一文看懂DSP的DMA传输（burst、transfer、wrap）

2023-12-23 12:40:39

基本概念

先讲一讲基本概念和开发思路。只要把概念和思路理清楚了，就能融会贯通。

DMA

直接存储器访问。这个不用多说了。

burst

关于burst这个词，很多文献中都翻译为“突发”。从中文字面上，不太好理解。本文中还是使用burst这个词。

burst是一次DMA传输中的最小触发单元。每当DMA通道触发时进行的数据传送。触发源可以是外设事件或者软件触发。每次传输最多可以达到32个字。这个数量称为burst数量。（说明，为了理解上的方便，这里先不关心寄存器设置值与概念值的偏差。实际上，burst数量=BURST_SIZE+1。）

burst有个传输计数器(BURST_COUNT)，用于表示当前还有多少个字没有完成。burst开始时，将burst数量加载到burst计数器。传输过程中每传一个字，计数器减一，一直减到0，代表burst完成。

burst还有一个状态标志（BURST_STS），burst开始时由硬件置1，完成后归0.

在burst传输过程中，每传输一个字，源地址和目的都会增加一个步长（BURST_STEP）。这个步长是个16位的有符号整数，也就是说，步长既可以是正数，也可以是负数，范围为-4096~+4095. 源地址步长和目的地址步长是分别可设的，对应着2个寄存器：SRC_BURST_STEP和DST_BURST_STEP。

transfer

一次完整的DMA数据传输称为transfer，可以包含多个burst. 所包含的burst数量称为transfer数量。

与burst类似，transfer也有传输计数器(TRANSFER_COUNT)、传输状态（TRANSFER_STS）、传输步长（SRC_TRANSFER_STEP和DST_TRANSFER_STEP）。

另外，一个transfer对应着一次完整的DMA传输，可以使能本通道的DMA中断。中断可以发生在transfer的开始，也可以发生在transfer结束。

DMA控制

有2个标志位用于控制DMA通道的传输：RUN和HALT。都是写1有效。当RUN写入1时，启动DMA传输，RUNSTS标志位由硬件置1，表示DMA正在运行。当HALT写入1时，停止DMA传输，RUNSTS标志位清零。

单次模式（ONESHOT）和连续模式（CONTINUOUS）

单次模式针对burst有效。

禁止单次模式时（ONESHOT=0），每一次burst都需要外设事件触发。如果transfer中包含N个burst，则需要N个外设事件的触发脉冲，才能完成一次DMA传输。

使能单次模式时（ONESHOT=1），只要一个外设事件的触发脉冲，就可以完成一次transfer中的N个burst。

连续模式针对transfer有效。

禁止连续模式时（CONTINUOUS=0），当启动DMA传输后，只完成一次transfer。完成后RUNSTS自动清零。要开启下一次transfer，需要再次启动DMA传输（RUN写入1）。

使能连续模式时（CONTINUOUS=1），一旦启动DMA，则RUNSTS一直为1，DMA通道一直在运行（也要等待外设事件触发才会进行数据传输），直到HALT写入1才停止运行。

典型场景

假定现在ADC的转换结果需要由DMA来传送到内存中。

为简单起见，ADC只转换2路。ADC结果分别为ADCResultA和ADCResultB。

简单用法

简单用法：每次DMA传输时，只需要将两个ADC结果输送到内存中。

在此场景中，需要配置的有：

burst数量为2；burst源地址步长SRC_BURST_STEP为1；burst目的地址步长DST_BURST_STEP为1.

burst传输过程分为2步：第1步将ADC结果A保存到内存A中；然后源址加1，指向ADC结果B，目的地址也加1，指向内存B；再将ADC结果B保存到内存B中。

高级用法

为了方便滤波，每次DMA传输时，需要对A和B进行4次采样，并把采样结果（共2*4=8个字）传送到内存里8个字的数组中。

在此场景中，需要配置的有：

burst数量为2；burst源地址步长SRC_BURST_STEP为1；burst目的地址步长DST_BURST_STEP为4. 因为burst传输的第2步中，内存要增加4个字（比如从A1到B1）。

transfer数量为4；

传输过程如下图所示：

第1个burst传输时，把ADC的结果保存到A1和B1；

第2个burst传输时，把ADC的结果保存到A2和B2；

第3个burst传输时，把ADC的结果保存到A3和B3；

第4个burst传输时，把ADC的结果保存到A4和B4。

地址WRAP

问题的提出

在上述的传输过程中，如果仔细分析的话：

首先，在第1个burst传输的第1小步，源地址指向ADCResultA，目的地址指向A1；数据从A保存到A1；

然后，源地址加一，指向ADCResultB；目的地址加4，指向B1；数据从B保存到B1.

第一次burst传输完成。

再然后呢？

再然后就是第二次burst传输了。但是，源地址怎么才能再一次指向A呢？目标地址也应该回到A2啊。怎么办？

方案一：使用transfer步长

配置源地址transfer步长SRC_TRANSFER_STEP为-1（0xFFFF)；配置目的地址transfer步长DST_TRANSFER_STEP为 -3(0xFFFD).

方案二：使用地址WRAP

DSP提供了一种“回绕”或者叫做“换行”的机制：Wrap。

源地址和目的地址可以分别配置WRAP_SIZE和WRAP_STEP。

WRAP_SIZE对应的是burst数量。当完成WRAP_SIZE个burst传输时，就发生地址WRAP。此时，在起始地址的基础上增加WRAP_STEP，重新使用该地址作为下一次burst传输的地址。这里的“起始地址”就是第一次burst的地址。

比如，上例中，可以配置源地址和目的地址的wrap_size都为1，也就是每完成一次burst传输都发生一次地址wrap。源地址的wrap_step为0，也就是回到第一次的源地址ADCResultA。目的地址的wrap_step为1，也就是说，在第一次的目的地址A1的基础上加1，变成A2.

地址指针及传输控制

涉及到的地址寄存器有8个。源地址和目的地址各4个。两种地址的处理逻辑完全相同，下面只选一种来讲述。

这4个地址中，有2个是活动地址（当前正在使用的有效地址），另2个是影子地址。又可以分为当前地址和起始地址。它们之间的关系如下：

一共是4个地址和3个步长（burst步长、transfer步长和wrap步长）

影子地址

首先看影子地址。这2个寄存器一般在程序初始化时由软件写入，指向外设或者内存的起始位置（比如，源地址指向ADC_ResultA，目的地址指向内存数组的开头）。在程序运行过程保持不变。

配置这个地址的库函数为：

//
// DMACH1AddrConfig - DMA Channel 1 Address Configuration
//
void DMACH1AddrConfig(volatile Uint16 *DMA_Dest,volatile Uint16 *DMA_Source)
{
    EALLOW;

    //
    // Set up SOURCE address:
    //
    DmaRegs.CH1.SRC_BEG_ADDR_SHADOW = (Uint32)DMA_Source;   // Point to
                                                            // beginning of
                                                            // source buffer
    DmaRegs.CH1.SRC_ADDR_SHADOW =     (Uint32)DMA_Source;

    //
    // Set up DESTINATION address:
    //
    DmaRegs.CH1.DST_BEG_ADDR_SHADOW = (Uint32)DMA_Dest;  // Point to
                                                         // beginning of
                                                         // destination buffer
    DmaRegs.CH1.DST_ADDR_SHADOW =     (Uint32)DMA_Dest;

    EDIS;
}

可以看到，配置过程中，源地址的影子地址和影子起始地址为同一个数值。目的地址也一样，影子地址和影子起始地址也相同。

加载影子地址

在启动DMA传输（即transfer开始时，图中的“start"），由影子寄存器加载到对应的活动寄存器。

burst步长和transfer步长

前面已经说过了。在burst传输过程中，每完成一个字的传输就增加burst步长；在transfer传输过程中，每完成一个burst传输就增加transfer步长。

wrap事件

在完成wrap_size个burst传输时，发生wrap事件。此时，活动的起始地址会增加wrap_step，并将增加后的值加载到当前活动地址。比如源地址的处理过程为：

SRC_BEG_ADDR_ACTIVE = SRC_BEG_ADDR_ACTIVE + SRC_WRAP_STEP
SRC_ADDR_ACTIVE = SRC_BEG_ADDR_ACTIVE

需要注意的是，当发生wrap时，transfer步长无效。当前活动地址不再是增加transfer步长后的结果，而是起始地址再加上wrap步长的结果。

总结

每一次DMA传输对应一个transfer。

可以在transfer开始或者结束时触发中断。

每个transfer会传输M个burst. 每个burst完成后地址会递增一个burst步长。

每个burst会传输N个字。每个字传输完成后地址会递增一个transfer步长。

Burst是内环，transfer是外环。

完成K个burst后，可以发生地址wrap。新的地址为起始地址+wrap步长。

附上DMA状态图：

码农公寓