嵌入式嵌入式系统DMA控制页剖析.ppt

2008年11月20日 南京大学计算机系 第7章 中断、DMA和时间管理 本章主要介绍以下内容： 嵌入式中断控制器 嵌入式DMA控制器 嵌入式时钟电源管理器 嵌入式实时时钟 嵌入式脉宽调制定时器 7.2 嵌入式系统DMA控制 在嵌入式系统I/O操作中，中断方式（包括查询方式）是广泛使用的操作方式。其特点是需要通过CPU执行ISR来控制整个数据的传送，输入输出都要以CPU的寄存器为中转站。以中断方式数据传输为例，每一次响应中断，CPU都要保护主程序断点的工作现场，而后执行ISR。数据传输操作完毕后，还要恢复断点处的工作现场。因此在某些高频度I/O操作的嵌入式应用场合，执行中断方式的输入输出会导致系统频繁切换工作现场，CPU运行效率不高。 DMA方式特点 DMA方式是高速I/O接口方式，其特点有两个：一是它可以不通过CPU直接完成输入输出设备与存储器间的数据交换，在数据传送期间不会影响CPU的其它工作；二是CPU带宽可以与总线带宽一样，延时仅依赖于硬件，能提高系统中数据的传输速率。显然利用这种方式不但数据传送速度快，而且CPU具有了同时进行多种实时操作的能力，增强了系统的实时性。 DMAC控制DMA传输 在DMA传输方式下，外设通过DMA控制器（DMAC）向CPU提出接管总线控制权的总线使用请求。CPU在当前总线周期结束后，响应DMA请求，把总线控制权交给DMA控制器。于是在DMAC的控制下，外设和存储器挪用CPU的一个总线周期，直接进行数据交换，而无需CPU进行数据传输控制干预。DMA传输结束后，再将总线使用权交换给CPU。 32位嵌入式处理器都具有DMA功能 在高速大数据量传输场合，DMA方式由于系统开销少，传输效率，比中断方式优越。因此，现代通用计算机都具备DMA传输功能。例如，PC机的芯片组中包含有8237A芯片，它是DMA控制器，可以控制4个DMA通道。 然而，嵌入式系统并非都拥有DMA功能。8位嵌入式处理器一般不具备DMA数据传输功能。16位和32位嵌入式处理器一般都具有DMA功能。例如：ARM、68K、PowerPC和MIPS处理器。 几款主流嵌入式处理器的DMA控制器简表 嵌入式DMA控制器内建在芯片内部 DMA控制包括DMA通道初始化、DMA数据传输、DMA结束时的中断服务例程处理。对于通用计算机而言，DMA控制逻辑由CPU和DMA控制接口逻辑芯片共同组成。嵌入式系统的DMA控制器内建在处理器芯片内部。 将DMA方式应用于嵌入式系统要考虑到与一般微机系统不同的应用特点，它对可靠性、成本、体积、功耗等有更严格的要求。因此，在进行含有高速数据处理的嵌入式开发时，需要精心地选择处理器。 7.2.1 S3C44B0X的DMA控制器 现在学习S3C44B0X处理器的DMA控制器。 S3C44B0X的DMA控制器（简称DMAC）拥有4个通道，其中有两个通道称为ZDMA，另外两个通道称为BDMA。 S3C44B0X的DMA通道 ZDMA通道称为通用DMA 三星公司的数据手册上用这个称呼 实际上是通用DMA，General DMA，它被连到SSB（三星系统总线，Samsung System Bus）总线上。 BDMA通道称为桥DMA Bridge DMA，是SSB和SPB（三星外设总线，Samsung Peripheral Bus）之间的接口层，相当于一个桥。 ZDMA和BDMA都可以由指令启动，也可以有内部外设和外部请求引脚来请求启动。 ZDMA通道的特点 ZDMA通道用于在存储器到存储器、存储器到I/O存储器（固定目的存储位置）、I/O装置到存储器之间传输数据。BDMA通道只能在连到SPB(三星外设总线)上的I/O外设（如UART，IIS和SIO）与存储器之间传输数据。 S3C44B0X的ZDMA控制器框图 ZDMA通道的用途 S3C44B0X的ZDMA通道有一个4字的FIFO缓冲来支持4字突发DMA传输，而BDMA不支持突发DMA传输。BDMA不支持4字突发DMA传输的原因是它没有临时缓存，而且连接在SPB上的外设速度较慢。因此存储器之间的传输数据最好使用ZDMA通道。 S3C44B0X的BDMA控制器框图 外部DMA请求/应答模式 有四类外部DMA请求/应答模式。它们是握手模式、单步模式、连续模式和手动模式。这些模式都定义了DMA请求和应答信号是怎样和这些模式相互关联的。虽然ZDMA和BDMA都可以支持外部的触发操作，但是这些模式只适用于ZDMA，不适用于BDMA。我们介绍其中的握手模式和单步模式。 握手模式 在握手模式下，DMA控制器对一个单独的DMA请求产生一个单独的DMA应答信息。图7-5示出了DMA操作的握手模式。在这样的DMA操作期间，读写周期不可分割。因此，总线控制器不向