嵌入式：ARM的DMA设计

Posted 2023-01-05

一、DMA工作原理

所谓DMA方式，即直接存储器存取（Direct Memory Acess），在DMA控制器的控制下，不通过CPU控制，高速地和I/O设备和存储器之间交换数据。

S3C2410具有一个4通道DMA控制器。该DMA控制器位于系统总线（AHB）和外设总线（APB)之间。每个DMA通道均能在系统总线和（或）外设总线之间执行一次数据搬移。这样可以有四种DMA数据搬移：

（1）源设备和目标都在系统总线AHB上

（2）源设备在系统总线AHB，而目标设备位于外围总线APB

（3）源设备在外围总线APB，而目标设备位于系统总线AHB

（4）源设备和目标都在外围总线APB上

DMA请求可以被软件、片内外设请求或者外部引脚请求来发起。

1. S3C2410结构框图

2. DMA请求源

4通道DMA

这里nXDREQ0 和nXDREQ1表示两个外部源, I2SSDO 和I2SSDI表示IIS 的发送和接收。

3. DMA传输过程

采用DMA方式进行数据传输的具体过程如下：
（1）外设向DMA控制器发出DMA请求；

（2）DMA控制器向CPU发出总线请求信号；

（3）CPU执行完现行的总线周期后，向DMA控制器发出响应请求的回答信号；

（4）CPU将控制总线、地址总线及数据总线让出，由DMA控制器进行控制；

（5）DMA控制器向外部设备发出DMA请求回答信号；

（6）进行DMA传送；

（7）数据传送完毕，DMA控制器通过中断请求线发出中断信号。CPU在接收到中断信号后，转入中断处理程序进行后续处理。

（8）中断处理结束后，CPU返回到被中断的程序继续执行。CPU重新获得总线控制权。

4. S3C2410 DMA 的基本时序

nXDREQ请求生效并经过2CLK周期同步后，nXDACK响应并开始生效，但至少还要经过3CLK的周期延迟，DMA控制器才可获得总线的控制权，并开始数据传输。

5. DMA的服务模式

共有两种服务模式，一种是单一服务模式（single service），另外一种是整体服务模式（whole service）。

在单一服务模式下，一次请求服务一次，服务完毕后等待DMA 请求再一次来临才能进行新的服务。这种模式下一次请求传输的数据量为：Data Size = Atomic transfer size （字节）

在整体服务模式下，使用DMA 计数器（TC），每传输一个原子传输该计数器减1，直到DMA计数器的值减为零，才等待下一次DMA请求。Data Size = Atomic transfer size × TC（字节）

Atomic transfer：指的是DMA的单次原子操作，它可以是Unit模式（传输1个data size），也可以是burst模式（传输4个data size）

单次原子操作期间，总线将被Hold，其它DMA请求不被响应

6. S3C2410 DMA 的两种控制协议

• 请求模式：If XnXDREQ remains asserted, the next transfer starts immediately. Otherwise it waits for XnXDREQ to be asserted.
• 握手模式：If XnXDREQ is deasserted, DMA deasserts XnXDACK in 2cycles. Otherwise it waits until XnXDREQ is deasserted.

7. S3C2410 DMA 的三种协议类型

• 单一服务请求
• 单一服务握手
• 整体服务握手：

二、S3C2410A的DMA控制器

要进行DMA操作，首先要对S3C2410A的相关寄存器进行正确配置。每个DMA通道有9个控制寄存器，因此对于4通道的DMA控制器来说总共有36个寄存器。其中每个DMA通道的9个控制寄存器中有6个用于控制DMA传输，另外3个用于监控DMA控制器的状态。

• DMA初始源寄存器（DISRC）
• DMA初始源控制寄存器（DISRCC）
• DMA初始目标地址寄存器（DIDST）
• DMA初始目标控制寄存器（DIDSTC）
• DMA控制寄存器（DCON）
• DMA屏蔽触发寄存器（DMASKTRIG）
• DMA状态寄存器（DSTAT）
• DMA当前源寄存器（DCSRC）
• DMA当前目标寄存器（DCDST）

1. 6个DMA控制寄存器。

2. 3个DMA状态寄存器

三、DMA编程实例

举例：使用DMA方式实现从存储器到串口0进行数据发送。

#define  SEND_DATA   (*(volatile unsigned char *) 0x30200000)
#define  SEND_ADDR    ((volatile unsigned char *) 0x30200000)  //待发送数据的起始地址
void Main(void)
  volatile unsigned char* p = SEND_ADDR;
  int i;
  Target_Init();
  Delay(1000);
  SEND_DATA = 0x41; //初始化要发送的数据
  for (i = 0; i < 128; i++)
      *p++ = 0x41 + i;
   
        rUCON0 = rUCON0 & 0xff3 | 0x8; //Uart设置成DMA形式
        rDISRC0 = (U32)(SEND_ADDR); //DMA0 初始化
        rDISRCC0 = (0<<1)|(0<<0); //源=AHB，传送后地址增加
        rDIDST0 = (U32)UTXH0;  //发送FIFO缓冲区地址
        rDIDSTC0 = (1<<1)|(1<<0); //目标=APB，地址固定
        //设置DMA0控制寄存器：握手模式,与APB同步,使能中断,单位传输,单个模式,目标=UART0,
        //硬件请求模式,不自动加载,半字,计数器初值＝50
        rDCON0=(0<<31)|(0<<30)|(1<<29)|(0<<28)|(0<<27)|(1<<24)|(1<<23)|(1<<22)|(0<<20)|(50);
        rDMASKTRIG0 = (1<<1);   //打开DMA通道0
        while(1);