基于PCI9054的DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)

引言

隨著ISA總線逐步被淘汰，基于PCI總線的擴(kuò)展板越來越被廣泛地應(yīng)用于各種高速、大數(shù)據(jù)量的處理系統(tǒng)中。盡管有許多供應(yīng)商提供了各種通用的PCI總線擴(kuò)展板，但在較多應(yīng)用場(chǎng)合，用戶還必須自行設(shè)計(jì)能滿足自己特殊需求的PCI擴(kuò)展板，這就不可避免地會(huì)遇到PCI總線接口問題。對(duì)于絕大多數(shù)用戶而言，選擇專用PCI接口芯片進(jìn)行PCI接口設(shè)計(jì)是必然的選擇。PCI9054是PLX公司推出的一種32位33MHz的PCI總線主控I/O加速器。它采用多種先進(jìn)技術(shù)，使復(fù)雜的PCI接口應(yīng)用設(shè)計(jì)變得相對(duì)簡(jiǎn)單。該芯片是目前主流的PCI接口芯片之一。

1  PCI9054的工作模式及DMA處理機(jī)制

PCI是外圍設(shè)備互連(PeripheralComponentInterconnect)的簡(jiǎn)稱，它是一種通用總線接口標(biāo)準(zhǔn)。PCI提供了一組完整的總線接口規(guī)范、電氣特性和行為規(guī)約，通過該規(guī)范，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外圍設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)化、可控化的連接以及正確地進(jìn)行交互。PCI設(shè)備上有三種地址空間：I/O空間、存儲(chǔ)空間和配置空間。其中配置空間的信息主要包括設(shè)備識(shí)別號(hào)、供應(yīng)商代碼號(hào)、Local總線三個(gè)空間的大小以及三個(gè)空間的基址等。

在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)配置信息分配系統(tǒng)資源。CPU可以訪問PCI設(shè)備上的所有地址空間，其中I/O空間和存儲(chǔ)空間提供給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用，而配置空間則由操作系統(tǒng)內(nèi)核中的PCI初始化代碼使用。PCI總線接口因其傳輸速度快、即插即用、自動(dòng)配置的優(yōu)點(diǎn)而成為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備到主機(jī)之間接口的首選。

PCI9054是PLX公司生產(chǎn)的PCI總線接口控制器芯片，符合PCIV2.2規(guī)范，32位，工作頻率為33MHz,擁有兩個(gè)獨(dú)立的DMA通道，傳輸速率達(dá)132MB/s。PCI9054提供有PCI總線、EEPROM、LOCAL總線三個(gè)接口，其中LOCAL總線有三種工作模式:M模式、C模式和J模式，可通過模式選擇控制引腳MODE[1：0]進(jìn)行控制。當(dāng)MODE[1：0]為“11”時(shí),PCI9054工作在M模式；當(dāng)MODE[1：0]為"00"時(shí),PCI9054工作在C模式；當(dāng)MODE[1：0]為“01”時(shí),PCI9054工作在J模式；當(dāng)MODE[1：0]為“10”時(shí)，保留工作狀態(tài)。M模式可與Motorola公司的MPC850或MPC860系列高性能微處理器進(jìn)行無縫連接；C模式可與Inteli960系列高性能微處理器進(jìn)行無縫連接;J模式地址和數(shù)據(jù)線可以復(fù)用，但應(yīng)用很復(fù)雜，不過在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，利用J模式可以和TI公司6000系列DSP的HPI口進(jìn)行接口，其控制邏輯將比其它模式簡(jiǎn)單得多。

在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集時(shí)，LOCAL總線接口一般設(shè)置為C模式。PCI9054芯片在PCI總線和LO-CAL總線之間有三種直接的數(shù)據(jù)傳輸模式，其中，在PCIInitiator模式,LOCAL總線主設(shè)備可通過PCI9054訪問PCI總線存儲(chǔ)空間和I/O空間；在PCITarget模式，PCI總線主設(shè)備可通過PCI9054訪問LOCAL總線存儲(chǔ)空間和I/O空間；而在DMA方式,PCI9054作為兩總線的主設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)PCI總線存儲(chǔ)空間與LOCAL總線存儲(chǔ)空間之間的數(shù)據(jù)傳輸。

在PCI9054中,DMA傳輸主要用于PCI總線與LOCAL總線間的數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí),PCI9054將接管兩總線的控制權(quán)，可進(jìn)行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳輸。和DMA操作相關(guān)的寄存器包括:DMA模式寄存器(DMAMODE)、PCI基地址寄存器(DMAPADR)、LOCAL基地址寄存器(DMALADR),傳輸大小寄存器(DMASIZ)和描述符指針寄存器(DMADPR)_o

通過這些寄存器的操作，就可以實(shí)現(xiàn)PCI到LOCAL或LOCAL到PCI的DMA數(shù)據(jù)傳輸。但是，這只是在硬件上的實(shí)現(xiàn),而要在Windows操作系統(tǒng)上進(jìn)行操作，還必須具有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序支持。

2  DMA方式數(shù)據(jù)傳輸

雖然DriverWorks已設(shè)計(jì)好了程序框架，但其流程較為復(fù)雜。下面簡(jiǎn)要介紹如何編寫DMA的WDM驅(qū)動(dòng)程序。DriverWorks提供了三個(gè)類：kd--maAdapter、KDmaTransfer和KCommonDmaBuffer類，可用于實(shí)現(xiàn)DMA操作。其中，KDmaTransfer類用來管理和操縱DMA傳送，它能夠管理所有類型的DMA傳送操作；KDmaAdapter類用于建立一個(gè)DMA適配器，以說明DMA通道的特性，描述DMA傳送類型。例如，是總線主設(shè)備DMA還是系統(tǒng)DMA?如果是系統(tǒng)DMA,還有使用哪個(gè)DMA通道,DMA通道的寬度是8b還是16b等？而Kcom-monDmaBuffer類用于申請(qǐng)系統(tǒng)提供的公用緩沖區(qū)。利用上述幾個(gè)類來編寫DMA驅(qū)動(dòng)程序的步驟如下：

(1) 創(chuàng)建一個(gè)KDmaAdapter類的實(shí)例，并且正確地描述要進(jìn)行的DMA信息。

(2) 決定驅(qū)動(dòng)程序使用的內(nèi)存類型是“Packet”還是“CommonBuffer”。DMA傳送可以使用Com-monBuffer暫時(shí)存放所要傳送的數(shù)據(jù)。CommonBuffer是由系統(tǒng)預(yù)先分配的一塊物理地址連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，處理器和設(shè)備都能對(duì)它進(jìn)行訪問。Kcom-monDmaBuffer類可對(duì)CommonBuffer進(jìn)行描述。另外一種方法是使用MDL(MemoryDescriptorList)描述的內(nèi)存區(qū)域來作為DMA傳送數(shù)據(jù)的源與目標(biāo)，這種方法被稱為"PacketDMA”；

(3) 創(chuàng)建—KDmaTransfer類的實(shí)例,并使用成員函數(shù)Initiate給實(shí)例加入一個(gè)回調(diào)函數(shù)(callbackfunction)。

(4) 編寫上面所說的回調(diào)函數(shù)。當(dāng)一次DMA傳送由于硬件設(shè)備的限制或由于緩沖區(qū)容量大小的限制而不得不分成多段傳送時(shí)，回調(diào)函數(shù)將會(huì)被多次調(diào)用。它首先通知設(shè)備開始進(jìn)行傳送，然后立即返回，而并不是等待傳送結(jié)束再返回。

(5) 編寫代碼來處理分段傳送結(jié)束。驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)能判定何時(shí)DMA傳送的一個(gè)分段傳送結(jié)束。驅(qū)動(dòng)程序必須調(diào)用成員函數(shù)Continue來通知傳送對(duì)象當(dāng)前分段已傳送完畢，如果整個(gè)DMA傳送還未完成，它會(huì)設(shè)置下一次傳送，并調(diào)用回調(diào)函數(shù)。DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛄鞒虉D如圖1所示。

3  DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸

在《PCI9054-DataBook》中，每種工作模式都將DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序圖放在一起，這并不意味著DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸是等同的，這是兩個(gè)不同的概念。事實(shí)上，既可利用一周期的總線操作，也可以利用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。