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  • DMA是l/O设备与主存之间由硬件组成的直接数据通路,主要用于高速I/O设备与主存之间的成组数据传送。(外设快、慢了没意义。然后数据多,少了也没多大意义) 首先讲一下外设如果要求数据传输的几种方式: 1.程序传送...

    DMA是l/O设备与主存之间由硬件组成的直接数据通路,主要用于高速I/O设备与主存之间的成组数据传送。(外设快、慢了没意义。然后数据多,少了也没多大意义)
    首先讲一下外设跟内存进行数据传输的几种方式:
    1.程序传送。通过无条件或者if等条件语句使cpu主动进行数据传输,但是这种情况下要等待外设准备好,会浪费大量的等待时间。
    2.中断方式。外设向cpu发出中断请求,cpu响应中断后进行数据传输。但是如果传输较多数据的情况下,cpu得一直花费时间在中断上,也会造成cpu利用率低。
    3.dma方式。外设请求传输,dma向cpu发出总线控制请求,cpu把总线控制下发给DMA控制器。DMA利用总线进行数据的快速传输。传输完毕后把总线控制权交还给cpu。有点:快、能传输大量数据而不降低CPU速度。

    DMA方式和中断方式的区别:
    1.DMA方式是硬件方式。中断是软件方式。
    2.优先级:DMA方式比中断方式高。
    3.DMA只占用cpu少部分时间,不浪费cpu资源。但是中断方式全程占有cpu。
    4.中断方式能处理异常事件,但是DMA方式只能够传输数据。

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  • DMA技术

    2014-11-17 20:46:16
    DMA的全称是Direct Memory Access,译为直接内存存取。DMA传送方式是让存储器与外设、或外设与外设之间直接交换数据,不需经过CPU的累加器中转,减少了这个中间环节,并且... DMA传送主要用于需要高速大批量数据传送的
      DMA的全称是Direct Memory Access,译为直接内存存取。DMA传送方式是让存储器与外设、或外设与外设之间直接交换数据,不需经过CPU的累加器中转,减少了这个中间环节,并且内存地址的修改、传送完毕的结束报告都是由硬件电路实现的,因此大大地提高了数据的传输速度。一个DMA传送只需要执行一个DMA周期,相当于一个总线读写周期。
    
     
        DMA传送主要用于需要高速大批量数据传送的系统中,以提高数据的吞吐量。如磁盘存取、图像处理、高速数据采集系统、同步通信中的收/发信号等方面应用甚广。
     
        DMA传送的优点是以增加系统硬件的复杂性和成本为代价的,因为DMA是用硬件控制代替软件控制的。另外,DMA传送期间CPU被挂起,部分或完全失去对系统总线的控制,这可能会影响CPU对中断请求的及时响应与处理。因此,在一些小系统或速度要求不高、数据传输量不大的系统中,一般并不用DMA方式。
     
        DMA传送虽然脱离CPU的控制,但并不是说DMA传送不需要进行控制和管理。通常是采用DMA控制器来取代CPU,负责DMA传送的全过程控制。目前DMA控制器都是可编程的大规模集成芯片,且类型很多,如Z-80DMA、Intel 8257、8237。
     
    DMA传送的过程:
     
     
       1、当外设有DMA需求,并且准备就绪,就向DMAC控制器发出DMA请求信号DREQ
           2DMAC接到DMA请求信号后向CPU发出总线请求信号HRQ。该信号连接到CPUHOLD信号。
           3CPU接到总线请求信号以后,如果允许DMA传输,则会在当前总线周期结束后,发出DMA响应信号HLDA。一方面CPU将控制总线、数据总线和地址总线置高阻态,即放弃对总线的控制权;另一方面CPU将有效的HLDA信号送给DMAC,通知DMACCPU已经放弃了对总线的控制权。
           4DMAC获得对总线的控制权,并且向外设送出DMAC的应答信号DACK,通知外设可以开始进行DMA传输了。
           5DMAC向存储器发送地址信号和向存储器及外设发出读/写控制信号,控制数据按初始化设定的方向传送,实现外设与内存的数据传输。
           6、数据全部传输结束后,DMACCPUHOLD信号,要求撤销总线请求信号。CPU收到该信号以后,使HLDA无效,同时收回对总线的控制权。
     
    DMA的四种传送方式:
     
    1、单字节传输方式:每次DMA传送时仅传送一个字节的数据,效率略低。在数据的传送过程中,CPU有机会重新获得对总线的控制权。
     
    2、数据块传输方式:数据以数据块的方式进行传输。只要DREQ启动就会连续地传送数据块。一次请求传送一个数据块,效率高。在数据的传送期间,CPU长时间无法控制总线。
     
    3、请求传输方式:DREQ信号有效就连续传输数据,否则不能进行数据的传输。
     
    4、级联传输方式:用于通过多个Intel 8237、8257级联以扩展通道。第一级只起优先权网络的作用,实际的操作由第二级芯片完成。还可由第二级到第三级等。
    DMA控制器级联图:
     
    DMA的传送类型:
    Ø       DMA把数据由存储器传送到外设。
    Ø       DMA写:把外设输入的数据写入存储器。
    Ø       DMA检验(控操作):DMAC不进行任何检验,外设可以进行DMA校验,存储器和 I/O 控制线保持无效,不进行传送。
    Ø       存储器到存储器传输:多数情况下,DMAC进行的是外设接口和内存之间的传输。除此之外,DMAC还可以实现内存区域到内存区域的传输。
     

    本文出自 “Uione” 博客,请务必保留此出处http://weiqijun.blog.51cto.com/338163/71651

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  • sgdma软件代码

    2014-03-13 16:47:01
    sgdma开发很好的资源,此源代码主要用于Altera公司PCIe核通过SGDMA方式与主机进行通信所使用,通过参考该代码可以很好的理解sgdma的控制
  • 基本的DMA控制器

    2015-08-11 13:31:00
    DMA的基本概念 ...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方式主要优点...

    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控制器和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。

    转载于:https://www.cnblogs.com/yeahwell/p/4720770.html

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  • 高性能DMA设计

    千次阅读 2018-05-12 10:48:49
    高性能DMA并没有一种统一的设计方法,根据不同的应用场景...这种设计的典型代表是intel网卡的DMA实现方式,他的实现机制一般是这样:每个通道一般分为收和发两个方向独立的队列。队列中的报文描述符一般包含以下信息...

           高性能DMA并没有一种统一的设计方法,根据不同的应用场景,大体上可以分为2种:用于传递报文的多通道DMA和用于块数据传输及运算。他们的主要区别其实是buffer descriptor的差别。

           首先是用于传递报文的DMA。这种设计的典型代表是intel网卡的DMA实现方式,他的实现机制一般是这样:每个通道一般分为收和发两个方向独立的队列。队列中的报文描述符一般包含以下信息:报文在CPU的主内存中的地址,长度信息,报文在FPGA上需要做的处理动作、处理结果状态等。由于报文的特点是数量巨大,而每个报文都不大,一般是在2K以下(更大的报文可以用多个buffer链在一起的方式实现),因此每个描述符描述对应的buffer一般是2K左右。

            第2种就是用于计算加速协处理的块传输DMA,这个典型芯片有mellanox的网卡芯片。一般也是通过多个队列进行设计,队列中的描述符一般包含几个信息:取数据的位置、长度,回写数据的地址;需要加速处理的action动作编码、及计算携带的参数;处理结束后状态回写等。当需要计算大量的小块数据时,可以在一个描述符中携带多个数据块信息以提升性能。

            这些描述符设计完成后,如何利用CPU多核的性能呢?一种方法是设计一种通道绑定机制,把不同通道绑定到不同的核中。当然也可以用散列的方式把单通道数据散列到多个核上。另外队列深度的设计也会影响到性能和延迟,要在这两个中间找到平衡。有没有进一步提升的办法呢?其实软件上也可以做些优化,在初始化时固定分配一些内存,这样就不必每次向系统申请内存。

            硬件上如何支持虚拟化,一个就是DMA的通道间要做隔离,当一个通道创建或者拆除时要做好内部信息隔离,避免通道间互相影响。第2个就是支持逻辑地址,一般可以选用那些支持IOMMU的CPU。

            另外一个经常会被忽略的设计是PCIE接口适配器的设计,这个性能差距很大,比如Tagid取多大、是否要进行不同传输类型帧的流控设计、是否要做乱序重排等等。。。

            DMA的设计包含东西挺多,他是软硬件融合进行高性能设计的一个关键部分,但可惜的是相当多的公司都不太愿意在上面做长期积累,其实我们的很多企业更愿意做各种集成,而不愿意做某个领域的工匠。

     

     

     

     




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  • tlv320aic3110在Freescale Mx6q上的调试

    千次阅读 2013-11-13 11:47:14
    这个芯片调试过程中最主要的是要搞清楚几个芯片的协作状态 CPU与tlv320aic3110的连接有三个,时钟源,I2C控制信号和IIS的...IIS是数据通路,通过DMA方式传送音频数据。 在数据传送中,DMA是由tlv320aic3110发起
  • 当采用DMA方式时,不需要CPU执行程序指令来传送数据 对大量明文进行加密,考虑效率问题,一般采用对称加密,常见的对称密钥加密算法:DES、3DES、RC-5、IDEA 关键字和注释不能作为标识符给对象命名 螺旋模型更...
  • 设备管理

    2018-12-07 21:14:00
    I/O系统的组成包括:需要用于输入、输出和存储信息的设备;需要相应的设备控制器;控制器与CPU连接的高速总线;有的大中型计算机系统,配置I/O通道...磁盘设备的I/O常采用DMA方式。特点隐藏了磁盘的二维结构:块设备...
  • AHB总线和APB总线

    2015-01-20 14:50:16
    AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接,作为SoC的片上系统总线,它包括以下一些特性:单个时钟边沿操作;非三态的实现方式;支持突发传输;支持分段传输;支持多个主控制器;可配置32位~128位总线...

空空如也

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