高速多通道dma控制器的设计与实现

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1、第31卷第5期微计算机应用V01．3lNO．52010年5月MICROC0MPUTERAPPLICA．rIONSMay．2010高速多通道DMA控制器的设计与实现时磊2张铁军王东辉(中国科学院声学研究所数字系统集成实验室北京100190中国科学院研究生院北京100049)摘要：在片上系统(SOC)，I／O设备和存储器之间的数据交换已经成为系统性能提升的瓶颈，而直接存储器存取(DMA)技术可以有效的缓解这个问题。本文提出并实现了一种高速的、多通道DMA控制器，该控制器可以实现内外部存储空间和I／O器件之间的数据传输，通道优先级可以配置

2、，并支持通道自动传输功能，在该DMA控制器的控制下，数据可以调整传输，满足了SOC系统中数据传输的要求。关键词：片上系统(Sol2)直接存储器存取(DMA)I／o传输DesignandImplementetionofHigh—-SpeedMuti—--ChannelDMACowtrollerSHILei一，ZHANGTiejun，WANGDonghui(InstituteofAcawsties，ChineseAcademyofSciences，Bering，100190，China；GraduateSchool，ChineseAca

3、demyofSciemees，Beijing，100049，China)Abstract：DatetramsferhasbecomethebottleneckfortheSystem—On—Chip(SOC)tompreveperformance．AndDMACdirectMemoyAcaesstechniquesCallalleviatethisproblem．Ahigh—speedmulti—channelDMAcontrollerisproposedandimplementedinthispa-per．Thiscontrole

4、rCantrcmsferdatabetueenrntemalmemory，ecternalmemoyandI／Odevices．ThetransferpriorityofDifferentchan-nelsisconfigurable，alsothetremsferoperationscanstartantomatically．ThedatacanbetransferredathighspeedbythisDMAcontrol·let，whichsatisfiesthereguirementofSOCsystems．Keywords

5、：SOC，DMA，I／OTransfer1背景介绍高性能微处理器的发展趋势之一是在系统中整合越来越多的I／O设备，例如在Motorola公司的MX1微处理器中，就集成了SPI、UART、I2C、USBDevice、SmartcardI／F、BluetoothAccelerator、EIM、LCDC、GPIO和PWM等I／O设备。但是，I／O设备的增加也带来了一系列的问题，由于I／O设备一般都与速度较慢的物理移动、网络连接和通信相关，因而速度很慢，如何实现低速I／O设备和高速存储器之间的数据交换，是高性能处理器系统设计中所要解决的一个

6、重要问题。VO操作可采用三种技术，分别是编程式I／O、表1三种I／o技术的对比中断驱动式I／O和直接存储器存取(DMA)。表1是I／0技术是否使用中断与存储器之间的传输三种技术的对比示意图。是否通过CPU实现编程式I／O是最简单的I／O传输方式⋯。CPU编程式I／O否是周期性的检查数据源设备的状态，看源设备是否已中断驱动式I／O是是经准备好进行读操作，如果源设备已经准备好，就将存储器直接存取(DMA)是否本文于2009—09—22收到。5期时磊等：高速多通道DMA控制器的设计与实现51数据从源设备中读取。然后CPU检查数据传输目的设

7、备的状态，看目的设备是否准备好接收数据，如果是则将数据写入到目的设备中。在编程式I／O中，CPU完全被用于控制数据传输，这样就无法进行其他的运算或者控制操作，浪费了大量CPU时问。例如对于Motorola的嵌入式处理器M—CORE，load和store指令分别需要两个周期，再加上更新数据计数器所需要的一个时钟周期，那么传输一个字所需要的时间为5个周期。另一种数据传输的方法是中断式I／O。当使用这种方法的时候，如果某个设备已经处于准备好的状态，它就采用中断的方式通知CPU，CPU接收该中断后就暂停其他操作，转而进行中断处理，例如数据的

8、读取和写入操作。这种方法仍然需要CPU控制数据的传输。直接存储器存取(DMA)允许数据在处理器内部进行传输，而不需要CPU进行干涉。当采用DMA的方式进行数据传输的时候，主要包括三个步骤：第一是对DMA控制器中的控制寄存器进行设置，包