DMA控制器設(shè)置

　　目前有兩類(lèi)主要的DMA傳輸結(jié)構(gòu)：寄存器模式和描述符模式。無(wú)論屬于哪一類(lèi)DMA，表1的幾種信息都會(huì)在DMA控制器中出現(xiàn)。當(dāng)DMA以寄存器模式工作時(shí)，DMA控制器只是簡(jiǎn)單地利用寄存器中所存儲(chǔ)的參數(shù)值。在描述符模式中，DMA控制器在存儲(chǔ)器中查找自己的配置參數(shù)。

　　（1）基于寄存器的DMA

　　在基于寄存器的DMA內(nèi)部，處理器直接對(duì)DMA控制寄存器進(jìn)行編程，來(lái)啟動(dòng)傳輸。基于寄存器的DMA提供了最佳的DMA控制器性能，因?yàn)榧拇嫫鞑⒉恍枰粩嗟貜拇鎯?chǔ)器中的描述符上載入數(shù)據(jù)，而內(nèi)核也不需要保持描述符。基于寄存器的DMA由兩種子模式組成：自動(dòng)緩沖（Autobuffer）模式和停止模式。在自動(dòng)緩沖DMA中，當(dāng)一個(gè)傳輸塊傳輸完畢，控制寄存器就自動(dòng)重新載入其最初的設(shè)定值，同一個(gè)DMA進(jìn)程重新啟動(dòng)，開(kāi)銷(xiāo)為零。如果將一個(gè)自動(dòng)緩沖DMA設(shè)定為從外設(shè)傳輸一定數(shù)量的字到 L1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的緩沖器上，則DMA控制器將會(huì)在最后一個(gè)字傳輸完成的時(shí)刻就迅速重新載入初始的參數(shù)。這構(gòu)成了一個(gè)“循環(huán)緩沖器”，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)量值被寫(xiě)入 到緩沖器的最后一個(gè)位置上時(shí)，下一個(gè)值將被寫(xiě)入到緩沖器的第一個(gè)位置上。

　　自動(dòng)緩沖DMA特別適合于對(duì)性能敏感的、存在持續(xù)數(shù)據(jù)流的應(yīng)用。DMA控制器可以在獨(dú)立于處理器其他活動(dòng)的情況下讀入數(shù)據(jù)流，然后在每次傳輸結(jié)束時(shí)，向內(nèi)核發(fā)出中斷。

　　停止模式的工作方式與自動(dòng)緩沖DMA類(lèi)似，區(qū)別在于各寄存器在DMA結(jié)束后不會(huì)重新載入，因 此整個(gè)DMA傳輸只發(fā)生一次。停止模式對(duì)于基于某種事件的一次性傳輸來(lái)說(shuō)十分有用。例如，非定期地將數(shù)據(jù)塊從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置。當(dāng)你需要對(duì)事件進(jìn) 行同步時(shí)，這種模式也非常有用。例如，如果一個(gè)任務(wù)必須在下一次傳輸前完成的話(huà)，則停止模式可以確保各事件發(fā)生的先后順序。此外，停止模式對(duì)于緩沖器的初 始化來(lái)說(shuō)非常有用。

　　（2）描述符模型

　　基于描述符（descriptor）的DMA要求在存儲(chǔ)器中存入一組參數(shù)，以 啟動(dòng)DMA的系列操作。該描述符所包含的參數(shù)與那些通常通過(guò)編程寫(xiě)入DMA控制寄存器組的所有參數(shù)相同。不過(guò)，描述符還可以容許多個(gè)DMA操作序列串在一 起。在基于描述符的DMA操作中，我們可以對(duì)一個(gè)DMA通道進(jìn)行編程，在當(dāng)前的操作序列完成后，自動(dòng)設(shè)置并啟動(dòng)另一次DMA傳輸。基于描述符的方式為管理 系統(tǒng)中的DMA傳輸提供了最大的靈活性。

　　DMA控制原理

　　DMA（Direct Memory Access，直接內(nèi)存存取） 是所有現(xiàn)代電腦的重要特色，它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，然后把它們?cè)俅螌?xiě)回到新的地方。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(xiàn)，因此，存在著一個(gè)總線(xiàn)控制權(quán)轉(zhuǎn)移問(wèn)題。即DMA傳輸前，CPU要把總線(xiàn)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(xiàn)控制權(quán)再交回給CPU。

　　DMA傳輸過(guò)程

　　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(xiàn)裁決邏輯提出總線(xiàn)請(qǐng)求。當(dāng)CPU執(zhí)行完當(dāng)前總線(xiàn)周期即可釋放總線(xiàn)控制權(quán)。此時(shí)，總線(xiàn)裁決邏輯輸出總線(xiàn)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(xiàn)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(xiě)命令，直接控制RAM與I/O接口進(jìn)行DMA傳輸。

　　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(xiàn)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的效率大為提高。

　　DMA控制器基本功能

　　DMA控制器是內(nèi)存儲(chǔ)器同外設(shè)之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送時(shí)的硬件控制電路，是一種實(shí)現(xiàn)直接數(shù)據(jù)傳送的專(zhuān)用處理器，它必須能取代在程序控制傳送中由CPU和軟件所完成的各項(xiàng)功能；它的主要功能是：

　　（1）DMAC同外設(shè)之間有一對(duì)聯(lián)絡(luò)信號(hào)線(xiàn)——外設(shè)的DMA請(qǐng)求信號(hào)DREQ以及 DMAC向外設(shè)發(fā)出的DMA響應(yīng)信號(hào)DACK；

　　（2）DMAC在接收到DREQ后，同CPU之間也有一對(duì)聯(lián)絡(luò)信號(hào)線(xiàn)——DMAC向CPU 發(fā)出總線(xiàn)請(qǐng)求信號(hào)（HOLD或BUSRQ），CPU在當(dāng)前總線(xiàn)周期結(jié)束后向DMAC發(fā)出總線(xiàn)響應(yīng)信號(hào)（HLDA或BUSAK），DMAC接管對(duì)總線(xiàn)的控制權(quán)，進(jìn)入DMA操作方式；

　　（3）能發(fā)出地址信息，對(duì)存儲(chǔ)器尋址，并修改地址指針，DMAC內(nèi)部必須有能自動(dòng)加1或減1的地址寄存器；

　　（4）能決定傳送的字節(jié)數(shù)，并能判斷DMA傳送是否結(jié)束。DMA內(nèi)部必須有能自動(dòng)減1的字計(jì)數(shù)寄存器，計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生終止計(jì)數(shù)信號(hào)；

　　（5）能發(fā)出DMA結(jié)束信號(hào)，釋放總線(xiàn)，使CPU恢復(fù)總線(xiàn)控制權(quán)；

　　（6）能發(fā)出讀、寫(xiě)控制信號(hào)，包括存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)信號(hào)和I/O訪(fǎng)問(wèn)信號(hào)。DMAC內(nèi)部必須有時(shí)序和讀寫(xiě)控制邏輯。 有些DMAC芯片和模塊在這些基本功能的基礎(chǔ)上還增加了一些新的功能。如：在DMA傳送結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)；在傳送完一個(gè)字節(jié)數(shù)后輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，用于記錄已傳送的字節(jié)數(shù)、為外部提供周期性的脈沖序列；在一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送完后能自動(dòng)裝入新的起始地址和字節(jié)數(shù)，以便重復(fù)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊或?qū)讉€(gè)數(shù)據(jù)塊鏈接起來(lái)傳送；產(chǎn)生兩個(gè)存儲(chǔ)器地址，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間的傳送以及能夠?qū)/O設(shè)備尋址，實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備與I/O設(shè)備之間的傳送以及能夠在傳送過(guò)程中檢索某一特定字節(jié)或者進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)等等。

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