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DMA在DSP應用中至關(guān)重要，本文給出了DMA操作非阻塞的請求方法，針對TMS320C620x，實(shí)現了與CSL中DAT接口一致的驅動(dòng)模塊QDAT，并指出了EDMA相關(guān)的高級特征。 在DSP中，DMA控制器實(shí)際是一個(gè)外設，與其他集成的串口、主機接口、片外內存接口等都在系統外設總線(xiàn)上，也與其他外設一樣有一組相關(guān)的控制/狀態(tài)/數據寄存器，CPU可以訪(fǎng)問(wèn)。 非常重要的一點(diǎn)是，DMA通道能夠用于內存之間的數據傳送。這里內存都是統一編址的，包括：片上內存，程序和數據分立；接在EMIF上的片外內存，如SDRAM；外設的寄存器也都是內存映射的(memory-mapped)，所以DMA通道也可以用于外設和內存之間，進(jìn)行外設數據接收與發(fā)送。 在DSP的處理模型中，所有數據應位于片上供CPU處理，不鼓勵CPU直接訪(fǎng)問(wèn)片外數據，因為CPU訪(fǎng)問(wèn)片外資源的時(shí)間較長(cháng)，周期數也不確定，對于實(shí)時(shí)性和確定性不利。片上內存有時(shí)也能夠配置成為緩存(cache)，緩存控制器會(huì )根據一定策略、使用DMA方式切換片外的數據進(jìn)出緩存，最終使得用戶(hù)能夠在片上訪(fǎng)問(wèn)數據，這個(gè)過(guò)程對用戶(hù)是透明的。正因為緩存的機制是透明的，所以也是很難控制的。比如，一段調用頻率很高的代碼很可能被不常用的部分清出緩存，因為它們映射相同，但隨后又很快被調入，這樣會(huì )造成局部的效率降低。 所以，如果能夠明確掌握程序流或數據流的運轉特征，不使用緩存模式，用戶(hù)通過(guò)DMA進(jìn)行自定義的調度，可能提高效率。有的處理器不具備緩存控制器，不支持片上內存作為緩存，如C6205的片上數據內存就不能夠配置為緩存，所以主動(dòng)使用DMA移動(dòng)數據不可避免。 DSP的DMA功能一般也都較為強大，TI C6000系列的DMA通道支持1D-1D、1D-2D、2D-1D以及常用的2D-2D數據傳送，對DMA的合理使用可能替代相當的編程效果，如排序、采樣或裁剪。 TI的CSL(Chip Support Library，芯片支持庫)對于使用DMA給出了很好的支持，有專(zhuān)門(mén)的DMA模塊，便于對DMA的各個(gè)寄存器進(jìn)行控制。還有一個(gè)DAT模塊，使用DMA進(jìn)行內存數據傳送，函數DAT\_copy()和DAT\_fill()就像常用的內存操作memcpy()、memset()一樣，只需要在A(yíng)PI接口指出源地址、目的地址和長(cháng)度，或者其他的維數屬性等即可，不需要再去管具體的寄存器，非常方便。 視頻處理實(shí)例分析 DAT模塊易用，但因為是在CSL中，所以只能將DMA控制器直接的功能表達出來(lái)。對于灰度圖像處理(先不考慮將算法處理后的結果傳回片外的情況)，在下面的處理框架中，每次DMA執行操作時(shí)，CPU在前臺還可以做算法處理任務(wù)。 ... task=DAT_copy(...);//啟動(dòng)頭一個(gè)DAT任務(wù) ... while(not_finished){ DAT_wait(task); //本次task完成 task=DAT_copy(...); //啟動(dòng)下一次的DMA pingpong_alg_process(...); //對本次傳送的數據處理 } 當視頻為4:2:0 YUV圖像(planar模式)序列，需要處理某一區域時(shí)，實(shí)際上是在相同時(shí)機處理Y、U、V三塊數據，通常它們并不連續，也就是說(shuō)，將會(huì )同時(shí)使用三個(gè)DMA操作。 這里可能可以同時(shí)啟動(dòng)多條DMA通道，但有一些限制： 1. 有的處理器支持同時(shí)啟動(dòng)的DMA通道數有限，有些DSP有4條通道，但寄存器集只能完整地支持兩條； 2. 由于共享總線(xiàn)和某些接口，同時(shí)工作的DMA通道數過(guò)多將可能增加訪(fǎng)問(wèn)沖突，降低系統性能； 3. 有時(shí)多條通道又必須同時(shí)使用，比如系統視頻、音頻采集進(jìn)入的數據必須占用獨立的通道。 所以，上面的任務(wù)能夠盡量使用一個(gè)DMA通道完成，不失一般性，DAT模塊的所有操作實(shí)際上是在一條打開(kāi)的通道上完成的。 那么，對于YUV圖像，處理程序框架類(lèi)似上面，可能如下， ... taskY = DAT_copy(...); taskU = DAT_copy(...); taskV = DAT_copy(...); ... while(not_finished){ DAT_wait(taskY); DAT_wait(taskU); DAT_wait(taskV); taskY = DAT_copy(...); taskU = DAT_copy(...); taskV = DAT_copy(...); YUV_pingpong_process(...); 這時(shí)問(wèn)題出現了：C620x的DMA通道一次只能接受一個(gè)傳送請求，也就是說(shuō)，每次請求必須等到該通道空閑時(shí)才可能真正提交上去，這樣taskY和taskU在后臺操作時(shí)，前臺無(wú)法進(jìn)行taskU和taskV的啟動(dòng)，即實(shí)際上前臺沒(méi)有什么處理任務(wù)可做，浪費了效率。而這三個(gè)dat任務(wù)綁定在一起，啟動(dòng)時(shí)機很難拆開(kāi)。顯然，如果能夠允許DMA請求連續地提交，將提高效率。 DMA通道請求非阻塞提交的方法 把DMA通道看作一個(gè)單處理單元，每個(gè)DMA操作作為一個(gè)任務(wù)，這就形成了一個(gè)單處理多任務(wù)的模型，任務(wù)調度就是FIFO。不妨定義： 1. DMA通道請求上下文是一個(gè)數據結構，它包含啟動(dòng)一次DMA傳送所需要設定的寄存器參數集合，如源、目的、長(cháng)度、index寄存器(維數)等等； 2. DMA通道請求上下文隊列，一個(gè)DMA請求上下文的隊列用以緩存DMA請求； DMA通道的使用和請求非阻塞的提交應有以下兩條原則： a. 應用程序的使用DMA通道的方法： 提交DMA通道請求(無(wú)阻塞)，獲得此次任務(wù)的id；在需要使用某任務(wù)的目標內存時(shí)，應檢查該id任務(wù)狀態(tài)直到完成；如果完成，即可進(jìn)行相應的處理。 b. 無(wú)阻塞提交DMA通道請求的實(shí)現：標志此次DMA傳送任務(wù)正在進(jìn)行；如果DMA通道空閑，設置寄存器啟動(dòng)DMA操作，標志DMA通道正在工作；如果DMA通道正在工作，則將此次DMA請求插入上下文隊列。 3. DMA中斷服務(wù)程序(注:DAT模塊不使用ISR，只是查詢(xún)對應標志，確定DMA傳送是否完成)：標志此次DMA傳送任務(wù)完成；如果DMA請求上下文隊列為空，標志DMA通道空閑；如果DMA請求上下文隊列非空，則從隊列中取出頭一個(gè)DMA請求上下文，用以設置相應的寄存器啟動(dòng)DMA操作。 QDAT：一個(gè)非阻塞的DMA模塊實(shí)現 在TI C620x DSP上，一個(gè)非阻塞的DMA模塊QDAT根據以上原理得以實(shí)現。 QDAT的API與DAT模塊的基本一致，優(yōu)點(diǎn)是使用上述的YUV圖像處理應用程序中，不會(huì )發(fā)生DMA請求阻塞； QDAT與DAT模塊功能相似，但屬于驅動(dòng)程序層次的實(shí)現，基于：CSL的DMA模塊；CSL的IRQ模塊；以及DSP/BIOS的QUE模塊。 不過(guò)實(shí)現十分簡(jiǎn)便、輕盈。 該模塊獨立于應用和算法，已經(jīng)在基于TI C620x DSP上的多個(gè)項目中使用，效果十分理想，特別是因為QDAT任務(wù)中的DMA操作經(jīng)過(guò)了串行化，也大大降低了在EMIF上訪(fǎng)問(wèn)內存時(shí)的沖突。 EMDA的先進(jìn)特征 這些項目向新的TI DM642媒體處理器上移植時(shí)，以上的操作將利用EDMA的先進(jìn)特征， 因為T(mén)I C6x1x 和 C64x DSP開(kāi)始使用EDMA，值得注意的是，EDMA通道控制器(EDMACC)有專(zhuān)門(mén)的PRAM(parameter RAM)來(lái)緩存DMA請求參數，EDMA事件參數表中有標志以及LINK address，用來(lái)指示本次DMA傳送結束后， 是否有新的DMA請求參數需要重載入操作寄存器； 如果有，LINK address所指就是新的參數在PRAM的位置。 顯然因為這樣的鏈表機制，使用該通道連續兩次傳送之間無(wú)需中斷處理程序(CPU)介入隊列管理，效率將提高。 對于頻繁的內存數據傳送，如DAT操作一般使用QDMA， 它由CPU直接將傳送請求(TR)提交給傳送控制器(EDMATC)，TC中有四個(gè)優(yōu)先級隊列，每個(gè)TR都將進(jìn)入其對應（已指定）的一個(gè)隊列。 對于不同的請求源，隊列的長(cháng)度可編程，每個(gè)隊列最多可以接收7個(gè)QDMA請求。 如果隊列有空，TR就可以進(jìn)入；若滿(mǎn)了，CPU將會(huì )停止(stall)幾個(gè)EDMA周期等待TC的執行，隊列隨即空出一個(gè)位置。 總之，EDMA執行機構這種純硬件的隊列機制使得效率提升更加極大化， 減少了軟件對此的相關(guān)開(kāi)銷(xiāo)。 |
