DMA通道簡介

DMA（Direct Memory Access） ，即直接存儲(chǔ)器存取，是一種快速傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制。數(shù)據(jù)傳遞可以從適配卡到內(nèi)存，從內(nèi)存到適配卡或從一段內(nèi)存到另一段內(nèi)存。

DMA通道是用來傳輸數(shù)據(jù)的

DMA技術(shù)的重要性在于，利用它進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)不需要CPU的參與。每臺(tái)電腦主機(jī)板上都有DMA控制器，通常計(jì)算機(jī)對(duì)其編程，并用一個(gè)適配器上的ROM(如軟盤驅(qū)動(dòng)控制器上的ROM)來儲(chǔ)存程序，這些程序控制DMA傳送數(shù)據(jù)。一旦控制器初始化完成，數(shù)據(jù)開始傳送，DMA就可以脫離CPU，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)傳送。

在DMA傳送開始的短暫時(shí)間內(nèi)，基本上有兩個(gè)處理器為它工作，一個(gè)執(zhí)行程序代碼，一個(gè)傳送數(shù)據(jù)。利用DMA傳送數(shù)據(jù)的另一個(gè)好處是，數(shù)據(jù)直接在源地址和目的地址之間傳送，不需要中間媒介。 對(duì)于每一次寫操作，DMA控制器都控制地址總線，通知應(yīng)將數(shù)據(jù)寫到哪段內(nèi)存中去。

DMA控制數(shù)據(jù)從內(nèi)存?zhèn)魉偷竭m配卡的方法與上面類似。對(duì)每一個(gè)要傳送的單位數(shù)據(jù)，DMA控制器激活讀內(nèi)存和I/O寫操作的總線。內(nèi)存地址被放到地址總線上，像從適配卡到內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)一樣，以數(shù)據(jù)總線為通道，數(shù)據(jù)從源地址直接傳送到目的地址。 DMA從DMA請(qǐng)求線(DREQ)上接收DMA請(qǐng)求，正像中斷控制器從中斷請(qǐng)求線(IRQ)上接收中斷請(qǐng)求一樣。 一個(gè)典型的從適配卡到內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳送是這樣進(jìn)行的，首先，對(duì)DMA控制器編程，寫入數(shù)據(jù)要到達(dá)的內(nèi)存地址和要傳送的字節(jié)數(shù)。適配器可以開始傳送數(shù)據(jù)時(shí)，它將激活DREQ線，與DMA控制器連通。DMA控制器在與CPU取得總線控制權(quán)后，輸出內(nèi)存地址，發(fā)送控制信號(hào)，使得一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字從適配器讀出并寫入相應(yīng)內(nèi)存中，然后更新內(nèi)存地址，指向下一個(gè)字節(jié)(或字)要寫入的地址，重復(fù)上面的操作，直至數(shù)據(jù)傳送完畢。對(duì)控制器進(jìn)行不同編程，就可以實(shí)現(xiàn)單字節(jié)傳送(即每傳送一個(gè)字節(jié)都要求一個(gè)DREQ信號(hào))或塊數(shù)據(jù)傳送(即全部數(shù)據(jù)傳送只需要一個(gè)DREQ信號(hào))。

如果你要往計(jì)算機(jī)中插一塊適配卡，而且適配卡使用DMA，通常安裝程序會(huì)讓你選擇一個(gè)DMA通道，設(shè)定DIP開關(guān)或跳線，來為相應(yīng)適配器設(shè)置DMA通道。盡管從理論上講，只要不是同時(shí)使用DREQ線，不同的適配卡可以共享這條線的，但是按常規(guī)，我們最好為每個(gè)適配卡單獨(dú)安排一個(gè)DMA通道，這樣就可以保證不會(huì)發(fā)生DMA沖突，DMA方式下由于不直接訪問計(jì)算機(jī)的CPU，而直接在RAM與設(shè)備之間傳輸，因而大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。2100433B

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(jì)算出地址。

一個(gè)處理器可以包含多個(gè)DMA控制器。每個(gè)控制器有多個(gè)DMA通道，以及多條直接與存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)任何資源(外設(shè)和存儲(chǔ)器)的訪問，對(duì)于這種類型的控制器來說，信號(hào)周期數(shù)是以系統(tǒng)時(shí)鐘(SCLK)來計(jì)數(shù)的，以ADI的Blackfin處理器為 例，頻率最高可達(dá)133MHz。第二類稱為內(nèi)部存儲(chǔ)器DMA控制器(IMDMA)，專門用于內(nèi)部存儲(chǔ)器所處位置之間的相互存取操作。因?yàn)榇嫒《及l(fā)生在內(nèi)部 (L1－L1、L1－L2，或者L2－L2)，周期數(shù)的計(jì)數(shù)則以內(nèi)核時(shí)鐘(CCLK)為基準(zhǔn)來進(jìn)行，該時(shí)鐘的速度可以超過600MHz。

每個(gè)DMA控制器有一組FIFO，起到DMA子系統(tǒng)和外設(shè)或存儲(chǔ)器之間的緩沖器的作用。對(duì)于MemDMA(Memory DMA)來說，傳輸?shù)脑炊撕湍繕?biāo)端都有一組FIFO存在。當(dāng)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?yàn)槟阃ǔ?huì)在代碼初始化過程中對(duì)DMA控制器進(jìn)行配置，內(nèi)核就只需要在數(shù)據(jù)傳輸完成后對(duì)中斷做出響應(yīng)即可。你可以對(duì)DMA控制進(jìn)行編程，讓其與內(nèi)核并行地移動(dòng)數(shù)據(jù)，而同時(shí)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。

有兩類主要的DMA傳輸結(jié)構(gòu)：寄存器模式和描述符模式。無論屬于哪一類DMA，表1的幾種信息都會(huì)在DMA控制器中出現(xiàn)。當(dāng)DMA以寄存器模式工作時(shí)，DMA控制器只是簡單地利用寄存器中所存儲(chǔ)的參數(shù)值。在描述符模式中，DMA控制器在存儲(chǔ)器中查找自己的配置參數(shù)。

（1）基于寄存器的DMA

在基于寄存器的DMA內(nèi)部，處理器直接對(duì)DMA控制寄存器進(jìn)行編程，來啟動(dòng)傳輸?；诩拇嫫鞯腄MA提供了最佳的DMA控制器性能，因?yàn)榧拇嫫鞑⒉恍枰粩嗟貜拇鎯?chǔ)器中的描述符上載入數(shù)據(jù)，而內(nèi)核也不需要保持描述符?；诩拇嫫鞯腄MA由兩種子模式組成：自動(dòng)緩沖(Autobuffer)模式和停止模式。在自動(dòng)緩沖DMA中，當(dāng)一個(gè)傳輸塊傳輸完畢，控制寄存器就自動(dòng)重新載入其最初的設(shè)定值，同一個(gè)DMA進(jìn)程重新啟動(dòng)，開銷為零。如果將一個(gè)自動(dòng)緩沖DMA設(shè)定為從外設(shè)傳輸一定數(shù)量的字到 L1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的緩沖器上，則DMA控制器將會(huì)在最后一個(gè)字傳輸完成的時(shí)刻就迅速重新載入初始的參數(shù)。這構(gòu)成了一個(gè)“循環(huán)緩沖器”，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)量值被寫入 到緩沖器的最后一個(gè)位置上時(shí)，下一個(gè)值將被寫入到緩沖器的第一個(gè)位置上。

自動(dòng)緩沖DMA特別適合于對(duì)性能敏感的、存在持續(xù)數(shù)據(jù)流的應(yīng)用。DMA控制器可以在獨(dú)立于處理器其他活動(dòng)的情況下讀入數(shù)據(jù)流，然后在每次傳輸結(jié)束時(shí)，向內(nèi)核發(fā)出中斷。

停止模式的工作方式與自動(dòng)緩沖DMA類似，區(qū)別在于各寄存器在DMA結(jié)束后不會(huì)重新載入，因 此整個(gè)DMA傳輸只發(fā)生一次。停止模式對(duì)于基于某種事件的一次性傳輸來說十分有用。例如，非定期地將數(shù)據(jù)塊從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置。當(dāng)你需要對(duì)事件進(jìn) 行同步時(shí)，這種模式也非常有用。例如，如果一個(gè)任務(wù)必須在下一次傳輸前完成的話，則停止模式可以確保各事件發(fā)生的先后順序。此外，停止模式對(duì)于緩沖器的初 始化來說非常有用。

（2）描述符模型

基于描述符(descriptor)的DMA要求在存儲(chǔ)器中存入一組參數(shù)，以 啟動(dòng)DMA的系列操作。該描述符所包含的參數(shù)與那些通常通過編程寫入DMA控制寄存器組的所有參數(shù)相同。不過，描述符還可以容許多個(gè)DMA操作序列串在一 起。在基于描述符的DMA操作中，我們可以對(duì)一個(gè)DMA通道進(jìn)行編程，在當(dāng)前的操作序列完成后，自動(dòng)設(shè)置并啟動(dòng)另一次DMA傳輸?；诿枋龇姆绞綖楣芾?系統(tǒng)中的DMA傳輸提供了最大的靈活性 。

DMA既可以指內(nèi)存和外設(shè)直接存取數(shù)據(jù)這種內(nèi)存訪問的計(jì)算機(jī)技術(shù)，又可以指實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的硬件模塊（對(duì)于通用計(jì)算機(jī)PC而言，DMA控制邏輯由CPU和DMA控制接口邏輯芯片共同組成，嵌入式系統(tǒng)的DMA控制器內(nèi)建在處理器芯片內(nèi)部，一般稱為DMA控制器，DMAC）。

值得注意的是，通常只有數(shù)據(jù)流量較大(kBps或者更高)的外設(shè)才需要支持DMA能力，這些應(yīng)用方面典型的例子包括視頻、音頻和網(wǎng)絡(luò)接口 。