ADSP2116中DMA的應用

摘要：直接內存存取(DMA)是DSP芯片中用于快速數據交換的重要技術,文中對AD公司的浮點系列芯片ADSP2116x中DMA的應用方法作了詳細介紹，同時重點介紹了鏈式DMA的操作方法，給出了一些實際應用中的例子。

    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(fā)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(xù)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(fā)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(qū)，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。
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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�？刂萍拇嫫髦饕�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?zhèn)鬏數臄祿�，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

DMA通道號 控制寄存器 參數寄存器 數據緩存器 說  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發(fā)送口 9 IILB1,IMLB1,CLB1,CPLB1,GPLB1 IISTX,IMSTX,CSTX,GPSTX LUBF1 SPITX Link1口SPI發(fā)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

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(fā)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(fā)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(fā)揮其優(yōu)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(fā)

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(fā)揮到極致。

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