国防科技大学电子科技工程学院 江志红 吴春光
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。
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。
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：
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：
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：
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。
参考资料
1．ADSP21160 SHARCDSPHardware Reference．Analog Divce，Inc
2．ADSP21161 SHARCDSPHardware Reference．Analog Divce，Inc
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