【正文】 送 完 一個(gè)字節(jié)數(shù)后輸出一個(gè)脈沖信號，用于記錄已傳送的字節(jié)數(shù)、為外部提供周期性的脈沖序列；在一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送完后能自動裝入新的起始地址和字節(jié)數(shù)，以便重復(fù)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊或?qū)讉€(gè)數(shù)據(jù)塊鏈接起來傳送；產(chǎn)生兩個(gè)存儲器地址，從而實(shí)現(xiàn)存儲器與存儲器之間的傳 送以及能夠?qū)?I/O 設(shè)備尋址，實(shí)現(xiàn) I/O 設(shè)備與 I/O 設(shè)備之間的傳送以及能夠在傳送過程中檢索某一特定字節(jié)或者進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)等等 [13]。 DMAC 內(nèi)部必須有時(shí)序和讀寫控制邏輯 [7][8]。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 2 DMA 控制器的基本理論 基本的 DMA 控制器 DMA 控制器的基本功能 DMA 控制器是內(nèi)存儲器同外設(shè)之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送時(shí)的硬件控制電路，是一種實(shí)現(xiàn)直接數(shù)據(jù)傳送的專用處理器，它必須能取代在程序控制傳送中由 CPU和軟件所完成的各項(xiàng)功能；它的主要功能是： (1)DMAC 同外設(shè)之間有一對聯(lián)絡(luò)信號線 ——外設(shè)的 DMA 請求信號 DREQ 以及 DMAC 向外設(shè)發(fā)出的 DMA 響應(yīng)信號 DACK； (2)DMAC 在接收到 DREQ 后，同 CPU 之間也有一對聯(lián)絡(luò)信號線 ——DMAC 向CPU 發(fā)出總線請求信號 (HOLD 或 BUSRQ)， CPU在當(dāng)前總線周期結(jié)束后向 DMAC 發(fā)出總線響應(yīng)信號 (HLDA 或 BUSAK)， DMAC 接管對總線的控制權(quán)，進(jìn)入 DMA 操作方式 ； (3)能發(fā)出地址信息，對存儲器尋址，并修改地址指針， DMAC 內(nèi)部必須有能自動加 1 或減 1 的地址寄存器 ； (4)能決定傳送的字節(jié)數(shù)，并能判斷 DMA 傳送是否結(jié)束。同時(shí)，根據(jù)技術(shù)要求確定 DMA 控制器的設(shè)計(jì)方案 (頂層設(shè)計(jì) )，借助于硬件描述語言 Verilog HDL 建立 DMA 控制器的行為模型。并對 DMA 控制器在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。 篇章結(jié)構(gòu) 本文共分為 四 個(gè)部分，內(nèi)容如下： 第一章主要分析了 DMA 的研究的背景以及課題的重要意義，并簡要介紹了 DMA控制器的發(fā)展歷程和趨勢，同時(shí)闡明了 DMA 的原理，最后介紹了本文所做的工作和理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 主要內(nèi)容。仿真的結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)工作穩(wěn)定，工作速度快， 且 實(shí)際模擬運(yùn)行較好。 本文所做的工作及主要內(nèi)容 本文根據(jù)當(dāng)前電子系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸量大，性能要求高等特點(diǎn)，以 Verilog 為硬件描述語言和可編程邏輯器件 (FPGA)為技術(shù)支撐，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 Verilog 語言的 DMA控制器，并對其相應(yīng)程序進(jìn)行仿真。 Motoroal 公司 DSP56362 支持需要數(shù)字音頻壓縮和解壓縮、聲場處理和其他數(shù)字音頻算法的數(shù)字音頻應(yīng)用。一個(gè) DMA 通道的建立是由寫入一組內(nèi)存緩沖區(qū)參數(shù) 寄存器 來完成的。 ADI公司 ADSP2106X系列 DSP 中 DMA控制器能夠執(zhí)行內(nèi)部存儲器和外部數(shù)據(jù)源或片外存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸。 TI 公司 TMSC6000 系列 DSP 中 DMA 控制器有 4 個(gè)通道和一個(gè)支持 HPI 訪問的輔助通道，每個(gè)通道都有 5 個(gè)通道寄存器還有一個(gè)全局輔助控制寄存器。每個(gè)通道含有 5 個(gè)通道寄存器，還有 10 個(gè)全局寄存器。根據(jù)體系結(jié)構(gòu)的變化以及系統(tǒng)應(yīng)用的需求， DMA控制器設(shè)計(jì)時(shí)在必備的目標(biāo)起始地址、單元計(jì)數(shù)和變址模式基礎(chǔ)上可添加額外 的參數(shù)設(shè)置，使得數(shù)據(jù)傳輸更加靈活。目前的 DMA 控制器設(shè)計(jì)一般采用可配置的通道化技術(shù)。 DMA 控制器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 自 DMA 技術(shù)出現(xiàn)以來， DMA 控制器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中獲得了極大的應(yīng)用?？偩€在 DMA 的控制下，數(shù)據(jù)直接在存儲器和外設(shè)之間傳送，而不經(jīng)過 CPU干預(yù)，其傳送速度大大提高，可接近于存儲器 的最快存取速度 [1][2]。這種傳送方式是不經(jīng)過 CPU 干預(yù)，直接在外設(shè)與內(nèi)存儲器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的方式。對于這些高速外設(shè)，如果傳送速度太慢，不僅降低傳送效率，還會造成數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致傳送出錯(cuò)。在中斷方式下，每次實(shí)現(xiàn)一次數(shù)據(jù)傳送， CPU都要進(jìn)行轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序、保護(hù)斷點(diǎn)、現(xiàn)場保護(hù)、恢復(fù)現(xiàn)場、返回主程序等操作。這兩種方式每傳送一個(gè)字節(jié)都需要耗用較長時(shí)間。這兩種方式都是在 CPU 的控制下，通過 CPU 執(zhí)行指令來完成的。 51 參考文獻(xiàn) 49 結(jié) 論 45 DMAC 全電路的仿真結(jié)果及分析 42 DMAC 全電路的仿真結(jié)果及分析 37 AGU模塊的 Sti 及仿真 26 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 全電路的行為級描述 23 狀態(tài)控制器模塊的行為級設(shè)計(jì)描述 20 地址產(chǎn)生器模塊的行為級設(shè)計(jì)描述 20 數(shù)據(jù)寄存器的行為級描述 19 功能模塊的行為級設(shè)計(jì)及 VERILOG HDL 描述 18 DMA 控制器設(shè)計(jì)的相關(guān)組件 17 運(yùn)行環(huán)境及設(shè)計(jì)功能要求 17 設(shè)計(jì)說明 17 設(shè)計(jì)方案 10 選擇型和多路型 DMA 控制器 10 DMA 操作的基本方法 4 基本的 DMA 控制器 2 篇章結(jié)構(gòu) 1 本文所做的工作及主要內(nèi)容 關(guān)鍵詞： DMA 控制器 ； Verilog； Modelsim；仿真 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract DMA is a direct memory access mode, namely (Direct Memory Access) the abbreviation, between the memory and I/O devices transmit data over the DMA controller (DMAC) under management directly, without passing through the CPU. DMA is suitable for high speed to transmit data. The DMA controller to the memory address and control signals, modify address, counting on the transfer of the word, and in order to interrupt the report to CPU transfer operation. The main advantages of the DMA method is fast transmission speed. Because CPU does not participate in the transfer operation, thus eliminating the CPC instruction fetch, access, send a few operation. At present, due to the large scale integrated circuit technology development, the direct production of DMA controller LSI many manufacturers, although the DMA controller plexity almost close to CPU, but it is very easy to use. In this paper, the design of DMA controller based on Verilog HDL, using the TopDown the design method. The DMA controller circuit system is posed of data register, address generator, state a controller posed of three modules, and the piler, simulation of the entire DMA controller circuit system and are piled, based on the simulation and synthesis of three submodules. Keywords: DMA controller ； Verilog； Modelsim； simulation 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 1 緒論 本文在基于 Verilog HDL 設(shè)計(jì) DMA 控制器時(shí)，采用的是 TopDown 的設(shè)計(jì)方法。由于 CPU根本不參加傳送操作，因此就省去了CPC 取指令、取數(shù)、送數(shù)等操作。 DMA 控制器將向內(nèi)存發(fā)出地址和控制信號，修改地址，對傳送的字的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，并且以中斷方式向 CPU報(bào)告?zhèn)魉筒僮鞯慕Y(jié)束。理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 DMA 是直接存儲器存取方式，即 (Direct Memory Access)方式的縮寫，存儲器與I/O 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送在 DMA 控制器 (又稱 DMAC)的管理下直接進(jìn)行，而不經(jīng)過CPU。 DMA 方式適用于高速傳送成組數(shù)據(jù)。DMA 方式的主要優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快。目前由于大規(guī)模集成電路工藝發(fā)展，很多廠家直接生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的 DMA 控制器，雖然 DMA 控制器復(fù)雜程度差不多接近于 CPU，但是用起來非常方便。DMA 控制器電路系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)寄存器、地址產(chǎn)生器、狀態(tài)控制器三個(gè)子模塊組成，并且整個(gè) DMA 控制器電路系統(tǒng)的編譯、仿真是在對三個(gè)子模塊分別進(jìn)行編譯、仿真的基礎(chǔ)上完成的。 1 DMA 控制器的研究意義及背景 1 DMA 控制器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 2 DMA 控制器的基本理論 4 DMA 控制器的基本功能 4 DMA 控制器的基本組成 5 DMA 控制器的傳送方式 6 DMA 控制器的傳送過程 8 DMA 控制器的傳送狀態(tài) 12 選擇型 DMA 控制器 12 多路型 DMA 控制器 13 DMA 控制器在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用 14 3 DMA 控制器的行為級設(shè)計(jì) 18 DMA 控制器功能模塊劃分 29 4 DMAC 設(shè)計(jì)的編譯和功能仿真 34 DMAC 設(shè)計(jì)的 VERILOG HDL 程序編譯 34 DMAC 各模塊設(shè)計(jì)的功能仿真 37 DRU模塊的 Sti 及仿真 40 SCU模塊的 Sti 及仿真 45 DMAC 全電路設(shè) 計(jì)中的 Sti 及代碼 50 致 謝 52 附錄 A 英文原文 54 附錄 B 漢語翻譯 60 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 DMA 控制器的研究意義及背景 外設(shè)與計(jì)算機(jī)內(nèi)存之間的信息交換，可通過程序查詢方式和中斷方式進(jìn)行。數(shù)據(jù)傳送方向?yàn)橥庠O(shè)→CPU→ 內(nèi)存。在程序查詢方式時(shí)，CPU要反復(fù)測試外設(shè)狀態(tài)，在外設(shè)未準(zhǔn)備好時(shí)， CPU就處于等待狀態(tài)，直到外設(shè)準(zhǔn)備好，才進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。顯然對于高速的 I/O 設(shè)備以及大量數(shù) 據(jù)交換的場合 (如軟、硬磁盤等 )，這兩種傳送方式就不能滿足速度的要求了。 為此，提出了 DMA(直接存儲器存取 )傳輸方式。實(shí)現(xiàn) DMA 傳送，需要一個(gè)專用硬件 DMA 控制器 (DMAC)，在 DMA 傳送期間， CPU 要讓出對系統(tǒng)總線的控制權(quán)，交給 DMA 控制。這種傳送方式適用于圖像顯示、磁盤存取、磁盤間數(shù)據(jù)傳送和高速的數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)。為了適應(yīng)系統(tǒng)總線速度的不斷加快，其工作速度和靈活性也不斷提高?？膳渲檬沟?DMA 不僅可以按照總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而且可以編程設(shè)置多種功能。 TI 公司 TMS320C54x 系列 DSP 中 DMA 控制器有 6 個(gè)通道可以跟蹤 6 個(gè)獨(dú)立的塊傳輸。 CPU 通過寄存器子理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 尋址方式配置這些寄存器，通過這些