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  • ADSP2116中DMA的应用
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/4/18 16:36:00
    摘要:直接内存存取(DMA)是DSP芯片中用于快速数据交换的重要技术,文中对AD公司的浮点系列芯片ADSP2116x中DMA的应用方法作了详细介绍,同时重点介绍了链式DMA的操作方法,给出了一些实际应用中的例子。

        关键词:DMA 链式DMA 浮点系列芯片 ADSP2116x

    1 DMA概述

    直接内存存取(DMA)是计算机系统提高运行效率的一项重要技术。它可以在CPU运行指令的同时,使系统从外部存储器或设备中存取数据也可以在核心处理器不参与的情况下由专用的DMA设备存取数据。

    对于DSP芯片来讲,DMA的作用尤为重要。众所周知,DSP芯片主要面向实时信号处理其核心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。ADSP2116x的速度为600MFLOPS此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,一般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AD-SP2116x内部还有各种接口总线,可用以提高数据的流通能力,而在芯片的外部,所有的总线都被合并在一起了。为了发挥DSP核心运算单元的高速运算能力,必须先把外部数据传输到片内存储器中。使用DMA操作可以减少核心处理器的负担,提高运算速度。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,经过各种算法处理后,还要输出给其它外部设备。不仅如此,对于很多应用系统数据的输入和输出常常是连续不断的。试想若用DSP的核心部件完成数据的输入和输出,将无法发挥DSP的高速运算能力。而AD公司的ADSP2116x系列则集成了DMA控制器,从而可用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。该结构的内部带有输入、输出缓冲区,而数据的获得则依靠DMA控制器。这样,核心运算单元就可以专门进行信号处理,而将外界数据的获取交给 DMA来完成。

    2 ADSP2116x中的DMA

    2.1 ADSP2116x中DMA的数据传输类型

    ADSP2116x中的DMA包含14条独立通道,可完成下列类型的数据传输操作:

    ●片内存储器与片外存储器或片外设备之间的传输操作;

    ●片内存储器与其它ADSP2116x的片内存储器之间的传输操作;

    ●片内存储器与主处理器之间的传输操作;

    ●片内存储器与串行口之间的传输操作;

    ●片内存储器与Link口之间的传输操作;

    ●片内存储器与SPI口之间的传输操作;

    ●片外存储器与片外设备之间的传输操作。

    2.2 ADSP2116x中与DMA有关的寄存器

    DMA的编程实际上是通过内部核心处理单元或外部主机对片内有关的I/O寄存器设置来完成的,与DMA有关的I/O寄存器如表1所列。控制寄存器主要用来设置数据传输的方向、数据格式、是否链式等操作;参数寄存器用来设置数据传输的地址、数目等信息;数据缓存器则主要用来缓存传输的数据,以提高数据的传输率。这些I/O寄存器都被映射到片内存储器的前256个地址上。

    表1 ADSP2116x中的DMA缓存器

    DMA通道号 控制寄存器 参数寄存器 数据缓存器 说  明
    0 SPCTL0 II0A,IM0A,CP0A,GP0A RX0A,TX0A 串口0A
    1 II0B,IM0B,C0B,CP0B,GP0B RX0B,TX0B 串口0B
    2 SPCTL1 II1A,IM1A,C1A,CP1A,GP1A RX1A,TX1A 串口1A
    3 II1B,IM1B,C1B,CP1B,GP1B RX1B,TX1B 串口1B
    4 SPCTL2 II2A,IM2A,C2A,CP2A,GP2A RX2A,TX2A 串口2A
    5 II2B,IM2B,C2B,CP2B,GP2B RX2B,TX2B 串口2B
    6 SPCTL3 II3A,IM3A,C3A,CP3A,GP3A RX3A,TX3A 串口3A
    7 II3B,IM3B,C3B,CP3B,GP3B RX3B,TX3B 串口3B
    8 LCTLSPICTL IILB1,IMLB1,CLB1,CPLB1,GPLB1 IISTX,IMSRX,CSRX,GPSRX LUBF0 SPIRX Link0口SPI发送口
    9 IILB1,IMLB1,CLB1,CPLB1,GPLB1 IISTX,IMSTX,CSTX,GPSTX LUBF1 SPITX Link1口SPI发送口
    10 DMAC10 IIEP0,IMEP0,CEP0,CPEP0,GPEP0,EIEP0,EMEP0,ECEP0 EPB0 外部接口0
    11 DMAC11 IIEP1,IMEP1,CEP1,CPEP1,GPEP1,EIEP1,EMEP1,ECEP1 EPB1 外部接口1
    12 DMAC12 IIEP2,IMEP2,CEP2,CPEP2,GPEP2,EIEP2,EMEP2,ECEP2 EPB2 外部接口2
    13 DMAC13 GPEP3,EIEP3,CEP3,CPEP3,GPEP3,EIEP3,EMEP3,ECEP3 EPB3 外部接口3

    2.3 ADSP2116x中DMA一般传输过程的设置

    DMA一般传输过程的设置步骤如下:

    (1)设置对应通道的参数寄存器

    (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,并通过程序对中断进行处理。

    2.4 ADSP2116x中的链式DMA

    为了减少由DMA引起的中断,ADSP2116x中的DMA控制器提供了链式DMA功能。所谓链式DMA,是指在当前的DMA结束时,I/O处理器能够自动加载DMA参数并开始下一个DMA传输。利用这种特性,程序能够设置多个具有不同属性的DMA传输。在链式DMA过程中,通常先把每次DMA传输的有关参数写成一个传输控制块(TCB),并把它们存储在片内。传输过程中,在当前的DMA结束时,I/O处理器将对链式指针寄存器(CPx)进行控制以使其指向存储在片内的下一个TCB。

    表2 TCB中各相关参数寄存器的排列顺序

    地   址 外部口 Link口和串口
    CPx+0x00040000 IIEPx IIx
    CPx-1+0x00040000 IMEPx IMx
    CPx-2+0x00040000 CEPx Cx
    CPx-3+0x00040000 CPEPx CPx
    CPx-4+0x00040000 GPEPx GPx
    CPx-5+0x00040000 EIEPx  
    CPx-6+0x00040000 EMEPx  
    CPx-7+0x00040000 ECEPx  
    CPx-8+0x00040000 -  

    CPx在链式DMA中具有非常重要的作用,它是一个19位的寄存器,其中低18位是偏移地址,在ADSP2116x中,这组偏移地址加上0x00040000后才是片内存储器中的实际地址,其中最高一位为中断控制位。该位在被设置的情况下,I/O处理器将在链式DMA结束时产生一个中断,实际上CPx指向的是TCB的最大地址,在TCB中,各有关DMA参数寄存器的排列顺序如表2所列。表中的“x”代表所用到的DMA通道。链式DMA传输过程的设置步骤如下:

    (1)在片内存储器中设置好所有的TCB

    (2)设置对应通道的控制寄存器,并将其中的DMA使能位和链式使能位设为有效

    (3)将第一个TCB的最大地址写到CPx中,并开始链式DMA的传输

    (4)传输结束后,产生对应的中断。

    有两点要特别注意:第一是链式DMA只能发生在同一DMA通道内;二是SPI口不支持链式DMA。

    3 几种常用的DMA操作

    在基于ADSP2116x的DSP系统开发过程中,最常用的操作是片内存储器和片外存储器之间的DMA、link口之间的DMA、串口之间的DMA以及SPI之间的DMA等几种。限于篇幅,本文只介绍前面两种。

    3.1 片内存储器和片外存储器之间的DMA

    片内存储器与片外存储器之间的DMA传输可用通道10~13这四个通道中的任意一个来进行。下面通过一个例子来说明这种传输。假定要把片内存储器地址0x50000~0x5001f中的32个数据利用DMA通道10传送到片外存储器0x2000000~0x200001f中,则可用下面的程序来实现:

    R0=0;dm(DMAC10)=R0; //清空对应通道的DMA控制寄存器

    //设置片内存储器参烽寄存器

    R0=0x50000; dm(IIEP0)=R0; //设置片内存储器起始地址

    R0=1; dm(EMEP0)=R0; //设置片内存储器地址增加值

    R0=32; dm(ECEP0)=R0; // 设置片内存储器计数寄存器

    //设置片外参数寄存器

    R0=0x2000000( dmEIEP0)=R0 //设置片外存储器起始地址

    R0=1; dm(IMEP0)=R0; //设置片外存储器地址增加值

    R0=32; dm(CEP0)=R0; //设置片外存储器计数寄存器

    //设置对应通道的DMA控制寄存器

    Ustat1=0x00000000;

    Bit set ustat1 MASTER|PMODE4|TRAN|DEN;

    Dm(DMAC10)=ustat1; // 设置为master和无打包模式,并开始DMA传输

    上面的例子是一般的DMA传输。而如果需要进行两段或两段以上的数据传输,则要在中断后重新设置参数寄存器,在这种情况下,用链式DMA更有利于提高核心处理单元的效率。假定要把片内存储器地址0x50000~0x5001f中的32个数据和0x50040~0x5007f中的64个数据利用DMA通道10分别传送到片外存储器0x2000000~0x200001f和0x2000040~0x200007f中,可用下面的程序来实现:

    VAR tcb1[8] = 32, //ECEP0

    1, //EMEP0

    0x2000000, // EIEP0

    0, // GPEP0

    tcb2+7-0x40000, // CPEP0,保证第一次DMA结束后自动加载第二个TCB

    32, // CEP0

    1, // IMEP0

    0x50000; // IIEP0

    VAR tcb2[8]=64,1,0x2000040,

    // ECEP0, EMEP0, EIEP0,0 //GPEP0

    0x40000, //CPEP0,保证第二个DMA结束后产生DMA中断

    64,1,0x50040;//CEP0, IMEP0, IIEP0

    r0=0,

    dm(DMAC10)=r0; //清空对应通道的DMA控制器

    ustat0=0x00000000;

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

    dm(DMAC10)=ustat0; //设置为master和无打包模式,链式DMA

    r0=tcb1+7-0x40000;

    dm(CPEP0) =r0; //加载第一个TCB的CPEP0

    开始DMA传输完第一段数据

    后自动开始加载第二个TCB,

    直到两段数据后产生中断

    bit set mode1 IRPTEN //设置全局中断使能

    bit set imask EP0I //设置DMA通道#10中断使能

    3.2 片内存储器与link口之间的DMA

    ADSP2116x具有很强的并行工作能力,它不需另加任何外部仲裁电路,便可以直接通过link口联接在一起并行工作以实现片间数据的交换,在通常情况下可采用DMA方式,以便充分发挥其优点。下面是两片ADSP2116x之间通过link0口进行数据传输的例子。假定要把第一片片内存储器0x100000~0x1001ff中的512个数据传送到第二片的片内存储器0x120000~0x1201ff中。其程序如下:

    //第一片

    .var txtcb_source8=0000051210x100000

    //设置DMA TCB

    r0 = 0 dmLCTL = r0 //清空对应通道的

    控制寄存器

    ustat1=dmLCTL

    bit clr ustat1 L0TRAN | LAB0 | L0CLKD0

    bit set ustat1 L0EN | L0CLKD1 | L0DEN | L0CHEN dmLCTL=ustat1 //设置DMA控制器LCTL

    //设置link0口为2x时钟,发

    送数据模式,链式DMA

    r1 = 0x00040000

    r0 = txtcb_source + 7

    r0 = r1 or r0 //设置CPLB0寄存器中的PCI位

    dmtxtcb_source + 4 = r0 //设置TCB中的CPLB0

    dmCPLB0 = r0 //加载TCB中的CPLB0,并

    开始链式DMA

    //第二片

    .var rxtcb_dest8=0000051210x120000

    //设置DMA TCB

    r0=0 dmLCTL=r0 //清空对应通道的控制

    寄存器

    ustat1=dmLCTL

    bit clr ustat1 LAB0 | L0CLKD0

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

    dmLCTL=ustat1 //设置DMA控制器LCTL

    //设置link0口为2x时钟,

    接收数据模式,链式DMA

    r1 = 0x00040000

    r0 = rxtcb_dest + 7

    r0 = r1 or r0 //设置CPLB0中的PCI位

    dmrxtcb_dest + 4 = r0 //设置TCB中的CPLB0

    dmCPLB0 = r0 //加载TCB中的CPLB0

    并开始链式DMA

    4 结束语

    本文简要介绍了ADSP2116x中DMA的基本原理,给出了几种DMA操作时的编程实例,这些例子重点突出了链式DMA的应用。由于ADSP2116x中DMA操作功能强大,形式多样。因此,只有熟练掌握和应用各种DMA,才能使数据进出芯片变得更加流畅,同时也才能使其核心处理单元的运算能力发挥到极致。




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