ADSP2116中DMA的应用

摘要：直接内存存取(DMA)是DSP芯片中用于快速数据交换的重要技术,文中对AD公司的浮点系列芯片ADSP2116x中DMA的应用方法作了详细介绍，同时重点介绍了链式DMA的操作方法，给出了一些实际应用中的例子。

    关键词：DMA 链式DMA 浮点系列芯片 ADSP2116x

１　ＤＭＡ概述

直接内存存取（ＤＭＡ）是计算机系统提高运行效率的一项重要技术。它可以在ＣＰＵ运行指令的同时，使系统从外部存储器或设备中存取数据?也可以在核心处理器不参与的情况下由专用的ＤＭＡ设备存取数据。

对于ＤＳＰ芯片来讲，ＤＭＡ的作用尤为重要。众所周知，ＤＳＰ芯片主要面向实时信号处理?其核心运算部件具有很高的运算速度，常以ＭＦＬＯＰＳ（每秒百万次浮点运算）来衡量。ＡＤＳＰ２１１６ｘ的速度为６００ＭＦＬＯＰＳ?此速度是以存储在芯片内部存储器中的程序和数据为前提的。在ＤＳＰ内部，一般采用多总线的哈佛结构?数据总线和程序总线相互独立，即指令的存取和数据的存取并行不悖，另外，在ＡＤ-ＳＰ２１１６ｘ内部还有各种接口总线，可用以提高数据的流通能力，而在芯片的外部，所有的总线都被合并在一起了。为了发挥ＤＳＰ核心运算单元的高速运算能力，必须先把外部数据传输到片内存储器中。使用ＤＭＡ操作可以减少核心处理器的负担，提高运算速度。另一方面，ＤＳＰ系统总要与各种外部信号打交道?它从外部输入数字信号，经过各种算法处理后，还要输出给其它外部设备。不仅如此，对于很多应用系统?数据的输入和输出常常是连续不断的。试想?若用ＤＳＰ的核心部件完成数据的输入和输出，将无法发挥ＤＳＰ的高速运算能力。而ＡＤ公司的ＡＤＳＰ２１１６ｘ系列则集成了ＤＭＡ控制器，从而可用ＤＭＡ来完成数据的输入和输出。

高效的ＤＳＰ系统通常采用图１所示的结构。该结构的内部带有输入、输出缓冲区，而数据的获得则依靠ＤＭＡ控制器。这样，核心运算单元就可以专门进行信号处理，而将外界数据的获取交给 ＤＭＡ来完成。

２　ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的ＤＭＡ

２．１ ＡＤＳＰ２１１６ｘ中ＤＭＡ的数据传输类型

ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的ＤＭＡ包含１４条独立通道，可完成下列类型的数据传输操作：

●片内存储器与片外存储器或片外设备之间的传输操作；

●片内存储器与其它ＡＤＳＰ２１１６ｘ的片内存储器之间的传输操作；

●片内存储器与主处理器之间的传输操作；

●片内存储器与串行口之间的传输操作；

●片内存储器与Ｌｉｎｋ口之间的传输操作；

●片内存储器与ＳＰＩ口之间的传输操作；

●片外存储器与片外设备之间的传输操作。

２．２ ＡＤＳＰ２１１６ｘ中与ＤＭＡ有关的寄存器

ＤＭＡ的编程实际上是通过内部核心处理单元或外部主机对片内有关的Ｉ／Ｏ寄存器设置来完成的，与ＤＭＡ有关的Ｉ／Ｏ寄存器如表１所列。控制寄存器主要用来设置数据传输的方向、数据格式、是否链式等操作；参数寄存器用来设置数据传输的地址、数目等信息；数据缓存器则主要用来缓存传输的数据，以提高数据的传输率。这些Ｉ／Ｏ寄存器都被映射到片内存储器的前２５６个地址上。

表1 ADSP2116x中的DMA缓存器

DMA通道号	控制寄存器	参数寄存器	数据缓存器	说  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发送口
9		IILB1,IMLB1,CLB1,CPLB1,GPLB1 IISTX,IMSTX,CSTX,GPSTX	LUBF1 SPITX	Link1口SPI发送口
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一般传输过程的设置

ＤＭＡ一般传输过程的设置步骤如下：

（１）设置对应通道的参数寄存器?

（２）设置对应通道的ＤＭＡ控制寄存器，并将其中的ＤＭＡ使能位设为有效?

（３）开始ＤＭＡ数据传输?

（４）ＤＭＡ传输结束后，产生对应的中断，并通过程序对中断进行处理。

２．４ ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的链式ＤＭＡ

为了减少由ＤＭＡ引起的中断，ＡＤＳＰ２１１６ｘ中的ＤＭＡ控制器提供了链式ＤＭＡ功能。所谓链式ＤＭＡ，是指在当前的ＤＭＡ结束时，Ｉ／Ｏ处理器能够自动加载ＤＭＡ参数并开始下一个ＤＭＡ传输。利用这种特性，程序能够设置多个具有不同属性的ＤＭＡ传输。在链式ＤＭＡ过程中，通常先把每次ＤＭＡ传输的有关参数写成一个传输控制块（ＴＣＢ），并把它们存储在片内。传输过程中，在当前的ＤＭＡ结束时，Ｉ／Ｏ处理器将对链式指针寄存器（ＣＰｘ）进行控制以使其指向存储在片内的下一个ＴＣＢ。

表2 TCB中各相关参数寄存器的排列顺序

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在链式ＤＭＡ中具有非常重要的作用，它是一个１９位的寄存器，其中低１８位是偏移地址，在ＡＤＳＰ２１１６ｘ中，这组偏移地址加上０ｘ０００４００００后才是片内存储器中的实际地址，其中最高一位为中断控制位。该位在被设置的情况下，Ｉ／Ｏ处理器将在链式ＤＭＡ结束时产生一个中断，实际上ＣＰｘ指向的是ＴＣＢ的最大地址，在ＴＣＢ中，各有关ＤＭＡ参数寄存器的排列顺序如表２所列。表中的“ｘ”代表所用到的ＤＭＡ通道。链式ＤＭＡ传输过程的设置步骤如下：

（１）在片内存储器中设置好所有的ＴＣＢ?

（２）设置对应通道的控制寄存器，并将其中的ＤＭＡ使能位和链式使能位设为有效?

（３）将第一个ＴＣＢ的最大地址写到ＣＰｘ中，并开始链式ＤＭＡ的传输?

（４）传输结束后，产生对应的中断。

有两点要特别注意：第一是链式ＤＭＡ只能发生在同一ＤＭＡ通道内；二是ＳＰＩ口不支持链式ＤＭＡ。

３　几种常用的ＤＭＡ操作

在基于ＡＤＳＰ２１１６ｘ的ＤＳＰ系统开发过程中，最常用的操作是片内存储器和片外存储器之间的ＤＭＡ、ｌｉｎｋ口之间的ＤＭＡ、串口之间的ＤＭＡ以及ＳＰＩ之间的ＤＭＡ等几种。限于篇幅，本文只介绍前面两种。

３．１ 片内存储器和片外存储器之间的ＤＭＡ

片内存储器与片外存储器之间的ＤＭＡ传输可用通道１０～１３这四个通道中的任意一个来进行。下面通过一个例子来说明这种传输。假定要把片内存储器地址０ｘ５００００～０ｘ５００１ｆ中的３２个数据?利用ＤＭＡ通道１０传送到片外存储器０ｘ２００００００～０ｘ２００００１ｆ中，则可用下面的程序来实现：

Ｒ０＝０；ｄｍ（ＤＭＡＣ１０）＝Ｒ０；? ／／清空对应通道的ＤＭＡ控制寄存器

／／设置片内存储器参烽寄存器

Ｒ０＝０ｘ５００００； ｄｍ（ＩＩＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／设置片内存储器起始地址

Ｒ０＝１； ｄｍ（ＥＭＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／设置片内存储器地址增加值

Ｒ０＝３２； ｄｍ（ＥＣＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／ 设置片内存储器计数寄存器

／／设置片外参数寄存器

Ｒ０＝０ｘ２００００００（ ｄｍ?ＥＩＥＰ０）＝Ｒ０? ／／设置片外存储器起始地址

Ｒ０＝１； ｄｍ（ＩＭＥＰ０）＝Ｒ０； ／／设置片外存储器地址增加值

Ｒ０＝３２； ｄｍ（ＣＥＰ０）＝Ｒ０；? ／／设置片外存储器计数寄存器

／／设置对应通道的ＤＭＡ控制寄存器

Ｕｓｔａｔ１＝０ｘ００００００００；

Ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ１ ＭＡＳＴＥＲ｜ＰＭＯＤＥ４｜ＴＲＡＮ｜ＤＥＮ；

Ｄｍ（ＤＭＡＣ１０）＝ｕｓｔａｔ１； ／／ 设置为ｍａｓｔｅｒ和无打包模式，并开始ＤＭＡ传输

上面的例子是一般的ＤＭＡ传输。而如果需要进行两段或两段以上的数据传输，则要在中断后重新设置参数寄存器，在这种情况下，用链式ＤＭＡ更有利于提高核心处理单元的效率。假定要把片内存储器地址０ｘ５００００～０ｘ５００１ｆ中的３２个数据和０ｘ５００４０～０ｘ５００７ｆ中的６４个数据利用ＤＭＡ通道１０分别传送到片外存储器０ｘ２００００００～０ｘ２００００１ｆ和０ｘ２００００４０～０ｘ２００００７ｆ中，可用下面的程序来实现：

ＶＡＲ ｔｃｂ１[８] ＝ ３２,? ／／ＥＣＥＰ０

１, ／／ＥＭＥＰ０

０ｘ２００００００, ／／ ＥＩＥＰ０

０, ／／ ＧＰＥＰ０

ｔｃｂ２＋７－０ｘ４００００, ／／ ＣＰＥＰ０,保证第一次ＤＭＡ结束后自动加载第二个ＴＣＢ

３２, ／／ ＣＥＰ０

１, ／／ ＩＭＥＰ０

０ｘ５００００; ／／ ＩＩＥＰ０

ＶＡＲ ｔｃｂ２[８]＝６４,１,０ｘ２００００４０,

／／ ＥＣＥＰ０, ＥＭＥＰ０, ＥＩＥＰ０,０? ／／ＧＰＥＰ０

０ｘ４００００, ／／ＣＰＥＰ０,保证第二个ＤＭＡ结束后产生ＤＭＡ中断

６４,１,０ｘ５００４０;／／ＣＥＰ０, ＩＭＥＰ０, ＩＩＥＰ０

ｒ０＝０,

ｄｍ(ＤＭＡＣ１０)＝ｒ０; ／／清空对应通道的ＤＭＡ控制器

ｕｓｔａｔ０＝０ｘ００００００００;

ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ０ ＩＮＴ３２ ｜ＭＡＳＴＥＲ｜ＰＭＯＤＥ４｜ＣＨＥＮ｜ＤＥＮ｜ＴＲＡＮ;

ｄｍ(ＤＭＡＣ１０)＝ｕｓｔａｔ０; ／／设置为ｍａｓｔｅｒ和无打包模式，链式ＤＭＡ

ｒ０＝ｔｃｂ１＋７－０ｘ４００００;

ｄｍ(ＣＰＥＰ０) ＝ｒ０; ／／加载第一个ＴＣＢ的ＣＰＥＰ０?

开始ＤＭＡ传输完第一段数据

后自动开始加载第二个ＴＣＢ，

直到两段数据后产生中断

ｂｉｔ ｓｅｔ ｍｏｄｅ１ ＩＲＰＴＥＮ? ／／设置全局中断使能

ｂｉｔ ｓｅｔ ｉｍａｓｋ ＥＰ０Ｉ? ／／设置ＤＭＡ通道＃１０中断使能

３．２ 片内存储器与ｌｉｎｋ口之间的ＤＭＡ

ＡＤＳＰ２１１６ｘ具有很强的并行工作能力，它不需另加任何外部仲裁电路，便可以直接通过ｌｉｎｋ口联接在一起并行工作以实现片间数据的交换，在通常情况下可采用ＤＭＡ方式，以便充分发挥其优点。下面是两片ＡＤＳＰ２１１６ｘ之间通过ｌｉｎｋ０口进行数据传输的例子。假定要把第一片片内存储器０ｘ１０００００～０ｘ１００１ｆｆ中的５１２个数据传送到第二片的片内存储器０ｘ１２００００～０ｘ１２０１ｆｆ中。其程序如下：

／／第一片

．ｖａｒ ｔｘｔｃｂ＿ｓｏｕｒｃｅ?８?＝０?０?０?０?０?５１２?１?０ｘ１０００００?

／／设置ＤＭＡ ＴＣＢ

ｒ０ ＝ ０? ｄｍ?ＬＣＴＬ? ＝ ｒ０? ／／清空对应通道的

控制寄存器

ｕｓｔａｔ１＝ｄｍ?ＬＣＴＬ??

ｂｉｔ ｃｌｒ ｕｓｔａｔ１ Ｌ０ＴＲＡＮ ｜ ＬＡＢ０ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ０?

ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ１ Ｌ０ＥＮ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ１ ｜ Ｌ０ＤＥＮ ｜ Ｌ０ＣＨＥＮ ?ｄｍ?ＬＣＴＬ?＝ｕｓｔａｔ１? ／／设置ＤＭＡ控制器ＬＣＴＬ

／／设置ｌｉｎｋ０口为２ｘ时钟，发

送数据模式，链式ＤＭＡ

ｒ１ ＝ ０ｘ０００４００００?

ｒ０ ＝ ｔｘｔｃｂ＿ｓｏｕｒｃｅ ＋ ７?

ｒ０ ＝ ｒ１ ｏｒ ｒ０? ／／设置ＣＰＬＢ０寄存器中的ＰＣＩ位

ｄｍ?ｔｘｔｃｂ＿ｓｏｕｒｃｅ ＋ ４? ＝ ｒ０? ／／设置ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０

ｄｍ?ＣＰＬＢ０? ＝ ｒ０? ／／加载ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０，并

开始链式ＤＭＡ

／／第二片

．ｖａｒ ｒｘｔｃｂ＿ｄｅｓｔ?８?＝０?０?０?０?０?５１２?１?０ｘ１２００００?

／／设置ＤＭＡ ＴＣＢ

ｒ０＝０? ｄｍ?ＬＣＴＬ?＝ｒ０? ／／清空对应通道的控制

寄存器

ｕｓｔａｔ１＝ｄｍ?ＬＣＴＬ??

ｂｉｔ ｃｌｒ ｕｓｔａｔ１ ＬＡＢ０ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ０?

ｂｉｔ ｓｅｔ ｕｓｔａｔ１ Ｌ０ＴＲＡＮ ｜ Ｌ０ＥＮ ｜ Ｌ０ＣＬＫＤ１ ｜ Ｌ０ＤＥＮ ｜ Ｌ０ＣＨＥＮ ?

ｄｍ?ＬＣＴＬ?＝ｕｓｔａｔ１? ／／设置ＤＭＡ控制器ＬＣＴＬ

／／设置ｌｉｎｋ０口为２ｘ时钟，

接收数据模式，链式ＤＭＡ

ｒ１ ＝ ０ｘ０００４００００?

ｒ０ ＝ ｒｘｔｃｂ＿ｄｅｓｔ ＋ ７?

ｒ０ ＝ ｒ１ ｏｒ ｒ０? ／／设置ＣＰＬＢ０中的ＰＣＩ位

ｄｍ?ｒｘｔｃｂ＿ｄｅｓｔ ＋ ４? ＝ ｒ０? ／／设置ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０

ｄｍ?ＣＰＬＢ０? ＝ ｒ０? ／／加载ＴＣＢ中的ＣＰＬＢ０?

并开始链式ＤＭＡ

４ 结束语

本文简要介绍了ＡＤＳＰ２１１６ｘ中ＤＭＡ的基本原理，给出了几种ＤＭＡ操作时的编程实例，这些例子重点突出了链式ＤＭＡ的应用。由于ＡＤＳＰ２１１６ｘ中ＤＭＡ操作功能强大，形式多样。因此，只有熟练掌握和应用各种ＤＭＡ，才能使数据进出芯片变得更加流畅，同时也才能使其核心处理单元的运算能力发挥到极致。