ARM PL330 DMA控制器开发（1）

一、DMA介绍

DMA作为一种CPU与外设传输数据的技术，现在广泛用于各种计算机架构中，它最大的优点就是无需CPU干涉下，完成数据从内存到外设的传递。本文讲解一下S5PC100中的DMA控制器的操作方法。文中例举的代码都是在FS_S5PC100平台上经过验证的。在华清远见的FS_S5PC100平台上通过PL330 DMA控制器实现了内存到内存、内存到串口、串口到串口等多种DMA传输方式。
首先简单介绍下什么是DMAC，DMAC 是一个自适应先进的微控制器总线体系的控制器，它由ARM公司设计并基于PrimeCell技术标准，DMAC提供了一个AXI接口用来执行DMA传输，以及两个APB接口用来控制这个操作，DMAC在安全模式技术下用一个APB接口执行TrustZone技术，其他操作则在非安全模式下执行。DMAC包括了一个小型的指令集，用来提供一些灵活便捷的操作，为了缩小内存需求，DMAC则使用了变长指令。
不同于ARM11以及以前系列的芯片，S5PC100使用了基于PrimeCell技术标准的PL330（DMA控制器核心）有了很大的变化，从编程方式上看，它提供了灵活的指令集，使得你有更多的组合方式用来操作DMA，从硬件上看，它实现了硬件上的多线程管理，一次编写代码即可让它正常的完成所需的工作，因此这个DMA的开发是有一定困难的。

二、PL330简述

     DMAC包含了一个执行指令的模块，并且控制了数据的传输，DMAC通过AXI接口来存取这些存储在了内存中的指令，DMAC还可以将一些临时的指令存放在Cache中，我们能够配置行宽度以及深度。
 当然，DMAC的8个通道都是可配置的，且每个都可支持单个并发线程的操作，除此之外，还有一个管理线程专门用来初始化DMA通道的线程。它是用来确保每个线程都在正常工作，它使用了round-robin来处理当选择执行下一个活动期的DMA通道。
 DMAC使用了变长指令集，范围在1到6字节之间，并还为每个通道提供了单独的PC寄存器，当一个线程需要执行一条指令时，将先从Cache中搜索，如果匹配上则立刻供给数据，另外，线程停止的话，DMAC将使用AXI接口来执行一次Cache线填充。
 当一个DMA通道线程执行一次load/store指令，DMAC将添加指令到有关的读队列和写队列中，DMAC使用这些队列作为一个指令存储区，它用来优先执行存储在其中的指令，DMAC还有包含了一个MFIFO数据缓存区，它用来存储DMA传输中读/写的数据。

 DMAC还提供多个中断输出，在微处理器的不干扰下，外设的request接口还有内存到外设和外设到内存的传输能力，双APB接口支持安全以及非安全两种模式，编程时，可通过APB接口来访问状态寄存器和直接执行DMAC指令。

 
图1 S5PC100中的DMA模块图

 
图2 DMAC模块图
从图中可以看出，APB从机接口下有安全模式以及非安全模式两种接口，它们分别能在不同的模式下执行不同需求的功能，当然寄存器是彼此独立的，也就是各自有自己的一套寄存器，另外，我们还能看到READ/WRITE指令队列，当DMAC从指令中取到后则先存放在相应的队列中等待执行，MFIFO则是前文提到的数据缓冲区域，这是一个可配置大小的缓存区，当执行读指令后，DMAC从源地址中获得数据后，将其先存放在MFIFO中，当满足事先设定的触发写条件时，DMAC则会从MFIFO中写数据到目的地址。

三PL330详解

3.1 PL330指令集

1、DMAMOV
指令格式： 
这是一条数据转移指令，它可以移动一个立即数到以下3种类型的寄存器中。

功能描述：
<Destination_register>
(1) 源地址寄存器
该寄存器提供了DMA通道的数据源的地址，DMAC从该地址取得数据，每个通道都有自己的数据源地址寄存器，因此需要单独配置。
下图是每个通道的源地址寄存器列表：

(2) 目标地址寄存器
该寄存器提供了DMA的目标数据存放地址，和数据源地址寄存器是相互对应的。

(3) 通道控制寄存器
该寄存器可以控制DMA 在AXI中的传输，并且该寄存器记录了一些关于目标与源寄存器的基本配置。下图是该寄存器的位分配：

<32bit_immediate>

  该32位立即数可被传到指定的寄存器中。

2、DMALD
这是一条DMAC装载指令，它可以从源数据地址中读取数序到MFIFO中，如果src_int位被设置，则DMAC会自动增加源地址的值。

指令格式：

功能描述:
[S]    如果S位被指定，则bs位被置0，且x转换为0。Request_flag将被下列情况所影响：
Request_flag=Single,，DMAC将执行DMA装载。
Request_flag=Burst ，DMAC将执行控制另DMANOP。
  [B]    如果B位被指定，则bs会置0，且x转换为1，Request_flag将被下列情况所影响：
Request_flag=Single,，DMAC将执行控制另DMANOP。    

Request_flag=Burst ， DMAC将执行DMA装载

注意 ：如果不指定S,B位的话，则DMAC默认是执行DMA装载的。

3、DMAST
该指令与DMALD相互对应，它是一条DMA存储指令，是将MFIFO中的数据转移到目的地址中。目的地址是由目的地址寄存器所指定的，如果dst_inc被置位，则DMAC会自动增加目的地址的值。

指令格式：

功能描述：
[S]    如果S位被指定，则bs位被置0，且x转换为1。Request_flag将被下列情况所影响：
   Request_flag=Single,DMAC执行单个DMA存储。
    Request_flag=Burst ,DMAC执行空指令。
[B]    如果B位被指定，则bs被设置为1，且x转位1，Request_flag将被下列情况所影响：
   Request_flag=Single, DMAC执行空指令。
    Request_flag=Burst , DMAC将执行DMA存储。

4、DMARMB

读内存栅栏指令，下图是该指令的译码图：

指令格式：

功能描述：
该指令可以使得当前所有读处理全部被强制取消。

5、DMAWMB
写内存栅栏指令，下图是该指令的译码图：

指令格式：

功能描述：
该指令可以使得的那个钱写处理全部被强制取消。

6、DMALP

指令格式: DMALP  <loop_iterations>

    <loop_iterations>
     这是一个8位表示的循环次数。
lc设置为0时，DMAC每写一次值，loop_iterations则减少1，直到循环计数为0结束。
lc设置为1时，DMAC每写一次值，loop_iterations则减少1，直到循环计数为1结束。
    功能描述：  

 循环操作时，将一个指定的8bit数字填入循环计数寄存器，该指令用来指定某个指令段的开始位置，需要DMALPEND指定该指令段的结束位置，一旦指定后，DMAC会循环执行介于DMALP于DMALPEND之间的指令，直到循环次数为0结束。

7、DMALPEND

指令格式：DMALPEND[S|B]

[S]    如果S位被指定，则bs位被置0，且x转换为1。Request_flag将被下列情况所影响：
  Request_flag=Single,DMAC则执行循环。
   Request_flag=Burst ,DMAC执行空指令。
[B]    如果B位被指定，则bs被设置为1，且x转位1，Request_flag将被下列情况所影响：
  Request_flag=Single, DMAC执行空指令。
    Request_flag=Burst , DMAC将执行循环。
功能描述：
    该指令每次执行一遍以后查看循环计数寄存器的值：
如果是 0，DMAC则执行DMANOP指令。
如果不为0，DMAC则更新一次循环计数器的值，并跳转到循环指令段的第一条指令执

8、DMASEV

指令格式：DMASEV <event_num>

<event_num>
5位立即数。

功能描述：
使用该命令可以产生一个事件信号。可以有以下两种模式：
产生一个事件<event_num>。
产生一个中断信号，irq<event_num>。

9、DMAEND

指令格式：DMAEND

功能描述：
该指令用来通知DMAC结束一次操作集合，换句话说就是，告诉DMAC某个线程停止一切的动作，使其为停止态，这时DMAC会刷新MFIFO，并且清空所有相关的Cache。

3.2其它相关寄存器详解

1、DBGINST0
此寄存器可控制调试指令，通道，DMAC线程信息，下图是寄存器的详细解释:

2、DBGINST1
该寄存器控制内存中设置的指令段首地址，也就是DMAC第一次取指令的地址，
下图是该寄存器的解释：

3、DBGCMD
该寄存器控制调试命令的执行，通过配置它，可以控制DMAC去执行一些指定的工作。
该寄存器的详细解释如下图所示：