S5935如何實現(xiàn)DMA傳輸?shù)脑O(shè)計與研究

　　摘要：文中介紹了具有PCI總線主控功能的專用接口芯片——S5935的基本結(jié)構(gòu)，闡述了它如何實現(xiàn)DMA控制器的功能，并給出了用于實現(xiàn)DMA傳輸?shù)腤DM驅(qū)動程序。

　　1前言

　　計算機與外設(shè)之間有三種傳輸方式：程序方式、中斷方式、DMA（DirectMemoryAccess）方式。其中，前兩種方式都是CPU通過執(zhí)行指令來實現(xiàn)主機與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度較低；后一種方式是由DMA控制器直接實現(xiàn)外設(shè)和存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸，它不通過CPU，傳輸速度較高。因此在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，常常利用DMA方式來實現(xiàn)計算機與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　由于個人計算機中的PCI總線具有總線主設(shè)備支持的特點（總線主設(shè)備支持的特點就是全面支持PCI總線主設(shè)備，允許同級PCI總線訪問和通過PCI—PCI與擴展總線橋訪問主存儲器和擴展總線設(shè)備，并且，PCI主設(shè)備能夠訪問駐留于總線級別較低的另一個PCI總線上的目標(biāo)）。所以，可以有兩種途徑來實現(xiàn)DMA傳輸，其一是利用計算機內(nèi)部的DMA控制器；其二是利用具有總線主控功能的PCI接口芯片。由于后一種途徑不占用計算機系統(tǒng)的DMA通道，節(jié)省了計算機的資源，因此，使用較多。

　　具有總線主控功能的PCI接口芯片主要有兩種類型：一是可嵌入IP核的可編程邏輯器件，如Xilinx公司的Sparten系列等；二是專用的PCI橋接芯片，如PLX公司的PCI9054、AMCC公司的S5935等產(chǎn)品。前者設(shè)計較為靈活，但是要求開發(fā)者對PCI規(guī)范有較深入的理解，開發(fā)周期較長；后者設(shè)計較為簡單，開發(fā)者只要正確配置接口芯片的配置空間，注意引腳的電氣連接規(guī)范，就可以正確使用，開發(fā)周期較短。本文以專用PCI接口芯片——S5935為例，介紹其作為PCI總線主設(shè)備時如何實現(xiàn)DMA傳輸。

　　2AMCCS5935芯片

　　S5935是AMCC公司S59XX系列接口芯片中的一種，該芯片功能強大，可用于高速數(shù)據(jù)采集卡、視頻加速卡、多媒體通信等。它既可作PCI總線主設(shè)備，也可作PCI總線從設(shè)備，應(yīng)用較為廣泛。它有三種工作方式：MAILBOX（郵箱）工作方式、PASS-THRU（直通）工作方式、FIFO（先進先出）工作方式。其中前兩種工作方式只能是S5935作為PCI總線從設(shè)備時的工作方式，F(xiàn)IFO工作方式可以是S5935作為PCI總線主設(shè)備時的工作方式，也可以是S5935作為PCI總線從設(shè)備時的工作方式。

　　S5935的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有三個接口：PCI總線接口、本地端接口和非易失性存儲

　　圖1S5935結(jié)構(gòu)框圖

　　器接口。PCI接口用來實現(xiàn)計算機與S5935間的數(shù)據(jù)、地址、命令等的傳輸。本地端接口用來實現(xiàn)S5935與外部存儲器間的數(shù)據(jù)傳輸以及與外部控制邏輯電路間的地址、命令等的傳輸。非易失性存儲器接口有兩種類型，它既可以與串行nvRAM相連，也可以與字節(jié)nvRAM相連，實現(xiàn)S5935頭部空間的配置。

　　S5935的配置空間有256字節(jié)，分為頭部配置空間和操作寄存器空間。頭部占用64字節(jié)，它又可以分為兩部份，前16個字節(jié)的定義在各種類型的設(shè)備中都是一樣的，如廠商代碼VID、設(shè)備代碼DID，其余48個字節(jié)可以根據(jù)設(shè)備支持的基本功能情況進行不同的設(shè)置，如中斷引腳的設(shè)置、PASS-THRU映射在存儲器或I/O空間的大小設(shè)置以及PCI操作寄存器的基地址設(shè)置等。操作寄存器分為16雙字的PCI操作寄存器和18雙字的本地操作寄存器，前者只能通過PCI總線對其進行訪問，后者則只能通過本地總線對其進行訪問。它們的結(jié)構(gòu)非常相似，其主要區(qū)別是本地操作寄存器比PCI操作寄存器多兩個用于直通工作方式的直通地址寄存器（APTA）和直通數(shù)據(jù)寄存器（APTD），而少一個主控寄存器（MCSR）。

　　3S5935的DMA控制器特性

　　S5935的FIFO工作方式可以工作在總線主控模式下，此時S5935相當(dāng)于一個帶有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的DMA控制器，可以在不占用計算機系統(tǒng)的DMA通道的情況下，進行DMA傳輸。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它有兩個單向FIFO：一個FIFO的數(shù)據(jù)傳輸方向是從PCI總線到本地總線，另一個用于本地總線到PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸，每個FIFO的大小為8×32bit；還有兩個地址寄存器和兩個數(shù)據(jù)寄存器，分別用于存儲DMA傳輸?shù)氖椎刂泛蛡鬏斔璧淖止?jié)數(shù)。S5935的DMA傳輸可以設(shè)置為由本地總線發(fā)起，也可以由PCI總線發(fā)起的，它是在初始化時，通過設(shè)置nvRAM的45h單元的bit7實現(xiàn)的。下面以由PCI總線發(fā)起的DMA傳輸為例，介紹S5935的DMA控制器特性：

　　當(dāng)需要進行DMA傳輸時，驅(qū)動程序通過設(shè)置MCSR寄存器的bit14或bit10，向S5935發(fā)出DMA請求信號（前者用于計算機內(nèi)部存儲器讀，后者用于內(nèi)部存儲器寫），S5935根據(jù)FIFO管理方案，如滿足條件，使能REQ#信號，申請總線控制權(quán)。

　　當(dāng)總線仲裁器收到總線控制請求信號后，如果允許，則使能GNT#信號，從而將總線的控制權(quán)傳遞給S5935。

　　S5935得到總線控制權(quán)以后，將存儲在MWAR（或MRAR）內(nèi)的地址信號發(fā)送到PCI地址總線上，并且每傳送一個字節(jié)，MWAR（或MRAR）內(nèi)的地址就會自動更新，以指向下一個要傳送的字節(jié)。

　　S5935通過C/BE［3:0］#發(fā)送讀/寫控制信號，例如：發(fā)送的是0110，則為內(nèi)部存儲器讀，發(fā)送的是0111，就為內(nèi)部存儲器寫。

　　為了決定所傳送的字節(jié)數(shù)，并且判斷DMA傳送是否結(jié)束，S5935利用MWTC（或MRTC）存儲需要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，每傳送1個字節(jié)，字節(jié)計數(shù)器的值便自動減1，減為0時，則DMA過程結(jié)束。