摘要：在分析傳統(tǒng)DMA控制器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)時(shí)圖象處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求，提出了多端口模塊設(shè)計(jì)、增加RoundRobin通道優(yōu)先級(jí)仲裁算法和優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸通道等優(yōu)化方法，以提高數(shù)據(jù)傳輸速度，并改進(jìn)了地址產(chǎn)生模式來滿足圖像算法的要求。

　　數(shù)字圖像處理是嵌入式系統(tǒng)最為廣泛的應(yīng)用之一。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)無論在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)或管理部門中都得到越來越多的應(yīng)用。而目標(biāo)跟蹤、機(jī)器人導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛、交通監(jiān)視等應(yīng)用也極大地促進(jìn)了實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)的發(fā)展。

　　數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、運(yùn)算復(fù)雜、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。通常，數(shù)據(jù)量往往大于片內(nèi)的存儲(chǔ)容量，對(duì)于片內(nèi)存儲(chǔ)資源有限的處理系統(tǒng)來說，一般需要借用外部存儲(chǔ)空間。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，必須在片內(nèi)高速存儲(chǔ)區(qū)和外部存儲(chǔ)空間之間使用直接存儲(chǔ)方式（DMA）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而使處理器只專注于數(shù)據(jù)的計(jì)算。

　　1傳統(tǒng)DMA控制器的設(shè)計(jì)和分析

　　1.1DMA控制器的模塊結(jié)構(gòu)

　　DMA控制器一般具有如下功能：在不同的存儲(chǔ)介質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳輸;獨(dú)立于處理器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換;提供多個(gè)DMA通道以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿卸?支持?jǐn)?shù)據(jù)爆發(fā)傳輸模式;具有通道優(yōu)先級(jí)可編程的仲裁機(jī)制。

　　圖1是DMA控制器的模塊框圖。從圖中可以看出，DMA控制器主要由以下幾個(gè)模塊組成：

　　圖1DMA控制器的模塊圖

　?。?）寄存器控制模塊：為軟件程序員提供可編程接口，以控制DMA的工作狀態(tài);根據(jù)各配置位的不同設(shè)置，控制各DMA通道和各端口的工作狀態(tài)。

　　（2）通道控制模塊：DMA控制器中有6個(gè)可以獨(dú)立工作的DMA通道，根據(jù)相應(yīng)控制寄存器的配置位提出DMA申請，通過端口模塊訪問存儲(chǔ)介質(zhì)。

　?。?）端口控制模塊：它是DMA控制器與存儲(chǔ)介質(zhì)之間的接口模塊，提供訪問存儲(chǔ)介質(zhì)的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)線。

　?。?）FIFO控制模塊：DMA控制器中共有6個(gè)32字節(jié)的緩存隊(duì)列，分別為每個(gè)通道所占用，在爆發(fā)式的傳輸中，可以緩存慢速存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)，從而提高DMA控制器的傳輸速度。

　?。?）通道優(yōu)先級(jí)仲裁模塊：當(dāng)多個(gè)DMA通道同時(shí)提出DMA申請時(shí)，需要進(jìn)行通道的優(yōu)先級(jí)仲裁，在這里使用硬件優(yōu)先級(jí)仲裁。

　　此外，還有中斷和事件響應(yīng)模塊，用以保證DMA的實(shí)時(shí)傳輸。

　　1.2傳統(tǒng)DMA在實(shí)時(shí)圖像處理應(yīng)用中的局限

　　首先，在傳統(tǒng)的DMA設(shè)計(jì)中，端口模塊只采用一組數(shù)據(jù)線、地址線和控制線，連接DMA需要連接的所有存儲(chǔ)介質(zhì);并且當(dāng)多個(gè)通道需要同時(shí)占用數(shù)據(jù)線、地址線和控制線時(shí)，只采用硬件優(yōu)先級(jí)仲裁的方式來處理。這樣，對(duì)于大量DMA應(yīng)用的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)，DMA的傳輸效率并不高，影響了整個(gè)系統(tǒng)的圖像處理效果。所以，需要對(duì)DMA的端口模塊和優(yōu)先級(jí)仲裁模塊做一些改進(jìn)，以便有效地改善DMA的數(shù)據(jù)傳輸速率。而且，DMA的數(shù)據(jù)傳輸路徑也可以改進(jìn)。

　　其次，圖像數(shù)據(jù)本身的一些格式特點(diǎn)和所要求的圖像處理算法決定了一個(gè)實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸并不是一種簡單的數(shù)據(jù)傳輸，而是要求DMA的數(shù)據(jù)傳輸同時(shí)具有矩陣傳輸、翻轉(zhuǎn)傳輸?shù)裙δ埽瑏砑涌靾D像處理的速度和滿足一些圖像處理算法的要求。而普通DMA的地址產(chǎn)生模塊并沒有這樣的設(shè)計(jì)。