学习DMA原理

2015-11-3 11:20:28 周二

目的： 掌握DMA原理，在工作中能灵活应用。

概念：

DMA原理：DMA(Direct Memory Access，直接内存存取) ，它可以让不同速度的硬件沟通，

不需要依赖CPU的大量中断负载。不然，CPU 需要从 来源 把每一片段的资料复制到 暂存器，

然后把他们再次写回到新的地方。

在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。 DMA 传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当 CPU 初始化这个传输动作，传输动作本身是由 DMA 控制器 来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。

像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，处理器反而可以重新安排程序去处理其他的工作。

DMA 传输对于高效能 嵌入式系统 算法和网络是很重要的

在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。

即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。

一个完整的DMA传输过程必须经过下面的4个步骤。

1.DMA请求

　　CPU对DMA控制器初始化，并向 I/O接口 发出操作命令，I/O接口提出DMA请求。

2.DMA响应

　　DMA控制器对DMA请求判别优先级及屏蔽，向总线裁决逻辑提出总线请求。当CPU执行完当前总线周期即可释放总线控制权。此时，总线裁决逻辑输出总线应答，表示DMA已经响应，通过DMA控制器通知I/O接口开始DMA传输。

3.DMA传输

　　DMA控制器获得总线控制权后，CPU即刻挂起或只执行内部操作，由DMA控制器输出读写命令，直接控制RAM与I/O接口进行DMA传输。　　在DMA控制器的控制下，在存储器和外部设备之间直接进行数据传送，在传送过程中不需要中央处理器的参与。开始时需提供要传送的数据的起始位置和数据长度。

4.DMA结束

　　当完成规定的成批数据传送后，DMA控制器即释放总线控制权，并向I/O接口发出结束信号。当I/O接口收到结束信号后，一方面停 止I/O设备的工作，另一方面向CPU提出中断请求，使CPU从不介入的状态解脱，并执行一段检查本次DMA传输操作正确性的代码。最后，带着本次操作结果及状态继续执行原来的程序。

由此可见，DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，使CPU的效率大为提高。

二、DMA传送方式　　DMA技术的出现，使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存，与此同时，CPU可以继续执行程序．那么DMA控制器与CPU怎样分时使用内存呢?通常采用以下三种方法：(1)停止CPU访内；(2)周期挪用；(3)DMA与CPU交替访内存．　　1.停止CPU访问内存　　当外围设备要求传送一批数据时，由DMA控制器发一个停止信号给CPU，要求CPU放弃对地址总线、数据总线和有关控制总线的使用权．DMA控制器获得总线控制权以后，开始进行数据传送．在一批数据传送完毕后，DMA控制器通知CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU．

优点: 控制简单，它适用于数据传输率很高的设备进行成组传送。　　缺点: 在DMA控制器访内阶段，内存的效能没有充分发挥，相当一部分内存工作周期是空闲的。这是因为，外围设备传送两个数据之间的间隔一般总是大于内存存储周期，即使高速I/O设备也是如此。例如，软盘读出一个8位二进制数大约需要32us，而半导体内存的存储周期小于0.5us，因此许多空闲的存储周期不能被CPU利用． 　　2.周期挪用：　　当I/O设备没有DMA请求时，CPU按程序要求访问内存；一旦I/O设备有DMA请求，则由I/O设备挪用一个或几个内存周期。

传输策略选择

如果设备有总线主控能力，那么它就有访问主存的必要硬件部件，因此只需告诉它几个基本事实，如从哪开始，需要传输多少单位的数据，

是输入还是输出操作，等等。

可以向硬件设计者咨询或者固件程序员咨询以得到细节部分，否则参考许多硬件级的说明文档。

怎么编写WINDOWS下的DMA驱动程序？

 内核（Kernel）模式的驱动程序可以应用于WINDOWS NT和WINDOWS 2000的操作系统中。

它区别于WDM(Win32 Driver Model)模型，主要不支持即插即用。

基于包的总线主控DMA方式的原理和对常见驱动程序例程的要求是什么？

1、AMCC S59333控制芯片PCI主控DMA功能概述

AMCC S5933控制芯片，它具有实现完整的PCI主控模块和目标模块的接口功能。将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的用户接口，用户只需要设计转换后的总线接口即可。

AMCC S5933有两个FIFO(先入先出)存储器，一个是PCI到ADD-ON（附加设备）的FIFO，另一个是从ADD-ON到PCI的FIFO。S5933通过它的FIFO接口在PCI总线上进行DMA传输（总线主控）。

FIFO可以作为PCI的发起者也可以作为目标者。FIFO作为目标，PCI总线主控访问ADD-ON数据。FIFO作为发起者可以向PCI发送数据。

PCI发起的DMA传输：此时FIFO作为目标。PCI发起的DMA传输必须通过总线主控控制状态寄存器（MCSR）来使能,读写使能分别控制，在驱动程序适配器控制（AdapterControl）例程设定这个寄存器。另外在驱动程序的设计中必须设定AMCC S5933读写地址寄存器（MWAR/MRAR）以及读写传输数据计数器（MWTC/MRTC）的值。AMCC S5933的DMA中断有下列几种情况：读传输计数器计到 0，写传输计数到0，或在DMA传输过程中PCI总线上发生错误。
2、 内核式驱动程序的基本结构和编程技术
    驱动程序与应用程序的最大差别之一是驱动程序的控制结构，应用程序一直用main或WinMain函数控制运行。而驱动程序没有main或WinMain函数。它是由I/O（输入输出）管理器在下列情况下调用一个程序例程：
1） 驱动程序被装入时。
2） 驱动程序被卸出或系统被关闭时。
3） 用户程序发出I/O系统服务调用时。
4） 共享硬件资源对驱动程序可用时。
5） 设备操作过程中的任何时候。

任何设备驱动程序都必须拥有一个DriverEntry例程为每个驱动程序的入口点。下面简要说明驱动程序的分类。

未完待续....