ZYNQ基础系列（六） DMA基本用法
DMA 环路测试
涉及到高速数据传输时，DMA就显得非常重要了，本文的DMA主要是对PL侧的AXI DMA核进行介绍（不涉及PS侧的DMA控制器）。AXI DMA的用法基本是：PS通过AXI-lite向AXI DMA发送指令，AXI DMA通过HP通路和DDR交换数据，PL通过AXI-S读写DMA的数据。
实验思路
首先设计一个最基本的DMA环路
实验思路是：首先PS通过AXI-lite配置DMA的工作模式，然后，PS将数据写入DDR，再然后，PS控制DMA读出之前写入的数据，将数据流写入FIFO（读完后DMA会向PS发送中断），再然后，PS控制DMA将FIFO的数据流再通过AXI总线写回DDR（写完后DMA会向PS发送中断），PS判断写入的数据和读出的数据是否一致，完成实验
搭建硬件环境
1.新建工程、原理图文件等
2.加入实验需要的IP核
3.配置PS核相应的参数
设置PS板上输入时钟，设置PS输出时钟为100M
设置板上DDR型号
添加HP高速接口，用于DMA和DDR控制器间通信
添加中断
最后添加串口设备（用于调试）、设置正确的BANK电压
4.配置DMA核相关参数
不使能高性能模式和精简模式
5.点击自动生成模块和自动布线
6.将中断信号合并送到PS中
7.将FIFO加入到数据环路中，完成后效果如下
红色标记为数据的流向，其余两个标记线分别为100M时钟和复位信号
8.进行以下操作后，生成bit文件
Gerate Output products、Create wrappers、Generate Bitstream
进入SDK环境
main.c文件：
定义Tries为测试次数，TxBufferPtr的地址为DMA发送的数据到设备的地址，RxBufferPtr地址则是设备发给DMA的存储地址，MAX_PKT_LEN为一次测试的测试长度，数据从0x55开始递增。
一次测试的过程：
PS的 for 循环产生数据—>PS的数据写入DDR—>PS配置DMA接收通道—>PS配置DMA发送通道（数据开始发送）—>发送的数据经过FIFO回到DMA—>DMA中断到达后观察数据—>进行下一次测试
#include "dma_intr.h"
#include "sys_intr.h"
static XScuGic Intc; //GIC中断控制器
static XAxiDma AxiDma;
int Tries = 6;
int i;
int Index;
u8 *TxBufferPtr= (u8 *)TX_BUFFER_BASE;
u8 *RxBufferPtr= (u8 *)RX_BUFFER_BASE;
u8 Value;
int axi_dma_test()
{
int Status;
TxDone = 0;
RxDone = 0;
Error = 0;
xil_printf("\r\n----DMA Test----\r\n");
xil_printf("PKT_LEN=%d\r\n",MAX_PKT_LEN);
for(i = 0; i < Tries; i ++)
{
Value = 0x55 + (i & 0xFF);
for(Index = 0; Index < MAX_PKT_LEN; Index ++) {
TxBufferPtr[Index] = Value;
Value = (Value + 1) & 0xFF;
}
Xil_DCacheFlushRange((u32)TxBufferPtr, MAX_PKT_LEN);//数据刷新到DDR中
Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) RxBufferPtr,//配置接收通道
MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);
if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}
Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) TxBufferPtr,//配置发送通道
MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);
if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}
while (!TxDone || !RxDone) { }//等待收发中断都到达
TxDone = 0;
RxDone = 0;
if (Error) {return XST_FAILURE;}
Xil_DCacheInvalidateRange((u32)RxBufferPtr, MAX_PKT_LEN);//刷新cache，观察DDR的最新数据
}
DMA_DisableIntrSystem(&Intc, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID);//失能DMA中断
xil_printf("--- Exiting Test --- \r\n");
return XST_SUCCESS;
}
int main(void)
{
DMA_Intr_Init(&AxiDma,0);//DMA初始化
Init_Intr_System(&Intc); //系统初始化
Setup_Intr_Exception(&Intc);//使能硬件中断
DMA_Setup_Intr_System(&Intc,&AxiDma,TX_INTR_ID,RX_INTR_ID);//注册DMA收发中断
DMA_Intr_Enable(&Intc,&AxiDma);//使能系统中断
axi_dma_test();
}dma_intr.h文件：
在该头文件中主要设置收发的存储地址、超时时间、一次测试的长度
#ifndef DMA_INTR_H
#define DMA_INTR_H
#include "xaxidma.h"
#include "xparameters.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xdebug.h"
#include "xscugic.h"
/************************** Constant Definitions *****************************/
/*
* Device hardware build related constants.
*/
#define DMA_DEV_ID XPAR_AXIDMA_0_DEVICE_ID
#define MEM_BASE_ADDR 0x01000000
#define RX_INTR_ID XPAR_FABRIC_AXI_DMA_0_S2MM_INTROUT_INTR
#define TX_INTR_ID XPAR_FABRIC_AXI_DMA_0_MM2S_INTROUT_INTR
#define TX_BUFFER_BASE (MEM_BASE_ADDR + 0x00100000)
#define RX_BUFFER_BASE (MEM_BASE_ADDR + 0x00300000)
#define RESET_TIMEOUT_COUNTER 10000//超时计数值
#define MAX_PKT_LEN 2047 //一次测试的长度
extern volatile int TxDone;
extern volatile int RxDone;
extern volatile int Error;
int DMA_Setup_Intr_System(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma * AxiDmaPtr, u16 TxIntrId, u16 RxIntrId);
int DMA_Intr_Enable(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma *DMAPtr);
int DMA_Intr_Init(XAxiDma *DMAPtr,u32 DeviceId);
void DMA_DisableIntrSystem(XScuGic * IntcInstancePtr,u16 TxIntrId, u16 RxIntrId);
#endifdma_intr.c文件：
DMA配置的相关函数
#include "dma_intr.h"
volatile int TxDone;
volatile int RxDone;
volatile int Error;
/*****************************************************************************/
/**
*
* This function disables the interrupts for DMA engine.
*
* @param IntcInstancePtr is the pointer to the INTC component instance
* @param TxIntrId is interrupt ID associated w/ DMA TX channel
* @param RxIntrId is interrupt ID associated w/ DMA RX channel
*
* @return None.
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
void DMA_DisableIntrSystem(XScuGic * IntcInstancePtr,
u16 TxIntrId, u16 RxIntrId)
{
#ifdef XPAR_INTC_0_DEVICE_ID
/* Disconnect the interrupts for the DMA TX and RX channels */
XIntc_Disconnect(IntcInstancePtr, TxIntrId);
XIntc_Disconnect(IntcInstancePtr, RxIntrId);
#else
XScuGic_Disconnect(IntcInstancePtr, TxIntrId);
XScuGic_Disconnect(IntcInstancePtr, RxIntrId);
#endif
}
/*****************************************************************************/
/*
*
* This is the DMA TX Interrupt handler function.
*
* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any
* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt
* is present, then sets the TxDone.flag
*
* @param Callback is a pointer to TX channel of the DMA engine.
*
* @return None.
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
static void DMA_TxIntrHandler(void *Callback)
{
u32 IrqStatus;
int TimeOut;
XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;
/* Read pending interrupts */
IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);
/* Acknowledge pending interrupts */
XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);
/*
* If no interrupt is asserted, we do not do anything
*/
if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) {
return;
}
/*
* If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the
* hardware to recover from the error, and return with no further
* processing.
*/
if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {
Error = 1;
/*
* Reset should never fail for transmit channel
*/
XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);
TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER;
while (TimeOut) {
if (XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {
break;
}
TimeOut -= 1;
}
return;
}
/*
* If Completion interrupt is asserted, then set the TxDone flag
*/
if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {
TxDone = 1;
}
}
/*****************************************************************************/
/*
*
* This is the DMA RX interrupt handler function
*
* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any
* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt
* is present, then it sets the RxDone flag.
*
* @param Callback is a pointer to RX channel of the DMA engine.
*
* @return None.
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
static void DMA_RxIntrHandler(void *Callback)
{
u32 IrqStatus;
int TimeOut;
XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;
/* Read pending interrupts */
IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);
/* Acknowledge pending interrupts */
XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);
/*
* If no interrupt is asserted, we do not do anything
*/
if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) {
return;
}
/*
* If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the
* hardware to recover from the error, and return with no further
* processing.
*/
if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {
Error = 1;
/* Reset could fail and hang
* NEED a way to handle this or do not call it??
*/
XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);
TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER;
while (TimeOut) {
if(XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {
break;
}
TimeOut -= 1;
}
return;
}
/*
* If completion interrupt is asserted, then set RxDone flag
*/
if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {
RxDone = 1;
}
}
/*****************************************************************************/
/*
*
* This function setups the interrupt system so interrupts can occur for the
* DMA, it assumes INTC component exists in the hardware system.
*
* @param IntcInstancePtr is a pointer to the instance of the INTC.
* @param AxiDmaPtr is a pointer to the instance of the DMA engine
* @param TxIntrId is the TX channel Interrupt ID.
* @param RxIntrId is the RX channel Interrupt ID.
*
* @return
* - XST_SUCCESS if successful,
* - XST_FAILURE.if not succesful
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
int DMA_Setup_Intr_System(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma * AxiDmaPtr, u16 TxIntrId, u16 RxIntrId)
{
int Status;
XScuGic_SetPriorityTriggerType(IntcInstancePtr, TxIntrId, 0xA0, 0x3);
XScuGic_SetPriorityTriggerType(IntcInstancePtr, RxIntrId, 0xA0, 0x3);
Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, TxIntrId,
(Xil_InterruptHandler)DMA_TxIntrHandler,
AxiDmaPtr);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return Status;
}
Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, RxIntrId,
(Xil_InterruptHandler)DMA_RxIntrHandler,
AxiDmaPtr);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return Status;
}
XScuGic_Enable(IntcInstancePtr, TxIntrId);
XScuGic_Enable(IntcInstancePtr, RxIntrId);
return XST_SUCCESS;
}
int DMA_Intr_Enable(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma *DMAPtr)
{
/* Disable all interrupts before setup */
XAxiDma_IntrDisable(DMAPtr, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);
XAxiDma_IntrDisable(DMAPtr, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);
/* Enable all interrupts */
XAxiDma_IntrEnable(DMAPtr, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);
XAxiDma_IntrEnable(DMAPtr, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);
return XST_SUCCESS;
}
int DMA_Intr_Init(XAxiDma *DMAPtr,u32 DeviceId)
{
int Status;
XAxiDma_Config *Config=NULL;
Config = XAxiDma_LookupConfig(DeviceId);
if (!Config) {
xil_printf("No config found for %d\r\n", DeviceId);
return XST_FAILURE;
}
Status = XAxiDma_CfgInitialize(DMAPtr, Config);
if (Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("Initialization failed %d\r\n", Status);
return XST_FAILURE;
}
if(XAxiDma_HasSg(DMAPtr)){
xil_printf("Device configured as SG mode \r\n");
return XST_FAILURE;
}
return XST_SUCCESS;
}sys_intr.h文件：
系统中断的相关函数
#ifndef SYS_INTR_H_
#define SYS_INTR_H_
#include "xparameters.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xdebug.h"
#include "xscugic.h"
#define INTC_DEVICE_ID XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
int Init_Intr_System(XScuGic * IntcInstancePtr);
void Setup_Intr_Exception(XScuGic * IntcInstancePtr);
#endif /* SYS_INTR_H_ */sys_intr.c文件：
#include "sys_intr.h"
void Setup_Intr_Exception(XScuGic * IntcInstancePtr)
{
Xil_ExceptionInit();
Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler,
(void *)IntcInstancePtr);
Xil_ExceptionEnable();
}
int Init_Intr_System(XScuGic * IntcInstancePtr)
{
int Status;
XScuGic_Config *IntcConfig;
IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);
if (NULL == IntcConfig) {
return XST_FAILURE;
}
Status = XScuGic_CfgInitialize(IntcInstancePtr, IntcConfig,IntcConfig->CpuBaseAddress);
if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}
return XST_SUCCESS;
}调试观察现象
此处设置断点，此时收发中断均已到达，可以直接观察TXBUFFER里的数据的变化，从右侧表格可以看出TXBUFFER里的数据已经更新为0x55开头
虽然接收的数据在上一个断点就以及存在DDR中了，但是要经过一个刷新cache的函数Xil_DCacheInvalidateRange，才能直接观察到数据的变化，在图中可以看到RXBUFFER的数据和TXBUFFER的数据完全一致，本次测试则成功结束