ADSP2116中DMA的應用

關鍵詞：DMA 鏈式DMA 浮點系列芯片 ADSP2116x

１　ＤＭＡ概述

直接內存存取（ＤＭＡ）是計算機系統提高運行效率的一項重要技術。它可以在ＣＰＵ運行指令的同時，使系統從外部存儲器或設備中存取數據?也可以在核心處理器不參與的情況下由專用的ＤＭＡ設備存取數據。

對于ＤＳＰ芯片來講，ＤＭＡ的作用尤為重要。眾所周知，ＤＳＰ芯片主要面向實時信號處理?其核心運算部件具有很高的運算速度，常以ＭＦＬＯＰＳ（每秒百萬次浮點運算）來衡量。ＡＤＳＰ２１１６ｘ的速度為６００ＭＦＬＯＰＳ?此速度是以存儲在芯片內部存儲器中的程序和數據為前提的。在ＤＳＰ內部，一般采用多總線的哈佛結構?數據總線和程序總線相互獨立，即指令的存取和數據的存取并行不悖，另外，在ＡＤ-ＳＰ２１１６ｘ內部還有各種接口總線，可用以提高數據的流通能力，而在芯片的外部，所有的總線都被合并在一起了。為了發揮ＤＳＰ核心運算單元的高速運算能力，必須先把外部數據傳輸到片內存儲器中。使用ＤＭＡ操作可以減少核心處理器的負擔，提高運算速度。另一方面，ＤＳＰ系統總要與各種外部信號打交道?它從外部輸入數字信號，經過各種算法處理后，還要輸出給其它外部設備。不僅如此，對于很多應用系統?數據的輸入和輸出常常是連續不斷的。試想?若用ＤＳＰ的核心部件完成數據的輸入和輸出，將無法發揮ＤＳＰ的高速運算能力。而ＡＤ公司的ＡＤＳＰ２１１６ｘ系列則集成了ＤＭＡ控制器，從而可用ＤＭＡ來完成數據的輸入和輸出。

高效的ＤＳＰ系統通常采用圖１所示的結構。該結構的內部帶有輸入、輸出緩沖區，而數據的獲得則依靠ＤＭＡ控制器。這樣，核心運算單元就可以專門進行信號處理，而將外界數據的獲取交給 ＤＭＡ來完成。

２　ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的ＤＭＡ

２．１ ＡＤＳＰ２１１６ｘ中ＤＭＡ的數據傳輸類型

ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的ＤＭＡ包含１４條獨立通道，可完成下列類型的數據傳輸操作：

●片內存儲器與片外存儲器或片外設備之間的傳輸操作；

●片內存儲器與其它ＡＤＳＰ２１１６ｘ的片內存儲器之間的傳輸操作；

●片內存儲器與主處理器之間的傳輸操作；

●片內存儲器與串行口之間的傳輸操作；

●片內存儲器與Ｌｉｎｋ口之間的傳輸操作；

●片內存儲器與ＳＰＩ口之間的傳輸操作；

●片外存儲器與片外設備之間的傳輸操作。

２．２ ＡＤＳＰ２１１６ｘ中與ＤＭＡ有關的寄存器

ＤＭＡ的編程實際上是通過內部核心處理單元或外部主機對片內有關的Ｉ／Ｏ寄存器設置來完成的，與ＤＭＡ有關的Ｉ／Ｏ寄存器如表１所列。控制寄存器主要用來設置數據傳輸的方向、數據格式、是否鏈式等操作；參數寄存器用來設置數據傳輸的地址、數目等信息；數據緩存器則主要用來緩存傳輸的數據，以提高數據的傳輸率。這些Ｉ／Ｏ寄存器都被映射到片內存儲器的前２５６個地址上。

表1 ADSP2116x中的DMA緩存器

２．３ ＡＤＳＰ２１１６ｘ中ＤＭＡ一般傳輸過程的設置

ＤＭＡ一般傳輸過程的設置步驟如下：

（１）設置對應通道的參數寄存器?

（２）設置對應通道的ＤＭＡ控制寄存器，并將其中的ＤＭＡ使能位設為有效?

（３）開始ＤＭＡ數據傳輸?

（４）ＤＭＡ傳輸結束后，產生對應的中斷，并通過程序對中斷進行處理。

２．４ ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的鏈式ＤＭＡ

為了減少由ＤＭＡ引起的中斷，ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的ＤＭＡ控制器提供了鏈式ＤＭＡ功能。所謂鏈式ＤＭＡ，是指在當前的ＤＭＡ結束時，Ｉ／Ｏ處理器能夠自動加載ＤＭＡ參數并開始下一個ＤＭＡ傳輸。利用這種特性，程序能夠設置多個具有不同屬性的ＤＭＡ傳輸。在鏈式ＤＭＡ過程中，通常先把每次ＤＭＡ傳輸的有關參數寫成一個傳輸控制塊（ＴＣＢ），并把它們存儲在片內。傳輸過程中，在當前的ＤＭＡ結束時，Ｉ／Ｏ處理器將對鏈式指針寄存器（ＣＰｘ）進行控制以使其指向存儲在片內的下一個ＴＣＢ。

表2 TCB中各相關參數寄存器的排列順序

ＣＰｘ在鏈式ＤＭＡ中具有非常重要的作用，它是一個１９位的寄存器，其中低１８位是偏移地址，在ＡＤＳＰ２１１６ｘ中，這組偏移地址加上０ｘ０００４００００后才是片內存儲器中的實際地址，其中最高一位為中斷控制位。該位在被設置的情況下，Ｉ／Ｏ處理器將在鏈式ＤＭＡ結束時產生一個中斷，實際上ＣＰｘ指向的是ＴＣＢ的最大地址，在ＴＣＢ中，各有關ＤＭＡ參數寄存器的排列順序如表２所列。表中的“ｘ”代表所用到的ＤＭＡ通道。鏈式ＤＭＡ傳輸過程的設置步驟如下：

（１）在片內存儲器中設置好所有的ＴＣＢ?

（２）設置對應通道的控制寄存器，并將其中的ＤＭＡ使能位和鏈式使能位設為有效?

（３）將第一個ＴＣＢ的最大地址寫到ＣＰｘ中，并開始鏈式ＤＭＡ的傳輸?

（４）傳輸結束后，產生對應的中斷。

有兩點要特別注意：第一是鏈式ＤＭＡ只能發生在同一ＤＭＡ通道內；二是ＳＰＩ口不支持鏈式ＤＭＡ。

３　幾種常用的ＤＭＡ操作

在基于ＡＤＳＰ２１１６ｘ的ＤＳＰ系統開發過程中，最常用的操作是片內存儲器和片外存儲器之間的ＤＭＡ、ｌｉｎｋ口之間的ＤＭＡ、串口之間的ＤＭＡ以及ＳＰＩ之間的ＤＭＡ等幾種。限于篇幅，本文只介紹前面兩種。

３．１ 片內存儲器和片外存儲器之間的ＤＭＡ

片內存儲器與片外存儲器之間的ＤＭＡ傳輸可用通道１０～１３這四個通道中的任意一個來進行。下面通過一個例子來說明這種傳輸。假定要把片內存儲器地址０ｘ５００００～０ｘ５００１ｆ中的３２個數據?利用ＤＭＡ通道１０傳送到片外存儲器０ｘ２００００００～０ｘ２００００１ｆ中，則可用下面的程序來實現：

Ｒ０＝０；ｄｍ（ＤＭＡＣ１０）＝Ｒ０；? ／／清空對應通道的ＤＭＡ控制寄存器

／／設置片內存儲器參烽寄存器

Ｒ０＝０ｘ５００００； ｄｍ（ＩＩＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／設置片內存儲器起始地址

Ｒ０＝１； ｄｍ（ＥＭＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／設置片內存儲器地址增加值

Ｒ０＝３２； ｄｍ（ＥＣＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／ 設置片內存儲器計數寄存器

／／設置片外參數寄存器

Ｒ０＝０ｘ２００００００（ ｄｍ?ＥＩＥＰ０）＝Ｒ０? ／／設置片外存儲器起始地址

Ｒ０＝１； ｄｍ（ＩＭＥＰ０）＝Ｒ０； ／／設置片外存儲器地址增加值

Ｒ０＝３２； ｄｍ（ＣＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／設置片外存儲器計數寄存器

／／設置對應通道的ＤＭＡ控制寄存器

Ｕｓｔａｔ１＝０ｘ００００００００；

Ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ１ ＭＡＳＴＥＲ｜ＰＭＯＤＥ４｜ＴＲＡＮ｜ＤＥＮ；

Ｄｍ（ＤＭＡＣ１０）＝ｕｓｔａｔ１； ／／ 設置為ｍａｓｔｅｒ和無打包模式，并開始ＤＭＡ傳輸

上面的例子是一般的ＤＭＡ傳輸。而如果需要進行兩段或兩段以上的數據傳輸，則要在中斷后重新設置參數寄存器，在這種情況下，用鏈式ＤＭＡ更有利于提高核心處理單元的效率。假定要把片內存儲器地址０ｘ５００００～０ｘ５００１ｆ中的３２個數據和０ｘ５００４０～０ｘ５００７ｆ中的６４個數據利用ＤＭＡ通道１０分別傳送到片外存儲器０ｘ２００００００～０ｘ２００００１ｆ和０ｘ２００００４０～０ｘ２００００７ｆ中，可用下面的程序來實現：

ＶＡＲ ｔｃｂ１[８] ＝ ３２,? ／／ＥＣＥＰ０

１, ／／ＥＭＥＰ０

０ｘ２００００００, ／／ ＥＩＥＰ０

０, ／／ ＧＰＥＰ０

ｔｃｂ２＋７－０ｘ４００００, ／／ ＣＰＥＰ０,保證第一次ＤＭＡ結束后自動加載第二個ＴＣＢ

３２, ／／ ＣＥＰ０

１, ／／ ＩＭＥＰ０

０ｘ５００００; ／／ ＩＩＥＰ０

ＶＡＲ ｔｃｂ２[８]＝６４,１,０ｘ２００００４０,

／／ ＥＣＥＰ０, ＥＭＥＰ０, ＥＩＥＰ０,０? ／／ＧＰＥＰ０

０ｘ４００００, ／／ＣＰＥＰ０,保證第二個ＤＭＡ結束后產生ＤＭＡ中斷

６４,１,０ｘ５００４０;／／ＣＥＰ０, ＩＭＥＰ０, ＩＩＥＰ０

ｒ０＝０,

ｄｍ(ＤＭＡＣ１０)＝ｒ０; ／／清空對應通道的ＤＭＡ控制器

ｕｓｔａｔ０＝０ｘ００００００００;

ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ０ ＩＮＴ３２ ｜ＭＡＳＴＥＲ｜ＰＭＯＤＥ４｜ＣＨＥＮ｜ＤＥＮ｜ＴＲＡＮ;

ｄｍ(ＤＭＡＣ１０)＝ｕｓｔａｔ０; ／／設置為ｍａｓｔｅｒ和無打包模式，鏈式ＤＭＡ

ｒ０＝ｔｃｂ１＋７－０ｘ４００００;

ｄｍ(ＣＰＥＰ０) ＝ｒ０; ／／加載第一個ＴＣＢ的ＣＰＥＰ０?

開始ＤＭＡ傳輸完第一段數據

后自動開始加載第二個ＴＣＢ，

直到兩段數據后產生中斷

ｂｉｔ ｓｅｔ ｍｏｄｅ１ ＩＲＰＴＥＮ? ／／設置全局中斷使能

ｂｉｔ ｓｅｔ ｉｍａｓｋ ＥＰ０Ｉ? ／／設置ＤＭＡ通道＃１０中斷使能

３．２ 片內存儲器與ｌｉｎｋ口之間的ＤＭＡ

ＡＤＳＰ２１１６ｘ具有很強的并行工作能力，它不需另加任何外部仲裁電路，便可以直接通過ｌｉｎｋ口聯接在一起并行工作以實現片間數據的交換，在通常情況下可采用ＤＭＡ方式，以便充分發揮其優點。下面是兩片ＡＤＳＰ２１１６ｘ之間通過ｌｉｎｋ０口進行數據傳輸的例子。假定要把第一片片內存儲器０ｘ１０００００～０ｘ１００１ｆｆ中的５１２個數據傳送到第二片的片內存儲器０ｘ１２００００～０ｘ１２０１ｆｆ中。其程序如下：

／／第一片

．ｖａｒ ｔｘｔｃｂ＿ｓｏｕｒｃｅ?８?＝０?０?０?０?０?５１２?１?０ｘ１０００００?

／／設置ＤＭＡ ＴＣＢ

ｒ０ ＝ ０? ｄｍ?ＬＣＴＬ? ＝ ｒ０? ／／清空對應通道的

控制寄存器

ｕｓｔａｔ１＝ｄｍ?ＬＣＴＬ??

ｂｉｔ ｃｌｒ ｕｓｔａｔ１ Ｌ０ＴＲＡＮ ｜ ＬＡＢ０ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ０?

ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ１ Ｌ０ＥＮ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ１ ｜ Ｌ０ＤＥＮ ｜ Ｌ０ＣＨＥＮ ?ｄｍ?ＬＣＴＬ?＝ｕｓｔａｔ１? ／／設置ＤＭＡ控制器ＬＣＴＬ

／／設置ｌｉｎｋ０口為２ｘ時鐘，發

送數據模式，鏈式ＤＭＡ

ｒ１ ＝ ０ｘ０００４００００?

ｒ０ ＝ ｔｘｔｃｂ＿ｓｏｕｒｃｅ ＋ ７?

ｒ０ ＝ ｒ１ ｏｒ ｒ０? ／／設置ＣＰＬＢ０寄存器中的ＰＣＩ位

ｄｍ?ｔｘｔｃｂ＿ｓｏｕｒｃｅ ＋ ４? ＝ ｒ０? ／／設置ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０

ｄｍ?ＣＰＬＢ０? ＝ ｒ０? ／／加載ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０，并

開始鏈式ＤＭＡ

／／第二片

．ｖａｒ ｒｘｔｃｂ＿ｄｅｓｔ?８?＝０?０?０?０?０?５１２?１?０ｘ１２００００?

／／設置ＤＭＡ ＴＣＢ

ｒ０＝０? ｄｍ?ＬＣＴＬ?＝ｒ０? ／／清空對應通道的控制

寄存器

ｕｓｔａｔ１＝ｄｍ?ＬＣＴＬ??

ｂｉｔ ｃｌｒ ｕｓｔａｔ１ ＬＡＢ０ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ０?

ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ１ Ｌ０ＴＲＡＮ ｜ Ｌ０ＥＮ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ１ ｜ Ｌ０ＤＥＮ ｜ Ｌ０ＣＨＥＮ ?

ｄｍ?ＬＣＴＬ?＝ｕｓｔａｔ１? ／／設置ＤＭＡ控制器ＬＣＴＬ

／／設置ｌｉｎｋ０口為２ｘ時鐘，

接收數據模式，鏈式ＤＭＡ

ｒ１ ＝ ０ｘ０００４００００?

ｒ０ ＝ ｒｘｔｃｂ＿ｄｅｓｔ ＋ ７?

ｒ０ ＝ ｒ１ ｏｒ ｒ０? ／／設置ＣＰＬＢ０中的ＰＣＩ位

ｄｍ?ｒｘｔｃｂ＿ｄｅｓｔ ＋ ４? ＝ ｒ０? ／／設置ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０

ｄｍ?ＣＰＬＢ０? ＝ ｒ０? ／／加載ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０?

并開始鏈式ＤＭＡ

４ 結束語

本文簡要介紹了ＡＤＳＰ２１１６ｘ中ＤＭＡ的基本原理，給出了幾種ＤＭＡ操作時的編程實例，這些例子重點突出了鏈式ＤＭＡ的應用。由于ＡＤＳＰ２１１６ｘ中ＤＭＡ操作功能強大，形式多樣。因此，只有熟練掌握和應用各種ＤＭＡ，才能使數據進出芯片變得更加流暢，同時也才能使其核心處理單元的運算能力發揮到極致。