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  • STM32-DMA基本概念

    2020-10-21 18:05:47
    STM32-DMA基本概念 工作原理 DMA即直接存储器访问,无需CPU直接控制传输,也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程,他是通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路,可以使得CPU的效率大大提高。 ...

    STM32-DMA基本概念

    工作原理

    DMA即直接存储器访问,无需CPU直接控制传输,也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程,他是通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路,可以使得CPU的效率大大提高。

    STM32F103有两个DMA控制器有12个通道(DMA1有7个通道,DMA2有5个通道),每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。为了保证每个通道协调有序,还有一个仲裁器来协调各个DMA请求的优先权。

    如图为STM32F103的12个通道DMA请求预览表
    在这里插入图片描述
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    通道优先级

    这些通道的优先级可以通过软件和硬件配合设定,软件方面可以通过编程配置寄存器,当配置的优先权相等时,由硬件决定。

    软件:每个通道的优先权可以在DMA_CCRx寄存器中设置,有4个等级:

    • ─ 最高优先级
    • ─ 高优先级
    • ─ 中等优先级
    • ─ 低优先级

    硬件:如果2个请求有相同的软件优先级,则拥有较低编号的通道比拥有较高编号的通道有较高的优先权。举个例子,通道2优先于通道4。

    DMA的传输

    DMA有4种传输模式

    • 存储器和存储器间的传输
    • 外设和外设间的传输
    • 存储器到外设间的传输
    • 外设到存储器间的传输

    想要使用DMA传输还需要确定这么几点内容:DMA传输的源、目的和长度。可以通过配置如下寄存器,以实现目的。

    • DMA_CPARx寄存器(DMA_CPARx)(x = 1…7) 设置外设地址,作为数据传输的源或目标。
    • DMA_CMARx寄存器(DMA_CMARx)(x = 1…7)设置存储器地址,作为数据传输的源或目标。
    • DMA_CNDTRx寄存器 设置写入要传输的数据量,即长度。数据传输数量为0至65535。
    • DMA_CCRx寄存器 设置数据传输的方向。
      如果要配置存储器到存储器模式。MEM2MEM这一位需要置1
      配置源和目的的数据宽度,两边尽量保持一致
      MSIZE:存储器数据宽度;PSIZE:外设数据宽度

    DMA中断

    可以在DMA传输过半、传输完成和传输错误时产生中断。为应用的灵活性考虑,通过设置寄存器DMA_ISR(DMA中断状态寄存器)的不同位来打开这些中断
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  • DMA burst 基本概念

    千次阅读 2018-01-18 10:04:01
    DMA和burst不是一个概念。  DMA传送不经过CPU的控制,假如硬盘的数据不能经过DMA控制器读到内存,那么每完成一次将硬盘的数据读出来,再存放到内存的操作,都要通过CPU运行几条读写指令来完成,这时CPU就做不了别...

    原文地址:http://blog.csdn.net/sunjiajiang/article/details/7945057


    DMA和burst不是一个概念。

      DMA传送不经过CPU的控制,假如硬盘的数据不能经过DMA控制器读到内存,那么每完成一次将硬盘的数据读出来,再存放到内存的操作,都要通过CPU运行几条读写指令来完成,这时CPU就做不了别的事了,如果有DMA控制器,则这个过程不需要CPU的参与,只需要占用总线就可以了。CPU还可以去完成别的运算。

      Burst操作还是要通过CPU的参与的,与单独的一次读写操作相比,burst只需要提供一个其实地址就行了,以后的地址依次加1,而非burst操作每次都要给出地址,以及需要中间的一些应答、等待状态等等。如果是对地址连续的读取,burst效率高得多,但如果地址是跳跃的,则无法采用burst操作

    一般芯片的dma有基本功能。

      1、普通的内存、外设间互传数据,一次性的。
      2、支持链表的,美其名曰“scatter”,内核有struct scatter可以参考。

    dma有burst、burst size、transfer的概念:

    burst:

      dma实际上是一次一次的申请总线,把要传的数据总量分成一个一个小的数据块。比如要传64个字节,那么dma内部可能分为2次,一次传64/2=32个字节,这个2(a)次呢,就叫做burst。这个burst是可以设置的。这32个字节又可以分为32位 *8或者16位*16来传输。

    transfer size:

      就是数据宽度,比如8位、32位,一般跟外设的FIFO相同。

    burst size:

      就是一次传几个 transfer size.

      配置数据宽度为32位。一次传8个32位=32个字节。
      那么如果总长度为128字节,那么实际dma设置的长度为 128/32 = 4.

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  • DMA的基本概念

    千次阅读 2015-11-25 22:26:39
    8.3.1 DMA的基本概念 直接内存访问(DMA)是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在这种方式中,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和I/O设备之间进行 。DMA方式一般用于...

    8.3.1 DMA的基本概念    

    直接内存访问(DMA)是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在这种方式中,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和I/O设备之间进行 。DMA方式一般用于高速传送成组数据。DMA控制器将向内存发出地址和控制信号,修改地址,对传送的字的个数计数,并且以中断方式向CPU报告传送操作的结束。

      DMA方式的主要优点是速度快。由于CPU根本不参加传送操作,因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。在数据传送过程中,没有保存现场、恢复现场之类的工作。内存地址修改、传送字个数的计数等等,也不是由软件实现,而是用硬件线路直接实现的。所以DMA方式能满足高速I/O设备的要求,也有利于CPU效率的发挥。

    多种DMA至少能执行以下一些基本操作:

    (1)从外围设备发出DMA请求;

    (2)CPU响应请求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器从CPU接管总线的控制;

    (3)由DMA控制器对内存寻址,即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作;

    (4)向CPU报告DMA操作的结束

    注意 在DMA方式中,一批数据传送前的准备工作,以及传送结束后的处理工作,均由管理程序承担,而DMA控制器仅负责数据传送的工作。

     

    8.3.2 DMA传送方式         

      DMA技术的出现,使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存,与此同时,CPU可以继续执行程序。DMA控制器与CPU分时使用内存通常采用以下三种方法:

    1.停止CPU访问内存

    当外围设备要求传送一批数据时,由DMA控制器发一个停止信号给CPU,要求CPU放弃对地址总线、数据总线和有关控制总线的使用权。DMA控制器获得总线控制权以后,开始进行数据传送。在一批数据传送完毕后,DMA控制器通知CPU可以使用内存,并把总线控制权交还给CPU。在这种DMA传送过程中,CPU基本处于不工作状态或者说保持状态。这种传送方式的时间图如下:

      优点: 控制简单,它适用于数据传输率很高的设备进行成组传送。

      缺点: 在DMA控制器访内阶段,内存的效能没有充分发挥,相当一部分内存工作周期是空闲的。这是因为,外围设备传送两个数据之间的间隔一般总是大于内存存储周期,即使高速I/O设备也是如此。

    2.周期挪用:

    当I/O设备没有DMA请求时,CPU按程序要求访问内存;一旦I/O设备有DMA请求,则由I/O设备挪用一个或几个内存周期。

    I/O设备要求DMA传送时可能遇到两种情况

    (1)此时CPU不需要访内,如CPU正在执行乘法指令。由于乘法指令执行时间较长,此时I/O访内与CPU访内没有冲突,即I/O设备挪用一二个内存周期对CPU执行程序没有任何影响。

    (2)I/O设备要求访内时CPU也要求访内,这就产生了访内冲突,在这种情况下I/O设备访内优先,因为I/O访内有时间要求,前一个I/O数据必须在下一个访内请求到来之前存取完毕。显然,在这种情况下I/O 设备挪用一二个内存周期,意味着CPU延缓了对指令的执行,或者更明确地说,在CPU执行访内指令的过程中插入DMA请求,挪用了一二个内存周期。

    这种传送方式的时间图如下:

    与停止CPU访内的DMA方法比较,周期挪用的方法既实现了I/O传送,又较好地发挥了内存和CPU的效率,是一种广泛采用的方法。但是I/O设备每一次周期挪用都有申请总线控制权、建立总线控制权和归还总线控制权的过程,所以传送一个字对内存来说要占用一个周期,但对DMA控制器来说一般要2—5个内存周期(视逻辑线路的延迟而定)。因此,周期挪用的方法适用于I/O设备读写周期大于内存存储周期的情况。

    3.DMA与CPU交替访内:

    如果CPU的工作周期比内存存取周期长很多,此时采用交替访内的方法可以使DMA传送和CPU同时发挥最高的效率。假设CPU工作周期为 1.2μs,内存存取周期小于0.6μs,那么一个CPU周期可分为C1和C2两个分周期,其中C1供DMA控制器访内,C2专供CPU访内。这种传送方式的时间图如下:

      这种方式不需要总线使用权的申请、建立和归还过程,总线使用权是通过C1和C2分时进行的。CPU和DMA控制器各自有自己的访内地址寄存器、数据寄存器和读/写信号等控制寄存器。在C1周期中,如果DMA控制器有访内请求,可将地址、数据等信号送到总线上。在C2周期中,如CPU有访内请求,同样传送地址、数据等信号。事实上,对于总线,这是用C1,C2控制的一个多路转换器,这种总线控制权的转移几乎不需要什么时间,所以对DMA传送来讲效率是很高的。

      这种传送方式又称为“透明的DMA”方式,其来由是这种DMA传送对CPU来说,如同透明的玻璃一般,没有任何感觉或影响。在透明的DMA方式下工作,CPU既不停止主程序的运行,也不进入等待状态,是一种高效率的工作方式。当然,相应的硬件逻辑也就更加复杂。

     

     

    8.3.3 基本的DMA控制器      

    1.DMA控制器的基本组成

      一个DMA控制器,实际上是采用DMA方式的外围设备与系统总线之间的接口电路。这个接口电路是在中断接口的基础上再加DMA机构组成。其逻辑示意图见文字教材图8.12。

    一个最简单的DMA控制器由以下逻辑部件组成:

    (1)内存地址计数器 用于存放内存中要交换的数据的地址。在DMA传送前,须通过程序将数据在内存中的起始位置(首地址)送到内存地址计数器。而当DMA传送时,每交换一次数据,将地址计数器加“1”,从而以增量方式给出内存中要交换的一批数据的地址。

    (2)字计数器用于记录传送数据块的长度(多少字数)。其内容也是在数据传送之前由程序预置,交换的字数通常以补码形式表示。在DMA传送时,每传送一个字,字计数器就加“1” ,当计数器溢出即最高位产生进位时,表示这批数据传送完毕,于是引起DMA控制器向CPU发中断信号。

    (3)数据缓冲寄存器 用于暂存每次传送的数据(一个字)。当输入时,由设备(如磁盘)送往数据缓冲寄存器,再由缓冲寄存器通过数据总线送到内存。反之,输出时,由内存通过数据总线送到数据缓冲寄存器,然后再送到设备。

    (4)“DMA请求”标志每当设备准备好一个数据字后给出一个控制信号,使“DMA请求” 标志置“1”。该标志置位后向“控制/状态”逻辑发出DMA请求,后者又向CPU发出总线使用权的请求(HOLD),CPU响应此请求后发回响应信号HLDA,“控制/状态”逻辑接收此信号后发出DMA响应信号,使“DMA请求”标志复位,为交换下一个字做好准备。

    (5)“控制/状态”逻辑 由控制和时序电路以及状态标志等组成,用于修改内存地址计数器和字计数器,指定传送类型(输入或输出),并对“DMA请求”信号和CPU响应信号进行协调和同步。

    (6)中断机构 当字计数器溢出时(全0),意味着一组数据交换完毕,由溢出信号触发中断机构,向CPU提出中断报告。这里的中断与上一节介绍的I/O中断所采用的技术相同,但中断的目的不同,前面是为了数据的输入或输出,而这里是为了报告一组数据传送结束。因此它们是I/O系统中不同的中断事件。

    2.DMA数据传送过程

      DMA的数据块传送过程可分为三个阶段:传送前预处理;正式传送;传送后处理。

      预处理 由CPU执行几条输入输出指令,测试设备状态,向DMA控制器的设备地址寄存器中送入设备号并启动设备,向内存地址计数器中送入起始地址,向字计数器中送入交换的数据字个数。在这些工作完成后,CPU继续执行原来的主程序。

      正式传送当外设准备好发送数据(输入)或接受数据(输出)时,它发出DMA请求,由DMA控制器向CPU发出总线使用权的请求(HOLD)。下图示出了停止CPU访内方式的DMA传送数据的流程图。

    图8.13 DMA传送数据的流程图

      DMA的数据传送是以数据块为基本单位进行的,因此,每次DMA控制器占用总线后,无论是数据输入操作,还是输出操作,都是通过循环来实现的。当进行输入操作时,外围设备的数据(一次一个字或一个字节)传向内存;当进行输出操作时,内存的数据传向外围设备。

      后处理 一旦DMA的中断请求得到响应,CPU停止主程序的执行,转去执行中断服务程序做一些DMA的结束处理工作。这些工作包括校验送入内存的数据是否正确;决定继续用DMA方式传送下去,还是结束传送;测试在传送过程中是否发生了错误等等。

    基本DMA控制器与系统的连接方式:

     

    (1)公用的DMA请求方式;(2)独立的DMA请求方式,这与中断方式类似。

    8.3.4 选择型和多路型DMA控制器:

    1.选择型DMA控制器

      选择型DMA控制器在物理上可以连接多个设备,而在逻辑上只允许连接一个设备。换句话说,在某一段时间内只能为一个设备服务。

      选择型DMA控制器的逻辑框图请见CAI演示。 

    选择型DMA控制器的工作原理

      与前面的简单DMA控制器基本相同。除了前面讲到的基本逻辑部件外,还有一个设备号寄存器。数据传送是以数据块为单位进行的,在每个数据块传送之前的预置阶段,除了用程序中I/O指令给出数据块的传送个数、起始地址、操作命令外,还要给出所选择的设备号。从预置开始,一直到这个数据块传送结束,DMA控制器只为所选设备服务。下一次预置再根据I/O指令指出的设备号,为另一选择的设备服务。显然,选择型DMA控制器相当于一个逻辑开关,根据I/O指令来控制此开关与某个设备连接。

      选择型DMA控制器只增加少量硬件达到了为多个外围设备服务的目的,它特别适合数据传输率很高以至接近内存存取速度的设备。在很快地传送完一个数据块后,控制器又可为其他设备服务。

    2.多路型DMA控制器

      选择型DMA控制器不适用于慢速设备。但多路型DMA控制器适合于同时为多个慢速外围设备服务。

      链式多路型DMA控制器独立请求方式多路型DMA控制器请见CAI演示。

      多路型DMA不仅在物理上可以连接多个外围设备,而且在逻辑上也允许这些外围设备同时工作,各设备以字节交叉方式通过DMA控制器进行数据传送。

    【例3】下图中假设有磁盘、磁带、打印机三个设备同时工作。磁盘以30μs的间隔向控制器发DMA请求,磁带以45μs的间隔发DMA请求,打印机以150μs间隔发DMA请求。根据传输速率,磁盘优先权最高,磁带次之,打印机最低,图中假设DMA控制器每完成一次DMA传送所需的时间是5μs。若采用多路型DMA控制器,请画出DMA控制器服务三个设备的工作时间图。

    图8.16 多路DMA控制器工作时间图

    【解】

    由图看出,T1间隔中控制器首先为打印机服务,因为此时只有打印机有请求。T2间隔前沿磁盘、磁带同时有请求,首先为优先权高的磁盘服务,然后为磁带服务,每次服务传送一个字节。在150μs时间阶段中,为打印机服务只有一次(T1),为磁盘服务四次(T2,T4,T6,T7),为磁带服务三次(T3,T5,T8)。从图上看到,在这种情况下DMA尚有空闲时间,说明控制器还可以容纳更多设备。

      由于多路型DMA同时要为多个设备服务,因此对应多少个DMA通路(设备),在控制器内部就有多少组寄存器用于存放各自的传送参数。

      多路型DMA控制器的逻辑结构请见文字教材图8.17。通过配合使用I/O通用接口片子,多路型DMA控制器可以对8个独立的DMA通路(CH)进行控制,使外围设备以周期挪用方式对内存进行存取。

      8条独立的DMA请求线或响应线能在外围设备与DMA控制器之间进行双向通信。一条线上进行双向通信是通过分时和脉冲编码技术实现的。也可以分别设立DMA请求线和响应线实现双向通信。每条DMA线在优先权结构中具有固定位置,一般DMA0线具有最高优先权,DMA7线具有最低优先权。

      控制器中有8个8位的控制传送长度的寄存器,8个16位的地址寄存器。每个长度寄存器和地 址寄存器对应一个设备。每个寄存器都可以用程序中的I/O指令从CPU送入控制数据。每一寄 存器组各有一个计数器,用于修改内存地址和传送长度。

    当某个外围设备请求DMA服务时,操作过程如下:

    (1)DMA控制器接到设备发出的DMA请求时,将请求转送到CPU。

    (2)CPU在适当的时刻响应DMA请求。若CPU不需要占用总线则继续执行指令;若CPU需要占用 总线,则CPU进入等待状态。

    (3)DMA控制器接到CPU的响应信号后,进行以下工作:①对现有DMA请求中优先权最高的请求 给予DMA响应;②选择相应的地址寄存器的内容驱动地址总线;③根据所选设备操作寄存器 的内容,向总线发读、写信号;④外围设备向数据总线传送数据,或从数据总线接收数据; ⑤每个字节传送完毕后,DMA控制器使相应的地址寄存器和长度寄存器加“1”或减“1”。 

      以上是一个DMA请求的过程,在一批数据传送过程中,要多次重复上述过程,直到外围设备表示一个数据块已传送完毕,或该设备的长度控制器判定传送长度已满。 

    【例4】教材图8.18所示为微型机中软盘控制器的系统接口电路,请进行分析说明。

     

     

                                        

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  • 什么是DMA?   DMA(Direct Memory Access)即直接存储访问,DMA传输方式无需CPU直接控制传输,通过硬件为RAM、I/O设备开辟一条直接传输数据的通路,能使CPU的效率大为提高。每一种体系结构DMA传输不同,编程接口...

    什么是DMA?

      DMA(Direct Memory Access)即直接存储访问,DMA传输方式无需CPU直接控制传输,通过硬件为RAM、I/O设备开辟一条直接传输数据的通路,能使CPU的效率大为提高。每一种体系结构DMA传输不同,编程接口也不同。



    DMA的触发方式

      1. 每块拥有DMA功能的芯片基本可以通过特定的通道来触发DMA。每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。(如stm32、2440等芯片)

      2. 每个通道对应四种传输模式:
                    内存 —> 内存、内存 —> 外设、外设 —> 内存、外设 —> 外设

      3. 数据传输有两种方式触发:一种软件请求(手动)数据,另一种由硬件异步(自动)传输。

    在第一种情况下,调用的步骤可以概括如下(以read为例):

    1. 在进程调用 read 时,驱动程序的方法分配一个 DMA 缓冲区,随后指示硬件传送它的数据。进程进入睡眠。
    2. 硬件将数据写入 DMA 缓冲区并在完成时产生一个中断。
    3. 中断处理程序获得输入数据,应答中断,最后唤醒进程,该进程现在可以读取数据了。

    第二种情形是在 DMA 被异步使用时发生的。以数据采集设备为例:

    1. 硬件发出中断来通知新的数据已经到达。
    2. 中断处理程序分配一个DMA缓冲区。
    3. 外围设备将数据写入缓冲区,然后在完成时发出另一个中断。
    4. 处理程序利用DMA分发新的数据,唤醒任何相关进程。

      网卡传输也是如此,网卡有一个循环缓冲区(通常叫做 DMA 环形缓冲区)建立在与处理器共享的内存中。每一个输入数据包被放置在环形缓冲区中下一个可用缓冲区,并且发出中断。然后驱动程序将网络数据包传给内核的其它部分处理,并在环形缓冲区中放置一个新的 DMA 缓冲区。驱动程序在初始化时分配DMA缓冲区,并使用它们直到停止运行。



    DMA控制器中的寄存器常用参数配置

      1. DMA控制寄存器 【DCON0】
      2. DMA源地址寄存器 【DISR0】
      3. DMA源控制寄存器 【DISRCC0】
      4. DMA目标地址寄存器 【DIDST0】
      5. DMA目标控制寄存器 【DIDSTC0】
      6. DMA状态寄存器 【DSTAT0】
      7. DMA触发屏蔽寄存器 【DMASKTRIG0】


      以上寄存器包含对DMA的方向、DMA地址、总线宽度、DMA突发长度等等的配置



    DMA与中断的区别

    1. 中断方式是在数据缓冲寄存器满之后发出中断,要求CPU进行中断处理,而DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU 进行中断处理。这就大大减少了CPU进行中断处理的次数。【中断次数增多导致数据丢失】
    2. 中断方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成的,而DMA方式则是在DMA控制器的控制下,不经过CPU控制完成的。这就排除了 CPU因并行设备过多而来不及处理以及因速度不匹配而造成数据丢失等现象。


    参考文章:

    STM32 DMA配置和使用如此简单



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