DMA控制器

　　DMA（Direct Memory Access）控制器是一種在系統(tǒng)內(nèi)部轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的獨特外設(shè)，可以將其視為一種能夠通過一組專用總線將內(nèi)部和外部存儲器與每個具有DMA能力的外設(shè)連接起來的控制器。它之所以屬于外設(shè)，是因為它是在處理器的編程控制下來 執(zhí)行傳輸?shù)摹?/p>

　　1.DMA控制器結(jié)構(gòu)

　　一般而言，DMA控制器將包括一條地址總線、一條數(shù)據(jù)總線和控制寄存器。高效率的DMA控制器將具有訪問其所需要的任意資源的能力，而無須處理器本身的介入，它必須能產(chǎn)生中斷。最后，它必須能在控制器內(nèi)部計算出地址。

　　一個處理器可以包含多個DMA控制器。每個控制器有多個DMA通道，以及多條直接與存儲器站（memory bank）和外設(shè)連接的總線，如圖1所示。在很多高性能處理器中集成了兩種類型的DMA控制器。第一類通常稱為“系統(tǒng)DMA控制器”，可以實現(xiàn)對任何資源（外設(shè)和存儲器）的訪問，對于這種類型的控制器來說，信號周期數(shù)是以系統(tǒng)時鐘（SCLK）來計數(shù)的，以ADI的Blackfin處理器為 例，頻率最高可達133MHz。第二類稱為內(nèi)部存儲器DMA控制器（IMDMA），專門用于內(nèi)部存儲器所處位置之間的相互存取操作。因為存取都發(fā)生在內(nèi)部 （L1－L1、L1－L2，或者L2－L2），周期數(shù)的計數(shù)則以內(nèi)核時鐘（CCLK）為基準來進行，該時鐘的速度可以超過600MHz。

　　每個DMA控制器有一組FIFO，起到DMA子系統(tǒng)和外設(shè)或存儲器之間的緩沖器的作用。對于MemDMA（Memory DMA）來說，傳輸?shù)脑炊撕湍繕硕硕加幸唤MFIFO存在。當資源緊張而不能完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，則FIFO可以提供數(shù)據(jù)的暫存區(qū)，從而提高性能。

　　因為你通常會在代碼初始化過程中對DMA控制器進行配置，內(nèi)核就只需要在數(shù)據(jù)傳輸完成后對中斷做出響應(yīng)即可。你可以對DMA控制進行編程，讓其與內(nèi)核并行地移動數(shù)據(jù)，而同時讓內(nèi)核執(zhí)行其基本的處理任務(wù)—那些應(yīng)該讓它專注完成的工作。

　　2.DMA控制器基本功能

　　DMA控制器是內(nèi)存儲器同外設(shè)之間進行高速數(shù)據(jù)傳送時的硬件控制電路，是一種實現(xiàn)直接數(shù)據(jù)傳送的專用處理器，它必須能取代在程序控制傳送中由CPU和軟件所完成的各項功能；它的主要功能是：

　?。?）DMAC同外設(shè)之間有一對聯(lián)絡(luò)信號線——外設(shè)的DMA請求信號DREQ以及 DMAC向外設(shè)發(fā)出的DMA響應(yīng)信號DACK；

　　（2）DMAC在接收到DREQ后，同CPU之間也有一對聯(lián)絡(luò)信號線——DMAC向CPU 發(fā)出總線請求信號（HOLD或BUSRQ），CPU在當前總線周期結(jié)束后向DMAC發(fā)出總線響應(yīng)信號（HLDA或BUSAK），DMAC接管對總線的控制權(quán)，進入DMA操作方式；

　　（3）能發(fā)出地址信息，對存儲器尋址，并修改地址指針，DMAC內(nèi)部必須有能自動加1或減1的地址寄存器；

　　（4）能決定傳送的字節(jié)數(shù)，并能判斷DMA傳送是否結(jié)束。DMA內(nèi)部必須有能自動減1的字計數(shù)寄存器，計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生終止計數(shù)信號；

　?。?）能發(fā)出DMA結(jié)束信號，釋放總線，使CPU恢復(fù)總線控制權(quán)；

　?。?）能發(fā)出讀、寫控制信號，包括存儲器訪問信號和I/O訪問信號。DMAC內(nèi)部必須有時序和讀寫控制邏輯。 有些DMAC芯片和模塊在這些基本功能的基礎(chǔ)上還增加了一些新的功能。如：在DMA傳送結(jié)束時產(chǎn)生中斷請求信號；在傳送完一個字節(jié)數(shù)后輸出一個脈沖信號，用于記錄已傳送的字節(jié)數(shù)、為外部提供周期性的脈沖序列；在一個數(shù)據(jù)塊傳送完后能自動裝入新的起始地址和字節(jié)數(shù)，以便重復(fù)傳送一個數(shù)據(jù)塊或?qū)讉€數(shù)據(jù)塊鏈接起來傳送；產(chǎn)生兩個存儲器地址，從而實現(xiàn)存儲器與存儲器之間的傳送以及能夠?qū)/O設(shè)備尋址，實現(xiàn)I/O設(shè)備與I/O設(shè)備之間的傳送以及能夠在傳送過程中檢索某一特定字節(jié)或者進行數(shù)據(jù)檢驗等等。

　　CC2530芯片DMA控制器配置

　　以美國Ti公司CC2430/CC2530芯片為代表的ZigbeeSOC解決方案在國內(nèi)高校企業(yè)掀起了一股Zigbee技術(shù)應(yīng)用的熱潮。ZigBee是基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標準。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。ZigBee的技術(shù)特性決定它將是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最好選擇，廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)，自動控制和監(jiān)視等諸多領(lǐng)域。

　?。?）但有些無線通信的開發(fā)并不需要依賴Zigbee協(xié)議，開發(fā)者完全可以在此上開發(fā)自己的協(xié)議。一般情況下，用CC2530的RF模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，通過向寄存器RFD［0:7］重復(fù)的賦值可以將能將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到RF模塊的Buffer里面，再通過選通命令啟動RF發(fā)送數(shù)據(jù)。而在實時性要求較高的應(yīng)用中，使用向寄存器賦值的方法遠大于通過DMA將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)“搬運”到Buffer里所耗時間。CC2530里的DMA控制器可以極大的釋放8051CPU內(nèi)核對數(shù)據(jù)的操作，可以使CPU在最小的干預(yù)下，實現(xiàn)內(nèi)存到ADC或RF模塊之間的數(shù)據(jù)傳送。使用DMA“搬運”數(shù)據(jù)的功能，要對按照CC2530的datasheet

　　（2）對DMA控制器的進行一系列的配置。本文主要研究兩個方面，一是在應(yīng)用背景下基于實踐對DMA控制器進行配置，另一個測試DMA控制器中主要故障的解決方案。

　　1、DMA控制器

　　CC2530的DMA控制器的特點：5個獨立通道，3個優(yōu)先級，32個觸發(fā)事件，獨立的源地址和目的地址控制，3個傳送模式，支持設(shè)置變化的發(fā)送長度，單字和雙字發(fā)送模式。對DMA控制器的設(shè)置基本上是基于以上7個特點。具體的配置項有：Sourceaddress、DestinationAddress、TransferCount、VLENSetting、TriggerEvent、SourceandDestinationIncrement、DMATransferMode、DMAPriority、ByteorWordTransfers、InterruptMask、Mode8Setting。

　　DMA的配置基于應(yīng)用，以RF模塊傳送數(shù)據(jù)為例（RF模塊需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在其buffer和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸通過DMA來完成）DMA控制器的使用包括對DMA中斷配置，DMA控制器的參數(shù)設(shè)置，DMA控制器啟動。

　　2、DMA控制器中斷的配置

　　IEN1|=0x01；//開DMA中斷

　　DMAIRQ=0；//清除標志位

　　（中斷標志位的清除不僅僅在中斷使用前要進行配置，在中斷觸發(fā)后的中斷服務(wù)程序里面也清除）。

　　3、DMA控制器的參數(shù)設(shè)置

　　DMA控制的參數(shù)設(shè)置是通過“填寫”一張數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表（ConfigurationDataStructure）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表里的參數(shù)有：SRCADDR［15:8］、SRCADDR［7:0］、DESTADDR［15:8］、DESTADDR［7:0］、VLEN［2:0］、LEN［12:8］、LEN［7:0］、WORDSIZE、TMODE［1:0］、TRIG［4:0］、SRCINC［1:0］、DESTINC［1:0］、IRQMASK、M8、PRIORITY［1:0］與上述配置項是相對應(yīng)的。CC2530DMA控制器配置的實現(xiàn)是通過先將數(shù)據(jù)表封裝成結(jié)構(gòu)體，配置好該結(jié)構(gòu)體后將其的地址傳給DMA0CFGH寄存器，這樣才能被arm啟動。CC2530共有兩個這樣的寄存器，另外一個是DMA1CFGH。前者對應(yīng)通道0的配置信息，后者對應(yīng)余下通道（1~4通道）。由于RF模塊收發(fā)數(shù)據(jù)均要依靠DMA，因此使用DMA控制器兩個通道。0通道負責將數(shù)據(jù)從內(nèi)存搬運到Buffer，1通道負責將數(shù)據(jù)從Buffer搬運到內(nèi)存。在DMA配置表的填寫中，（以通道0的配置為例，1通道方法相同）源地址填待發(fā)數(shù)據(jù)的首地址，目的地址填Buffer的地址。RF的Buffer分為TXbuffer和RXbuffer，通道0是發(fā)送數(shù)據(jù)用，所以應(yīng)該填寫TXbuffer的地址，該地址在CC2530的ioCC2530.h已經(jīng)宏定義成了宏（#defineX_RFDXREG（0x70D9）），取其地址賦值給DESTADDR。

　　DMA傳送的第一個字節(jié)應(yīng)是長度字節(jié)lengthbyte，DMA搬運數(shù)據(jù)前會檢查該值，從而確定執(zhí)行一次搬運所搬運的字節(jié)。而這個字節(jié)在設(shè)定后，可由VLEN改變，VLEN決定最后搬運的值，有4個選項，分別是lengthbyte+1，lengthbyte，lengthbyte+2，lengthbyte+3。這部分在設(shè)計程序時尤其注意，特別是在RF應(yīng)用中。

　　LEN決定了DMA搬運的最大長度。即使VLEN長度大于LEN，搬運的長度仍然是LEN。

　　WORDSIZE的選擇單字節(jié)。

　　TMODE在四個選擇single、block、singlerepeated、blockrepeated中，通道0可以任選，通道1則只能選擇single或者repeatedsingle。這個選擇決定了每次DMA被觸發(fā)后，DMA采取的搬運機制，觸發(fā)一次是搬運一個字節(jié)還是搬運整塊數(shù)據(jù)。由于將數(shù)據(jù)從RF模塊的RXbuffer搬運到內(nèi)存，DMA搬運數(shù)據(jù)的時間小于RF模塊接收數(shù)據(jù)的時間，所以在RADIO觸發(fā)方式下，選擇single或者repeatedsingle可以保證RF模塊收到一個字節(jié)立即通過DMA將器搬運至內(nèi)存，這樣才能保證接收到的數(shù)據(jù)被完整無錯的存到內(nèi)存中。

　　TRIG選擇NONE，采用手動觸發(fā)。通道1的配置要選擇RADIO，即在RXbuffer收到一個字節(jié)，DMA立刻搬運一個字節(jié)到內(nèi)存。DMA控制器一共提供了31個觸發(fā)選項，包括定時器、I/0控制器、UART、Flash控制器、ADC、AES、Debuginterface的觸發(fā)源，應(yīng)用面非常廣。

　　SRCINC和DESTINC決定源地址和目的地址在每次DMA完成一次搬運后地址變化的方式，在不變、增一、增二、減一四個選項中選增一的方式，SRCINC選擇增一的方式，DESTINC選擇不變。這是由于目的地址對應(yīng)RFD寄存器，需將數(shù)據(jù)依次“搬運”到該寄存器，便能將相應(yīng)的字節(jié)依次寫入到TXbuffer中。

　　IRQMASK屏蔽通道中斷的配置，所以IRQMASK|=0x03開通道0和1的中斷，同時屏蔽其他的通道的中斷。

　　M8選擇搬運每個字節(jié)的位數(shù)。選擇8位還是7位，其中7位是LSB小端。

　　PRIORITY優(yōu)先級的選擇。該優(yōu)先級是與CPU相比，此應(yīng)用中應(yīng)該將DMA的優(yōu)先級設(shè)置的比CPU高。

　　4、DMA控制器啟動

　　在填好DMA控制器的參數(shù)表后，將該表的地址（&DMAConfig［0］）賦值給DMA0CFG，在使用前先arm上DMA，再手動觸發(fā)，觸發(fā)完后在DMA的中斷服務(wù)程序啟動RF發(fā)送。

　　DMAARM|=0x01；//對通道0arm

　　如果觸發(fā)模式選擇手動觸發(fā)則

　　DMAREQ |=0x01;//手動觸發(fā)DMA控制器

　　后才能觸發(fā)DMA；若是RADIO觸發(fā)則是收到一個數(shù)據(jù)會自動觸發(fā)DMA。

　　5、DMA控制器測試中主要故障的解決方案

　　按照CC2530的datasheet對DMA控制器進行按需配置，測試過程中發(fā)現(xiàn)一個問題：如果在使用了DMA后，修改DMA參數(shù)中源地址SRCADDR的值，在沒有將該結(jié)構(gòu)體參數(shù)表的地址&DMAConfig［0］重新賦值給DMA0CFG情況下arm后觸發(fā)DMA，DMA控制器的執(zhí)行會出現(xiàn)故障，可以進入中斷，但是搬運的數(shù)據(jù)并非我們期望的數(shù)據(jù)。而修改其他參數(shù)則斐然。解決方案是在修改了SRCADDR的值后，重新將&DMAConfig［0］賦值給DMA0CFG。

　　6、總結(jié)

　　DMA的配置需要細致的閱讀CC2530的說明文檔，按照開發(fā)的需要不斷的測試。本文以RF模塊的應(yīng)用為背景，以采用DMA的方式將數(shù)據(jù)從內(nèi)存搬運到TXbuffer近而實現(xiàn)無線實時數(shù)據(jù)傳輸為例，在實踐和反復(fù)測試后中，給出了DMA在此應(yīng)用的配置方案和測試中主要故障的解決方案。