2DMA控制器的優化

　　2.1端口模塊

　　本文實現的DMA控制器中，DMA控制器支持多端口模式，可以在各個存儲介質之間進行數據的并行傳輸。通過增加一些硬件復雜度，大大提高了系統數據傳輸的并行度。

　　圖2多端口模塊的連接圖

　　圖2為DMA控制器的端口模塊連接圖。DMA控制器通過4個端口連接內部存儲器、外部存儲器和外部設備。通道和端口相互獨立，每個通道可以獨立申請占用端口資源。端口將各個通道產生的控制、地址和數據信號通過多路選擇連接到端口對應的存儲介質。當多個通道同時收到DMA請求時，如果所訪問的端口不沖突，則每個通道可以各自獨立地通過所訪問的端口資源進行DMA傳輸，從而提高DMA數據傳輸的效率。

　　2.2通道優先級仲裁模塊

　　如果考慮通道對端口的訪問可能產生沖突，則需要引入通道優先級仲裁的設計。在實際的系統應用中，每個DMA通道的請求對實時性要求是不同的。因此，通常的DMA控制器中都集成有通道硬件優先級的設計［1，2］，有效地為各DMA通道的資源請求服務。對實時性要求較高的DMA通道請求，將通道優先級設為最高，而對數據量大且實時性無特殊要求的DMA通道請求，將通道優先級設為最低。優先級高的通道優先占用端口資源。但是這樣簡單的設計，只是讓各個通道去排隊占用端口資源，在通道優先級相同的情況下，需要等到一個通道的所有數據傳輸結束后，下一個通道才能占用端口資源，這使整個系統的處理效率降低。

　　引入相同優先級的通道，能夠分時共享端口資源，本文采用Round-Robin策略實現這種分時共享機制［4］。端口對于相同優先級的通道請求，根據Round-Robin仲裁算法，輪流響應各個DMA通道的傳輸請求，讓相同優先級的通道可以分時工作，避免某個通道占用端口資源時間過長，以提高系統的傳輸效率。

　　圖3為DMA通道優先級的仲裁策略。每個通道的優先級由控制寄存器的相應位設定。通道的請求信號為chanx_req，根據通道的優先級產生高優先級請求信號cx_req_h和低優先級請求信號cx_req_l。

　　圖3DMA通道優先級仲裁策略

　　優先級仲裁模塊的通道輪詢機制使用狀態機實現。狀態機共有6個狀態，分別為選中通道0～5的狀態。每個狀態都包含一個通道優先級的排序隊列。各個通道根據高優先級請求信號cx_req_h和低優先級請求信號cx_req_l進入通道優先級排序隊列的相應位置，從高到低排序。沒有請求的通道不參加排序。例如通道0、2、4有cx_req_h，通道1、3有cx_req_l，通道5沒有請求信號。若當前狀態為選中通道0，排序的結果為2-4-0-1-3;若當前狀態為選中通道2，排序的結果為4-0-2-3-1。

　　狀態機在當前正在進行的數據傳輸結束后，根據當前通道的優先級排序隊列進行優先級仲裁，跳轉到通道優先級排序隊列中排隊最靠前的通道所對應的狀態，從而產生選中通道的選中信號。

　　從圖3中可以看出，不同狀態的通道優先級排序隊列可以保證狀態機的跳轉按一個硬件優先級加輪詢的方式進行。

　　通過這樣的方式，就可以讓多個需要訪問同一端口的通道分時共享端口資源，從而提高整個系統數據傳輸的并行度。