Контроллер прямого доступа к памяти как отключить
Перейти к содержимому

Контроллер прямого доступа к памяти как отключить

Урок 33. Прямой доступ к памяти в STM32. Контроллер DMA.

Контроллер ПДП

В уроке узнаем о способе передачи данных в режиме прямого доступа к памяти, реализации этого процесса в микроконтроллере STM32. Подробно изучим режимы работы, форматы регистров, особенности контроллера ПДП STM32.

Микроконтроллер обменивается данными с “внешним миром” только через периферийные устройства, а данные хранит в памяти. Поэтому в любой реальной программе существует задача обмена данными между оперативной памятью микроконтроллера и периферийными устройствами. Также бывает необходимость в обмене данными между блоками памяти (копирование блоков) и в передаче информации с одного периферийного устройства на другое.

В предыдущих уроках мы реализовывали подобные задачи программным способом. В цикле считывали данное из памяти или регистра и загружали его в регистр или память.

  • В каких-то случаях управление периферийными устройствами с помощью программных операторов выглядело единственным логичным вариантом. Например, когда мы зажигали светодиод, подключенный к порту ввода/вывода. Странно было бы установить ячейку памяти в нужное состояние, а затем с помощью дополнительных аппаратных узлов переслать ее содержимое на порт ввода/вывода.
  • В других случаях передача данных из программы нас вполне устраивала, не вызывала проблем в реализации. Например, когда выводили сообщения из массива или текстовой строки в последовательный порт. Но уже тогда было заметно, что мощный процессор использует минимум своих вычислительных возможностей. Он просто ждет освобождения контроллера UART, считывает данное из памяти и записывает его в регистр данных контроллера UART. И так нужное количество циклов.

Использование прерываний позволяло только оперативно перераспределять работу процессора между задачами. Процессор все равно занимался примитивными операциями – пересылкой данных. Программа была простой, и мы могли позволить тратить почти все процессорное время на копирование данных.

  • А вот при реализации цифрового осциллографа в уроке 29 программное чтение данных АЦП значительно ограничивало возможности устройства. На время чтения развертки осциллографа программа работала в блокирующем режиме, зависала. Приходилось даже запрещать прерывания. Благодаря высокому быстродействию STM32 удалось считывать данные АЦП с дискретностью 1 мкс, но это был предел. С большей скоростью поток данных уже не обработать.

А ведь задача пересылки данных между памятью и периферийным устройством с аппаратной точки зрения очень простая. Достаточно аппаратного счетчика адреса памяти, счетчика количества данных и промежуточного регистра. Данное считывается, например, из АЦП и записывается в память по адресу из специального регистра-счетчика. Его содержимое увеличивается на 1, и новое данное из АЦП записывается в память по следующему адресу. Процесс продолжается пока счетчик количества данных не остановит работу устройства. При этом процессор продолжает выполнение основной программы.

Подобные аппаратные узлы содержатся во всех современных высокопроизводительных микроконтроллерах. Конечно, их устройство сложнее, чем я описал в предыдущем абзаце, но и функций намного больше.

Процесс обмена данными без участия процессора (за счет аппаратных узлов микроконтроллера)

  • между памятью и периферийными устройствами микроконтроллера,
  • или между периферийными устройствами,
  • или между блоками памяти

называется прямым доступом к памяти (ПДП). Английская аббревиатура DMA — Direct memory access.

Аппаратная часть микроконтроллера, реализующая процесс прямого доступа к памяти называется контроллер прямого доступа к памяти (контроллер DMA).

Использование ПДП (DMA) позволяет:

  • освободить процессор для выполнения других задач;
  • обеспечить высокие скорости передачи данных, недостижимые при использовании программного способа обмена.

Контроллер ПДП

Устройство контроллеров DMA, как правило, простое, очевидное и понятное для разработчиков программ.

Общие принципы работы контроллера прямого доступа к памяти в STM32.

В техническом описании STM32 есть функциональная схема контроллера DMA. Не вижу никакого смысла приводить ее здесь. На схеме показаны шины подключения контроллера к системным шинам, через которые происходит прямой доступ к оперативной памяти.

Но взаимодействие контроллера DMA с памятью, разрешение конфликтов при одновременном обращении процессора и контроллера к памяти или периферийным устройствам отрабатываются автоматически. Повлиять на них мы не можем. Поэтому просто считаем, что контроллер DMA имеет доступ к оперативной памяти.

  • В микроконтроллере STM32F103c8 есть только один контроллер DMA c 7 каналами. В микроконтроллерах старших серий (high-density и XL-density) добавлено второе устройство DMA.
  • Как я писал выше, прямой доступ к памяти происходит по общей с процессором системной шине. Поэтому при одновременном обращении к памяти или периферийному устройству процессора и контроллера DMA могут возникать конфликты. В результате работа процессора может приостанавливаться, но как минимум половина пропускной способности системной шины отдается процессору. Программа будет выполняться даже при интенсивном обмене через прямой доступ к памяти. Не говоря о том, что не каждая команда программы работает с оперативной памятью или периферийным устройством.
  • Инициаторами обмена с помощью контроллера DMA являются аппаратные события микроконтроллера (event). Конечно, при наличии соответствующих разрешений в управляющих регистрах. В уроке 18 я писал о событиях, и чем они отличаются от прерываний.

В общем случае прямой доступ к памяти происходит следующим образом.

  • В периферийном устройстве возникает событие, требующее операции DMA. Соответствующий сигнал поступает на контроллер DMA.
  • Происходит обмен данными между памятью и периферийным устройством.
  • Сразу после обращения к периферийному устройству, контроллер посылает ему сигнал подтверждения, который сбрасывает событие.
  • Новое событие вызывает очередной обмен данными.

Сам обмен данными (транзакция) с использованием DMA состоит из трех операций.

  • Данное загружается в промежуточный регистр из памяти или из регистра данных периферийного устройства в зависимости от направления обмена. Адреса памяти и периферийного устройства содержатся в специальных регистрах.
  • Данное перегружается в память или регистр данных периферийного устройства.
  • Регистр количества транзакций (элементов обмена) уменьшается на 1. При достижении 0, обмен завершается.

Все просто и логично.

Каналы DMA.

Повторюсь. В микроконтроллере STM32F103c8 есть только один контроллер DMA c 7 каналами.

С точки зрения программиста каждый канал – это отдельный аппаратный узел микроконтроллера. Он осуществляет DMAпередачу между регистром данных периферийного устройства (расположенным по фиксированному адресу) и памятью.

Каналы работают с общей памятью, через общую шину данных. Поэтому между ними могут возникать конфликты, которые разрешаются следующим способом.

В каждый момент времени обмен данными может происходить только по одному каналу. При нескольких активных каналах контроллер DMAразрешает работу канала с более высоким приоритетом.

Приоритет каждого канала устанавливается программно и может иметь четыре уровня:

  • Very high priority (очень высокий);
  • High priority (высокий);
  • Medium priority (средний);
  • Low priority (низкий).

При активных каналах с одинаковым уровнем приоритета преимущество имеют каналы с меньшим номером.

Регистры каналов.

Каждый канал для нас – отдельный аппаратный контроллер передачи данных.

Каждый канал имеет 4 собственных регистров, которые полностью определяют режим обмена данными по нему.

Каналы настолько независимы, что если вести речь обо всех регистрах контроллера DMA, то к регистрам каналов добавятся только регистры управления прерываниями.

Итак 4 регистра, с очевидным назначением.

  • DMA_CMARx — адрес памяти, по которому выполняется запись или чтение в зависимости от направления передачи данных.
  • DMA_CPARx — адрес регистра данных периферийного устройства, из которого выполняется чтение или в который производится запись. В режиме обмена данными между блоками памяти он также содержит адрес памяти.
  • DMA_CNDTRx — содержит количество элементов для передачи (количество транзакций). В качестве элемента транзакции могут быть выбраны байт, полуслово, слово.
  • DMA_CCRx — регистр конфигурации канала. Разрешает работу канала, определяет режимы передачи данных.

Полное описание регистров есть в справочнике.

Количество элементов данных для передачи устанавливается программно и может быть от 0 до 65535.

В общем случае обмен DMA происходит между памятью и периферийным устройством. Источником или приемником данных периферийного устройства является регистр данных этого устройства. Он имеет фиксированный адрес, который должен оставаться неизменным в ходе DMA обмена.

Что касается памяти, то как правило, необходимо записывать или считывать данные по последовательно расположенным адресам.

Для этого существует режим инкрементации адреса. Он доступен как для адреса памяти (бит MINC регистра DMA_CCRx), так и для адреса периферийного устройства (бит PINC регистра DMA_CCRx). Хотя в последнем случае не имеет смысла.

Таким образом, после каждого обращения к памяти указатель увеличивается на 1, 2 или 4, в зависимости от заданного размера элемента данных. Начальные адреса передачи данных хранятся в регистрах DMA_CMARx (для памяти) и DMA_CPARx (для периферии). В процессе обмена данными их значения не изменяются, а текущие значения указателей содержатся во внутренних регистрах микроконтроллера и программе недоступны.

Размер элементов данных транзакции может иметь значения:

  • 8 бит (байт);
  • 16 бит (полуслово);
  • 32 бита (слово).

Выбор размера данных осуществляется независимо не только для каждого канала, но и отдельно для приемника и передатчика данных каждого канала. Для этого в регистре DMA_CCRx существуют битовые поля PSIZE и MSIZE.

После выполнения последней передачи запросы по каналу перестают обслуживаться. Регистр количества данных передачи DMA_CNDTRx содержит 0. Чтобы инициировать новый DMA обмен необходимо загрузить в него новое значение. Это возможно только после отключения канала. При этом все остальные регистры канала (DMA_CMARx, DMA_CPARx и DMA_CCRx) сохраняют значения.

Если задан циклический режим (бит CIRC регистра DMA_CCRx), то по окончанию передачи данных в регистр DMA_CNDTRx автоматически загружается его первоначальное значение и процесс DMA обмена возобновляется.

Конфигурация канала DMA.

Для использования канала необходимо конфигурировать его, выполнив следующую последовательность действий. Изначально канал должен быть запрещен (бит EN регистра DMA_CCRx сброшен).

  • Загрузить в DMA_CPARx адрес регистра данных периферийного устройства. Данные будут записываться/считываться по этому адресу после возникновения события периферийного устройства, формирующего запрос DMA.
  • Загрузить в DMA_CMARx начальный адрес блока памяти. В этот блок будут записываться данные из периферийного устройства, либо из него будут считываться данные для передачи в периферийное устройство.
  • Записать в DMA_CNDTRx общее количество элементов обмена. Каждая транзакция будет уменьшать значение этого регистра. При достижении 0, DMA передача будет остановлена.
  • Задать конфигурацию DMA передачи в регистре DMA_CCRx: направление передачи, приоритет канала, режим инкрементирования, размер элемента данных и т.д.
  • Включить канал битом EN регистра DMA_CCRx.

После этого начинают обрабатываться запросы от периферийных устройств, подключенных к каналу.

Чтением регистра DMA_CNDTRx можно узнать количество оставшихся для передачи элементов.

  • После завершения передачи половины от общего количества элементов, будет установлен флаг HTIFx в регистре DMA_ISR. Произойдет прерывание на это событие, если оно разрешено в регистре DMA_CCRx (бит HTIE).
  • После завершения передачи всех данных, будет установлен флаг TCIFx в регистре DMA_ISR. Произойдет прерывание на это событие, если оно разрешено в регистре DMA_CCRx (бит TCIE).
  • Если не задан циклический режим, то после пересылки заданного количества данных работа канала останавливается.
  • В циклическом режиме (бит CIRC регистра DMA_CCRx) после завершения передачи данных, в регистр DMA_CNDTRx автоматически перезагружается его первоначальное значение, и обмен продолжается бесконечно.

Режим “из памяти в память”.

Режим используется для копирования блоков данных в памяти.

  • Для его конфигурации необходимо установить бит MEM2MEM в регистре DMA_CCRx.
  • После включения канала битом EN регистра DMA_CCRx сразу начнется передача данных. Дополнительные запросы не требуются.

Режим запрещено использовать совместно с циклическим режимом.

Выравнивание данных разной разрядности.

При DMA передаче данных разрядности приемника и источника могут не совпадать. Действует простое и логичное правило. Всегда сохраняются младшие разряды.

  • Если разрядность источника превышает разрядность приемника, то лишние старшие разряды источника игнорируются. Например, 32х разрядное число 0x87654321 передаем в периферию с регистром данных 16 разрядов. В него запишется 0x4321.
  • Если разрядность источника меньше разрядности приемника, то недостающие старшие разряды в приемнике будут заполнены нулями. Например, 16ти разрядное число 0x4321 источника загружаем в 32х разрядный приемник. Запишется 0x00004321.

В принципе используется правило преобразования (приведения) типов данных языка C.

Специфика доступа к периферийным устройствам через шины AHB/APB.

Периферийные устройства STM32 подключены к процессору и памяти через шины AHB/APB. Это 32х разрядные шины. Они не поддерживают операций передачи меньшей разрядности. В результате в регистры периферийных устройств можно записывать или считывать из них только 32х разрядные слова.

Многие регистры периферии имеют меньшую разрядность, часто 16 разрядов. В оставшиеся биты при передаче данных DMA тоже что-то будет записываться. В большинстве случае это не важно, разряды не значащие. Но все-таки давайте внесем определенность в этот процесс.

При записи в периферийное устройство байта или полуслова через шину AHB данные на неиспользуемых линиях шины дублируются. Например.

  • Если мы записываем полуслово 0x4321, в регистр периферии загрузится 0x43214321.
  • Если мы записываем байт 0x21, в регистр периферии загрузится 0x21212121.
  • Но если мы укажем разрядность источника слово, т.е. запишем слово 0x87654321, а разрядность периферийного регистра укажем полуслово, то произойдет выравнивание разрядности, описанное в предыдущем абзаце. В результате в регистр загрузится 0x00004321.

Ошибки при DMA передаче.

Ошибка может возникнуть только в результате попытки доступа к зарезервированному адресному пространству. В этом случае канал, в котором произошла ошибка, отключается аппаратным сбросом бита EN. Устанавливается флаг ошибки TEIFx в регистре DMA_ISR. И формируется прерывание, если оно разрешено битом TEIE в регистре DMA_CCRx.

Прерывания DMA.

Для каждого канала могут генерироваться прерывания по следующим флагам регистра DMA_ISR.

  • HTIFx – завершена передача половины данных. Разрешается прерывание битом HTIE в регистре DMA_CCRx.
  • TCIFx — завершена передача всех данных. Разрешается прерывание битом TCIE в регистре DMA_CCRx.
  • TEIFx – ошибка передачи. Разрешается прерывание битом TEIE в регистре DMA_CCRx.

Соответствие каналов DMA периферийным устройствам.

Каналов DMA только 7. Периферийных устройств больше. Поэтому на каждый канал поступают сигналы запросов от нескольких периферийных устройств, объединенные логическим элементом ИЛИ. В каждый момент времени только одно устройство может использовать канал.

Остальные периферийные устройства должны отключить свои запросы DMA. Для этого у каждого устройства с поддержкой DMA есть специальный бит активации/деактивации формирования запроса.

Остается привести таблицу соответствия каналов DMA периферийным устройствам.

Соответствие каналов DMA периферийным устройствам STM32

На мой взгляд, контроллер DMA один из самых простых и понятных узлов STM32.

В следующем уроке будем разрабатывать программы, использующие контроллер DMA.

Как в системе Windows настроить прямой доступ к памяти (DMA)

Для выполнения этих шагов необходимо войти в систему с правами администратора.

Прямой доступ к памяти (DMA) обычно включен по умолчанию для таких устройств, как жесткие диски, а также устройств для компакт- и DVD-дисков с поддержкой DMA. Однако, может потребоваться включении DMA вручную, если устройство неправильно установлено или если возникла системная ошибка.

  1. Откройте диспетчер устройств.
  2. Дважды щелкните Контроллеры IDE ATA / ATAPI.
  3. В разделе Контроллеры IDE ATA / ATAPI щелкните правой кнопкой мыши каждый элемент, в названии которого есть слово Канал (Channel), и выберите пункт Свойства.
  4. Перейдите на вкладку Дополнительные параметры. В разделе Свойства устройства установите или снимите флажок Включить прямой доступ к памяти и нажмите кнопку ОК .

Контроллер прямого доступа к памяти (DMA) контроллера STM32

▌Что это?
Есть в современных контроллерах такой блок DMA — контроллер прямого доступа к памяти (ПДП). Штука очень простая, несмотря на умное название. Вся ее суть заключается в том, чтобы по команде от периферии или ядра взять и скопировать кусок памяти с одного места на другой.

Для этого мы в настройки DMA загружаем адрес откуда копировать, адрес куда копировать, какой размер блока данных копируемый за раз (байт, два байта — слово, два слова и так далее) и сколько блоков надо скопировать. А дальше контроллер DMA ждет команды или разрешения на работу. Как оно будет получено он фоном, не занимая проц, это все сделает. При этом сам ,если нужно, будет увеличивать адреса, выбирая следующий блок. А по завершении подаст прерывание, махнет флажком, в общем. Как то отчитается о работе.

Что с этим можно делать? Ой да много чего. Можно, задать в качестве источника адрес какой-либо периферии, скажем выходной регистр АЦП, а в качестве приемника адрес массива в ОЗУ, дать приказ DMA по команде завершения оцифровки АЦП хватать результат и пихать в массив. При этом DMA сам скопирует, сам увеличит адрес, а как заполнит буфер, то обнулится и начнет его переписывать по кругу заново.

И вот у нас, автоматически, без работы проца вообще, образуется циклический буфер приема данных с АЦП, которые мы можем тут же прогнать через любую цифровую обработку, да хоть через усреднение, и получить отфильтрованные уже данные. Или то же самое сделать с UART и заставить DMA аккуратно складывать входящие данные в кольцевой буфер.

А можно сделать и наоборот. Сказать DMA что мол вот тебе буфер, там лежит пара сотен байт, возьми и запихай их все в жерло UART и пойти по своим делам, а DMA трудолюбиво отправит в передачу весь буфер.

▌Ближе к теме
Контроллеры
Если рассмотреть конкретно STM32 то там находится один (на малых контроллерах вроде STM32F103C8T6) или два DMA контроллера DMA1 и DMA2 соответственно. На DMA1 есть 7 каналов, на DMA2 всего 5. Оба канала DMA сидят на шине AHB и перед тем как начать с ним работать надо на него подать тактирование, подняв биты DMA1EN и DMA2EN в регистре RCC_AHBENR, как и с любой другой периферией на STM32. В остальном они идентичные и работа с первым и вторым одинакова.

Каналы контроллера
Каждый канал независимый и может работать сам по себе со своими настройками. Но в один момент времени может работать только один канал у каждого контроллера. Чтобы избежать коллизий у каждого канала есть два уровня приоритета. Первый, программный. Мы просто в битах настройки задаем один из четырех уровней. А второй аппаратный, если придут запрос на два канала с одинаковым приоритетом в настройках, то победит тот, чей номер меньше. Сходно с обработкой прерываний. Там такой же двухступенчатый арбитраж.

За выбор приоритета отвечают два бита PL регистра DMA_CCRx Для каждого канала регистр свой. Вариантов там немного, всего четыре:

  • 00 — низкий
  • 01 — средний
  • 10 — высокий
  • 11 — сверхвысокий.

Каждый канал привязан к конкретной периферии. Т.е. если вам нужно чтобы DMA пинал АЦП, то ищите к какому каналу подключено именно АЦП.


Обратите внимание на то, что помимо аппаратных событий в мультиплексор еще ведет софтверный триггер от бита MEM2MEM. Для каждого канала:

Т.е. мы можем гонять данные не только по приказу периферии, но и просто по желанию левой пятки. Просто надо поставить бит MEM2MEM, указать откуда куда и дать приказ в виде EN бита. И DMA исполнит. Это дает некоторую свободу. Например, у нас нет возможности повесить DMA канал на периферию ,т.к. ее родной канал уже занят другой периферией. Бывает такое огорчение. Что делать? Правильно, взять любой другой канал, настроить на обслуживание этой периферии, а пинок давать не через аппаратное событие, в прерывании, вручную дернуть этот канал через Mem2Mem бит. Да будет не совсем красиво, но куда лучше чем в том же прерывании вручную копировать все это. Хотя тут надо смотреть что будет быстрей. Возможно выгоды не будет никакой. Ради одного байта заряжать DMA смысла нет, а вот ради четырех… уже может иметь смысл.

Размер данных
За раз DMA может копировать порцию данных в 1, 2 или 4 байта. В первую очередь это влияет на приращение адресов при вычислении куда класть. Так что это настройка жизненно важна. Сколько и куда класть определяется обычно периферией. Т.е. если UART принимает и выдает по байту, то результат у нас 8 битный. А вот АЦП, может, например, выдать 16 битный результат. Значит размер указывать надо два байта, чтобы сразу за один заход их все забрать. Ну и, очевидно, что размер принимаемых и сохраняемых данных обычно совпадает. Хотя, вам никто не запретить класть однобайтные данные периферии в 32 разрядный массив, выравниваясь по двойному слову. Тогда размер может быть и разный.

За размер данных периферии и памяти отвечают два бита PSIZE и MSIZE регистра DMA_CCRx

00 — 1 байт
01 — 2 байта
10 — 4 байта
11 — не используется.

Откуда куда
Адрес периферии для каждого канала задается в регистре DMA_CPARх этого канала. Просто пишем туда адрес нужного регистра периферии. Но есть два важных момента. Во-первых, нельзя писать в этот регистр при включенном DMA. Т.е. при изменении их бит EN должен быть снят. Второе, адрес зависим от битов PSIZE регистра DMA_CCRx. Т.е. если у нас указан размер данных как 1 байт (PSIZE = 00), то активные все биты регистра DMA_CPARx. Но если данные указаны как слова или как двойное слово, по 16 или 32 бита соответственно, то один или два младших бита этого регистра игнорируются вообще. Т.е. получается, что адрес выравнивается по словам или двойным словам. Т.е. DMA не сможет записать данные словами начиная с нечетного адреса, но адреса все выровнены по словам, так что это пофигу.

Адрес памяти лежит в аналогичном регистре DMA_CMARx и там все то же, что и для DMA_CPARx только за размер отвечают биты MSIZE и его тоже нельзя трогать на включенном канале.

Также надо указать направление копирования. За него отвечает бит DIR регистра DMA_CCRx.

Когда он 0 то мы читаем из адреса DMA_CPARx и пишем по адресу DMA_CMARx. А когда он 1, то наоборот, соответственно. Название у бита идиотское. Не, ну понятно, что направление, но лучше бы назвали его M2P, то есть если 1, то из памяти в периферию. Или как то так. Долго никак не мог запомнить направление, пока не связал, что 0 он такой округлый и похож на такую же округлую букву P — Periph. А 1 угловатая, прям как буква М — Мemory.

Ну и опции инкремента адреса. биты PINC и MINC во все том же DMA_CCRx. Они отвечают за то, чтобы после каждой сработки у нас автоматически увеличивался адрес которые в DMA_CPARx или с DMA_CMARx соответственно.

Адрес периферии прибит намертво и редко когда надо его менять, так что обычно PINC всегда равно нулю. Т.е. никакого инкремента. Вам же не надо, чтобы после чтения из DR того же UART1 на следующем байте было уже из следующего по списку BRR :)))

Хотя… в некоторых случаях таким образом можно сдернуть по DMA содержимое всех регистров настройки какой-нибудь периферийной штуки. Например для отладки, чтобы сделать это предельно быстро, на лету. Правда тут надо быть очень осторожным. Многие биты событий и флаги прерываний снимаются при чтении. И чтение через DMA тоже считается. Так что побыть бесстрастным наблюдателем не выйдет.

Зачем же нужен инкремент DMA_CPARx? А для режима копирования из памяти в память. Тогда мы в DMA_CPARx пишем адрес одного буфера, в DMA_CMARx адрес другого, ставим бит MEM2MEM, даем разрешение и поехали!

А вот бит MINC ставится почти всегда. Мы указываем DMA_CMARx начало буфера и DMA, увеличивая адрес, его последовательно заполняет, или читает из него в периферию.
Впрочем, если нам надо гнать из периферии в периферию, скажем из АЦП сразу в SPI, то бит MINC тоже равен нулю будет.

Ну и есть еще один вариант, когда инкремента нет ни на адресе приемника, ни на адресе источника. Таким образом делаются прямые перегонки, например, из АЦП сразу в USART, минуя процессор. Или на SPI. Так можно в десяток строк кода превратить STM32 в какой нибудь вариант SPI АЦП 🙂

Также есть бит CIRC, который разрешает цикличный режим. Т.е. как только DMA отработает свое количество циклов заданных в регистре DMA_CNDTRx так адрес сбрасывается в исходное положение. Таким образом, можно указать в DMA_CNDTRx размер буфера и получить циклических буфер нахаляву, аппаратно.

Сколько?
За то сколько раз должно отработать DMA отвечает регистр DMA_CNDTRx. На каждую сработку от входного сигнала (или от постоянно стоящего бита MEM2MEM) DMA копирует один обьект и уменьшает число в DMA_CNDTRx и так до нуля. Дойдет до нуля, канал выключится. Бит EN тут уже ничего решать не будет. Но если стоит бит CIRC, то регистр перезагрузится исходным значением и продолжит работу. Значение может быть до 65535, используются только младшие 16 бит, старшие два байта ДОЛЖНЫ БЫТЬ НУЛЕМ ВСЕГДА.

Записать в регистр DMA_CNDTRx можно только при выключенном DMA канале. Читать можно когда угодно, по нему можно определять сколько объектов осталось DMA передать.

И тут есть важный нюанс. Я намеренно выше говорил, что «сколько осталось объектов». DMA_CNDTRx Считает не БАЙТЫ, а сколько раз DMA сработал. А за одну сработку, он зависимости от настроек, может пересунуть 1, 2 или 4 байта.

Т.е. если вы откуда то скопипастите код в котором будет что-то вида:

1 2 3 4 5 6
. uint8_t IN_buffer[10]; . DMA1_Channel1->CNDTR = sizeof(IN_Buffer); .

. uint8_t IN_buffer[10]; . DMA1_Channel1->CNDTR = sizeof(IN_Buffer); .

Контроллер прямого доступа к памяти как отключить

Организация прямого доступа к памяти

Одним из способов обмена данными с ВУ является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между ВУ и основной памятью микроЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются или в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти, или в контроллере самого ВУ.

Обмен данными в режиме ПДП позволяет использовать в микроЭВМ быстродействующие внешние запоминающие устройства, такие, например, как накопители на жестких магнитных дисках, поскольку ПДП может обеспечить время обмена одним байтом данных между памятью и ВЗУ, равное циклу обращения к памяти.

Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь контроллера ПДП и памяти микроЭВМ. Для этой цели можно было бы использовать специально выделенные шины адреса и данных, связывающие контроллер ПДП с основной памятью. Но такое решение нельзя признать оптимальным, так как это приведет к значительному усложнению микроЭВМ в целом, особенно при подключении нескольких ВЗУ. В целях сокращения количества линий в шинах микроЭВМ контроллер ПДП подключается к памяти посредством шин адреса и данных системного интерфейса. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП. Можно выделить два основных способа ее решения: реализация обмена в режиме ПДП с «захватом цикла» и в режиме ПДП с блокировкой процессора.

Существуют две разновидности прямого доступа к памяти с «захватом цикла». Наиболее простой способ организации ПДП состоит в том, что для обмена используются те машинные циклы процессора, в которых он не обменивается данными с памятью. В такие циклы контроллер ПДП может обмениваться данными с памятью, не мешая работе процессора. Однако возникает необходимость выделения таких циклов, чтобы не произошло временного перекрытия обмена ПДП с операциями обмена, инициируемыми процессором. В некоторых процессорах формируется специальный управляющий сигнал, указывающий циклы, в которых процессор не обращается к системному интерфейсу. При использовании других процессоров для выделения таких циклов необходимо применение в контроллерах ПДП специальных селектирующих схем, что усложняет их конструкцию. Применение рассмотренного способа организации ПДП не снижает производительности микроЭВМ, но при этом обмен в режиме ПДП возможен только в случайные моменты времени одиночными байтами или словами.

Более распространенным является ПДП с «захватом цикла» и принудительным отключением процессора от шин системного интерфейса. Для реализации такого режима ПДП системный интерфейс микроЭВМ дополняется двумя линиями для передачи управляющих сигналов «Требование прямого доступа к памяти» (ТПДП) и «Предоставление прямого доступа к памяти» (ППДП).

Управляющий сигнал ТПДП формируется контроллером прямого доступа к памяти. Процессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь ее завершения, выдает на системный интерфейс управляющий сигнал ППДП и отключается от шин системного интерфейса. С этого момента все шины системного интерфейса управляются контроллером ПДП. Контроллер ПДП, используя шины системного интерфейса, осуществляет обмен одним байтом или словом данных с памятью микроЭВМ и затем, сняв сигнал ТПДП, возвращает управление системным интерфейсом процессору. Как только контроллер ПДП будет готов к обмену следующим байтом, он вновь «захватывает» цикл процессора и т.д. В промежутках между сигналами ТПДП процессор продолжает выполнять команды программы. Тем самым выполнение программы замедляется, но в меньшей степени, чем при обмене в режиме прерываний.

Применение в микроЭВМ обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда требует предварительной подготовки, а именно: для каждого ВУ необходимо выделить область памяти, используемую при обмене, и указать ее размер, т.е. количество записываемых в память или читаемых из памяти байт (слов) информации. Следовательно, контроллер ПДП должен обязательно иметь в своем составе регистр адреса и счетчик байт (слов). Перед началом обмена с ВУ в режиме ПДП процессор должен выполнить программу загрузки. Эта программа обеспечивает запись в указанные регистры контроллера ПДП начального адреса выделенной ВУ памяти и ее размера в байтах или словах в зависимости от того, какими порциями информации ведется обмен. Сказанное не относится к начальной загрузке программ в память в режиме ПДП. В этом случае содержимое регистра адреса и счетчика байт слов устанавливается переключателями или перемычками непосредственно на плате контроллера.

Блок-схема простого контроллера ПДП, обеспечивающего ввод данных в память микроЭВМ по инициативе ВУ в режиме ПДП «Захват цикла», приведена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Контроллер ПДП для ввода данных из ВУ в режиме «Захват цикла» и отключением процессора от шин системного интерфейса

Перед началом очередного сеанса ввода данных из ВУ процессор загружает в регистры его контроллера следующую информацию: в счетчик байт — количество принимаемых байт данных, а в регистр адреса — начальный адрес области памяти для вводимых данных. Тем самым контроллер подготавливается к выполнению операции ввода данных из ВУ в память микроЭВМ в режиме ПДП.

Байты данных из ВУ поступают в регистр данных контроллера в постоянном темпе. При этом каждый байт сопровождается управляющим сигналом из ВУ «Ввод данных», который обеспечивает запись байта данных в регистр данных контроллера. По этому же сигналу и при ненулевом состоянии счетчика байт контроллер формирует сигнал ТПДП. По ответному сигналу процессора ППДП контроллер выставляет на шины адреса и данных системного интерфейса содержимое своих регистров адреса и данных соответственно. Формируя управляющий сигнал «Вывод», контроллер ПДП обеспечивает запись байта данных из своего регистра данных в память микроЭВМ. Сигнал ППДП используется в контроллере и для модификации счетчика байт и регистра адреса. По каждому сигналу ППДП из содержимого счетчика байт вычитается единица, и как только содержимое счетчика станет равно нулю, контроллер прекратит формирование сигналов «Требование прямого доступа к памяти».

На примере простого контроллера ПДП мы рассмотрели только процесс подготовки контроллера и непосредственно передачу данных в режиме ПДП. На практике любой сеанс обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда инициируется программой, выполняемой процессором, и включает два следующих этапа.
1. На этапе подготовки ВУ к очередному сеансу обмена процессор в режиме программно-управляемого обмена опрашивает состояние ВУ (проверяет его готовность к обмену) и посылает в ВУ команды, обеспечивающие подготовку ВУ к обмену. Такая подготовка может сводиться, например, к перемещению головок на требуемую дорожку в накопителе на жестком диске. Затем выполняется загрузка регистров контроллера ПДП. На этом подготовка к обмену в режиме ПДП завершается и процессор переключается на выполнение другой программы.
2. Обмен данными в режиме ПДП начинается после завершения подготовительных операций в ВУ по инициативе либо ВУ, как это было рассмотрено выше, либо процессора. В этом случае контроллер ПДП необходимо дополнить регистром состояния и управления, содержимое которого будет определять режим работы контроллера ПДП. Один из разрядов этого регистра будет инициировать обмен данными с ВУ. Загрузка информации в регистр состояния и управления контроллера ПДП производится программным путем.

Наиболее распространенным является обмен в режиме прямого доступ к памяти с блокировкой процессора. Он отличается от ПДП с «захватом цикла» тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП не на время обмена одним байтом, а на время обмена блоком данных. Такой режим ПДП используется в тех случаях, когда время обмена одним байтом с ВУ сопоставимо с циклом системной шины.

В микроЭВМ можно использовать несколько ВУ, работающих в режиме ПДП. Предоставление таким ВУ шин системного интерфейса для обмена данными производится на приоритетной основе. Приоритеты ВУ реализуются так же, как и при обмене данными в режиме прерывания, но вместо управляющих сигналов «Требование прерывания» и «Предоставление прерывания» (рис. 18 Организация прерываний в микроЭВМ) используются сигналы «Требование прямого доступа» и «Предоставление прямого доступа», соответственно.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *