／*设置内存地址－计数寄存器*／
R0=0x26000;
DM(II6)=R0;? ／*设置内存起始地址*／
R0=1
DM(IM6)=R0;? ／*设置内存地址增加值*／
R0=1024;?
DM(C6)=R0? ／*设置内存读数次数*／
／*设置外存地址－计数寄存器*／
R0=0x400000;?
DM(E16)=R0;? ／*设置外存起始地址*／
R0=1；
DM(EM6)=R0;? ／*设置外存地址增加值*／
R0=1024；
DM(EC6)=R0；／*设置外存写数次数*／
R0=0x0205;?
DM(DMAC6)=R0;；／*设置DMA控制寄存器
DMAC6*／
／*设置为Master和从内存读数方
式，并使能DMA*／
／*DMA通道6开启DMA传数操作*／
这里需要说明两点：（1）I/O寄存器不能用立即数来直接赋值，而要通过通用寄存器R0～15或USTAT0～1来赋值；（2）在ADSP2106x中，由于数据的宽度有8、16、32和48几种方式，通过DMA传输时，内存和外部接口上的宽度可以不同，因此对应的读写次数可能不同，故内部计数器和外部计数器要分别设置。
对于外部存储器映射设备，其接口地址是固定的，此时内存与该外设间DMA的编程更加简单。比如某外设的地址设在0x400000，要把内存0x26000～0x263ff中的1024个数用DMA通道6传送到该外设接口上，只需把上面程序中的EM6设为0即可。
3.2 内存与主机间的DMA
在ADSP2106x芯片上包含了一个主机（host）接口，可以使其方便地与通用16位或32位计算机相连接，此时，通用计算机就作为ADSP2106x的主机，它可对ADSP2106x的片内存储器进行访问。通常情况下，为了减少主机对ADSP2106x寻址的地址线根数，以降低硬件复杂性，主机往往只对ADSP2106x的I/O寄存器（有256个）寻址，寻址的地址线只需8根?1? 。BittWare公司的ADSP2106xEZ－LAB开发板即采用了此种方式。在这种情况下，主机与ADSP2106x内存间的数据交换大多是通过DMA完成的。下面通过运行在微机上的一段C语言程序来说明，此时EZ－LAB板插入微机的ISA总线插槽上，微机作为ADSP2106x的主机，ADSP2106x的I/O寄存器可由微机通过ISA总线上的I/O口来访问。该程序把数据d[1024]通过DMA通道6加载到ADSP2106x内存0x26000～0x263ff中。具体程序如下：
#injclude"conio.h"
#include "def21060.h"
for(n=0;n＜1024;n++)?
{outpw(DATA,d[n]）；／*写数据d[n]*／
outpw(DATA,0);? ／*高16位写0*／
}?
}
对以上程序需要说明的有两点：（1）ADSP2106x的地址线和数据线是通过ISA总线上两个I/O口地址（ADDR和DATA）来访问的；（2）ISA总线为16位，而ADSP2106x的I/O寄存器和内存的数据都为32位，因此微机要用高、低16位分别传输，同时把DMA6设置为16／32位模式。关于EZ-LAB的详细情况可参见文献[1] 。
3.3 内存与外设间的DMA
对于某些外部设备，其输入或输出是与某个外部时钟同步的，而与ADSP2106x的读写时钟不相干。当这样的设备与ADSP2106x接口时，通常的做法是在接口端加FIFO或双口RAM，把ADSP2106x的读写与该外设的输入或输出时钟隔离开来。但ADSP2106x芯片本身提供了更灵活、更高效的方式，即DMA通道7和8的握手DMA方式（Handshake），可以完全省去FIFO或RAM ，其典型应用电路如图2所示。
图中以8位数据线宽度为例，以DMA通道7为输出，对应的握手信号为DMAR1和DMAG1；以DMA通道8为输入，对应的握手信号为DMAR2和DMAG2 。整个电路只用到了最常用的74273和74374芯片，外设的读写时钟最高可达40MHz 。在这种握手DMA方式中，外设不占用ADSP2106x的外部地址总线。关于上面电路的详细情况，在此不再赘述。
下面给出设置握手DMA的对应程序。这里假设要从外设2中输入1024个数据到内存0x26000～0x264ff中，则需对DMA通道8进行如下编程：
／*设置内存地址－计数寄存器*／
R0=0x26000;?
DM(II8)=R0;
／*第二片*／
r0=0X3f000；
dm(LCOM)=r0；／*把link口设为2x clock*／
r0=0xfff7f；
dm(LAR)=r0; /*link port5－－＞link buffer 2 ，对
应DMA通道4*／
r0=0x23000；
dm(II4)=r0；／*设置起始地址*／
r0=1024；
dm(C4)=r0；／*设置读数次数*／
r0=1；
dm(IM4)=r0；／*设置地址增加值*／
r0=0x300；
dm(LCTL)=r0；／*enable input DMA*／
对于上面的两段程序，应分别加载到两片ADSP2106x中。需要说明的是：link Buffer 2对应DMA通道4 。如果把其他的link Buffer与link口5配对，则需设置与该Buffer对应的DMA通道。
ADSP2106x中DMA操作功能强大，形式多样，除了本文所介绍的部分外，还有链式DMA、二维DMA等，因此要全部掌握并熟练应用是有一定难度的。通过对各种DMA的应用，可以使数据进出芯片变得更加流畅，也可以使其核心处理单元的运算能力发挥到极致
一个DMA控制器，实际上是采用DMA方式的外围设备与系统总线之间的接口电路，这个接口电路是在中断接口的基础上再加DMA机构组成。习惯上将DMA方式的接口电路称为DMA控制器。
（1）内存地址计数器：用于存放内存中要交换的数据的地址。在 DMA传送前，须通过程序将数据在内存中的起始位置(首地址)送到内存地址计数器。而当 DMA 传送时，每交换一次数据，将地址计数器加“1”，从而以增量方式给出内存中要交换的一批数据的地址。
(2)字计数器：用于记录传送数据块的长度(多少字数) 。其内容也是在数据传送之前由程序预置，交换的字数通常以补码形式表示。在DMA传送时，每传送一个字，字计数器就加“1” 。当计数器溢出即最高位产生进位时，表示这批数据传送完毕，于是引起DMA控制器向CPU发出中断信号。
(3)数据缓冲寄存器：用于暂存每次传送的数据(一个字) 。当输入时，由设备(如磁盘)送往数据缓冲寄存器，再由缓冲寄存器通过数据总线送到内存。反之，输出时，由内存通过数据总线送到数据缓冲寄存器，然后再送到设备。
(4)“DMA请求”标志：每当设备准备好一个数据字后给出一个控制信号，使“DMA
请求”标志置“1” 。该标志置位后向“控制/状态”逻辑发出DMA请求，后者又向CPU发出总线使用权的请求(HOLD)，CPU响应此请求后发回响应信号HLDA，“控制/状态”逻辑接收此信号后发出DMA响应信号，使“DMA 请求”标志复位，为交换下一个字做好准备。(5)“控制/状态”逻辑：由控制和时序电路以及状态标志等组成，用于修改内存地址计数器和字计数器，指定传送类型(输入或输出)，并对“DMA请求”信号和CPU响应信号进行协调和同步。
【啥是DMA通道？】
(6)中断机构：当字计数器溢出时，意味着一组数据交换完毕，由溢出信号触发中断机构，向CPU提出中断报告。