FPGA的DMA實現

一、摘要

本篇博文實現了DMA的3種傳輸方式。

 

二、實驗平台

1、Quartus II9.0 + Nios II9.0

2、USB_Board

 

三、實驗內容

1、存儲器到存儲器

這種情況下需要同時打開發送通道和接收通道，而且源地址和目標地址都是自增的。

tx = alt_dma_txchan_open("/dev/dma_0");//打開發送通道

dma_res = alt_dma_txchan_send(tx, tx_buf, 32, NULL, NULL);  // tx_buf是源地址

rx = alt_dma_rxchan_open("/dev/dma_0");//打開接收通道

dma_res = alt_dma_rxchan_prepare(rx, rx_buf, 32, dma_done, NULL); // rx_buf是目標地址，dma_done()是DMA完成后被調用的回調函數。

2、存儲器到外設

這種情況下只要打開發送通道，而且源地址是自增的，目標地址是固定的。

tx = alt_dma_txchan_open("/dev/dma_0");  // 打開發送通道

alt_dma_txchan_ioctl(tx, ALT_DMA_TX_ONLY_ON, (void *)dst_addr); // dst_addr是目標地址

dma_res = alt_dma_txchan_send(tx, tx_buf, 32, dma_done, NULL); // tx_buf是源地址

3、外設到存儲器

這種情況下只要打開接收通道，而且源地址是固定的，目標地址是自增的。

rx = alt_dma_rxchan_open("/dev/dma_0");  // 打開接收通道

alt_dma_rxchan_ioctl(rx, ALT_DMA_RX_ONLY_ON, (void *)source_addr); // source_addr是源地址

dma_res = alt_dma_rxchan_prepare(rx, rx_buf, 32, dma_done, NULL);  // rx_buf是目標地址

其中通過alt_dma_txchan_ioctl，alt_dma_rxchan_ioctl還可以設置每次發送和接收的字節數。

 

四、實驗步驟

  1、建立一個sopc系統

 

      其中dma模塊、uart模塊、jtag_uart都是默認設置，有時添加設置（如dma的突發傳輸）可能實驗就會出現異常。onchip_memery，設置為8位1024字節，sdram是一個添加的存儲器接口模塊，這個用於運行程序，也可以使用自己板上其他的存儲器如sram、flash等。

2、建立原理圖

 

3、Nios II 程序

依次在Nios II下建立3個工程，分別是：mem_to_mem、mem_to_uart和uart_to_mem

（1）第一個工程：存儲器到存儲器mem_to_mem

　　這里用dma將buff中的數據傳輸到mem_1中，通過觀察dma工作前mem_1中的數據和工作后mem_1中的數據就可看出實驗的結果。試驗中使用了dma_tx_done標志，以便檢查中斷是否成功，因為有時數據傳輸正確了，中斷上可能還有問題，而實際中高效率往往需要中斷。

 

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <sys/alt_dma.h>
4. #include "altera_avalon_uart_regs.h"
5. #include "sys/alt_irq.h"
6. #include "system.h"
7. #include "altera_avalon_dma_regs.h"
8.  
9. static volatile int tx_done = 0;
10.  
11. static char buff[16];
12.  
13. /*這里是在SDRAM中開辟了一個buff，也可以直接用FPGA內部的RAM
14. 例如
15. void* source = (void*) 0x01002000; //假設0x01002000為另外一個onchip-memory的地址
16. */
17.  
18. void* source = (void*) buff; /* 源地址*/
19.  
20. void* dest = (void*) 0x01001000; /* 目標地址，從SOPC看到x01801000為onchip-memory的地址*/
21.  
22. //DMA傳輸結束回調函數
23.  
24. static void dma_done(void* handle, void* data)
25.  
26. {
27.     IOWR_ALTERA_AVALON_DMA_STATUS(DMA_0_BASE,0x0);
28.     tx_done++;
29. }
30.  
31.  
32.  
33. int main (int argc, char* argv[], char* envp[])
34.  
35. {
36.  
37.   int ret,i;
38.  
39.   alt_dma_txchan txchan;
40.  
41.   alt_dma_rxchan rxchan;
42.  
43.     //向buff寫入16個遞增數據
44.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
45.     {
46.         IOWR_8DIRECT(source,i,i);
47.     }
48.     //打印buff中寫入的16個數據
49.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
50.     {
51.         printf("mem0[%4x] is %4x\n",i,IORD_8DIRECT(source,i));
52.     }
53.     //向ONCHIP_MEMORY2_1寫入16個0
54.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
55.     {
56.         IOWR_8DIRECT(dest,i,0);
57.     }
58.     //打印ONCHIP_MEMORY2_1中寫入的16個0
59.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
60.     {
61.         printf("mem1[%4x] is %4x\n",i,IORD_8DIRECT(dest,i));
62.     }
63.    
64.     // mem to mem
65.     //打開DMA發送通道，並設置為位傳輸模式，開始發送數據
66.     if ((txchan=alt_dma_txchan_open("/dev/dma_0"))!=NULL)
67.     {
68.         if((ret=alt_dma_txchan_ioctl(txchan,ALT_DMA_SET_MODE_16,NULL))>=0)
69.         {
70.             if((ret=alt_dma_txchan_send(txchan,source,16,NULL,NULL))<0)
71.             {
72.                 printf("Fail to send,error %d\n",ret);
73.             }
74.         }
75.         else
76.         {
77.             printf("Fail to send,error %d\n",ret);
78.         }
79.     }
80.     else
81.     {
82.         printf("Fail to open DMA txchan\n");
83.     }
84.     //打開DMA接收通道，開始接收數據
85.     if((rxchan=alt_dma_rxchan_open("/dev/dma_0"))!=NULL)
86.     {
87.         if((ret=alt_dma_rxchan_prepare(rxchan,dest,16,dma_done,NULL))<0)
88.         {
89.             printf("Fail to receive ,error %d\n",ret);
90.         }
91.     }
92.     else
93.     {
94.         printf("Fail to open dma rxchan\n");
95.     }
96.  
97.     //等待傳輸結束
98.     while (!tx_done);
99.  
100.     printf ("Transfer successful!\n");
101.    
102.     //打印ONCHIP_MEMORY2_1中的數據
103.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
104.     {
105.         ret=IORD_8DIRECT(dest,i);
106.         printf("mem1[%4x] is %4x\n",i,ret);
107.     }
108.    
109.     while(1);
110.    
111.     return 0;
112.  
113. }
114.  

 

 

 

（2）第二個工程：存儲器到uart 232

　　這里將mem_1中的數據發送到串口，在電腦上通過串口調試器觀察接收到的數據。有的調試器可能有字符顯示模式和16進制模式，注意發送的數據和字符的對應關系，注意設置模式和波特率等。串口調試器上觀察到以前寫入mem_1中的數據，以及在nios調試軟件中打印出Transfer success即可。nios調試軟件中stdin、stdout都設置的是jtag_uart。

 

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <sys/alt_dma.h>
4. #include "altera_avalon_uart_regs.h"
5. #include "sys/alt_irq.h"
6. #include "system.h"
7. #include "altera_avalon_dma_regs.h"
8.  
9. static volatile int tx_done = 0;
10.  
11. static char buff[16];
12.  
13. void* source = (void*) buff; /* 源地址*/
14.  
15. void* dest = (void*) 0x01001000; /* 目標地址，從SOPC看到x01801000為onchip-memory的地址*/
16.  
17. //DMA傳輸結束回調函數
18.  
19. static void dma_done(void* handle, void* data)
20.  
21. {
22.     IOWR_ALTERA_AVALON_DMA_STATUS(DMA_0_BASE,0x0);
23.     tx_done++;
24. }
25.  
26.  
27.  
28. int main (int argc, char* argv[], char* envp[])
29.  
30. {
31.  
32.   int ret,i;
33.  
34.   alt_dma_txchan txchan;
35.  
36.   alt_dma_rxchan rxchan;
37.  
38.     //向ONCHIP_MEMORY2_1寫入個
39.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
40.     {
41.         IOWR_8DIRECT(dest,i,0);
42.     }
43.     //打印ONCHIP_MEMORY2_1中寫入的個
44.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
45.     {
46.         printf("mem1[%4x] is %4x\n",i,IORD_8DIRECT(dest,i));
47.     }
48.  
49.  
50.     //mem to uart
51.     if((txchan=alt_dma_txchan_open(DMA_0_NAME))!=NULL)
52.     {
53.         if((ret=alt_dma_txchan_ioctl(txchan,ALT_DMA_SET_MODE_8,NULL))>=0)
54.         {
55.             if((ret=alt_dma_txchan_ioctl(txchan,ALT_DMA_TX_ONLY_ON,UART_0_BASE+2))>=0)
56.             {
57.                 if((ret=alt_dma_txchan_send(txchan,source,16,dma_done,NULL))<0)
58.                 {
59.                     printf("Fail to send,error %d\n",ret);
60.                 }
61.             }
62.             else
63.             {
64.                 printf("Fail to set tx only,error %d\n",ret);
65.             }
66.         }
67.         else
68.         {
69.             printf("Fail to set TX MODE 8 ,error %d\n",ret);
70.         }
71.     }
72.     else
73.     {
74.         printf("Fail to open DMA txchan\n");
75.     }
76.   
77.   //等待傳輸結束
78.     while (!tx_done);
79.  
80.     printf ("Transfer successful!\n");
81.    
82.     while(1);
83.    
84.     return 0;
85.  
86. }
87.  

 

（3）第三個工程：uart 232 到存儲器

      這里dma從uart 232接收數據並保存到mem_1中。在電腦上通過串口調試器發送數據到串口，當發送的數據達到程序中設定的長度后，會打印Transfer success，並打印出mem_1中接收到數據，通過與初始化的數據比較即可看出結果，這里nios調試軟件中stdin設置為uart_232 ，stdout設置為jtag_uart,也可設置為uart_232。

 

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <sys/alt_dma.h>
4. #include "altera_avalon_uart_regs.h"
5. #include "sys/alt_irq.h"
6. #include "system.h"
7. #include "altera_avalon_dma_regs.h"
8.  
9. static volatile int tx_done = 0;
10.  
11. static char buff[16];
12.  
13. void* source = (void*) buff; /* 源地址*/
14.  
15. void* dest = (void*) 0x01001000; /* 目標地址，從SOPC看到x01801000為onchip-memory的地址*/
16.  
17. //DMA傳輸結束回調函數
18.  
19. static void dma_done(void* handle, void* data)
20.  
21. {
22.     IOWR_ALTERA_AVALON_DMA_STATUS(DMA_0_BASE,0x0);
23.     tx_done++;
24. }
25.  
26.  
27.  
28. int main (int argc, char* argv[], char* envp[])
29.  
30. {
31.  
32.   int ret,i;
33.  
34.   alt_dma_txchan txchan;
35.  
36.   alt_dma_rxchan rxchan;
37.  
38.     //向ONCHIP_MEMORY2_1寫入個
39.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
40.     {
41.         IOWR_8DIRECT(dest,i,0);
42.     }
43.     //打印ONCHIP_MEMORY2_1中寫入的個
44.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
45.     {
46.         printf("mem1[%4x] is %4x\n",i,IORD_8DIRECT(dest,i));
47.     }
48.    
49.     IOWR_ALTERA_AVALON_UART_CONTROL(UART_0_BASE,0x0); //close uart irq
50.  
51.     //uart to mem
52.     if((rxchan=alt_dma_rxchan_open(DMA_0_NAME))!=NULL)
53.     {
54.         if((ret=alt_dma_rxchan_ioctl(rxchan,ALT_DMA_SET_MODE_8,NULL))>=0)
55.         {
56.             if((ret=alt_dma_rxchan_ioctl(rxchan,ALT_DMA_RX_ONLY_ON,UART_0_BASE))>=0)
57.             {
58.                 if((ret=alt_dma_rxchan_prepare(rxchan,dest,16,dma_done,NULL))<0)
59.                 {
60.                     printf("Fail to receive ,error %d\n",ret);
61.                 }
62.             }
63.             else
64.             {
65.                 printf("Fail to set rx only,error %d\n",ret);
66.             }
67.         }
68.         else
69.         {
70.             printf("Fail to set mod 8,error %d\n",ret);
71.         }
72.     }
73.     else
74.     {
75.         printf("Fail to open dma rxchan\n");
76.     }
77.    
78.     //等待傳輸結束
79.     while (!tx_done);
80.  
81.     printf ("Transfer successful!\n");
82.    
83.     //打印ONCHIP_MEMORY2_1中的數據
84.     for(i = 0;i < 16;i = i + 1)
85.     {
86.         ret=IORD_8DIRECT(dest,i);
87.         printf("mem1[%4x] is %4x\n",i,ret);
88.     }   
89.    
90.     while(1);
91.    
92.     return 0;
93.  
94. }
95.  

 

五、NIOS II程序的幾點注意事項

  1、注意一

　　IOWR_ALTERA_AVALON_UART_CONTROL(UART_0_BASE,0x0);  //close uart irq

　　這一句在uart to mem中需要用到，要不然不能順利調用中斷程序，當然如果采用的是一個dma接收，一個dma發送，不使用中斷模式，就不會遇到這樣的問題，很多dma uart的接收程序沒通過的就是沒做這一步處理。

  2、注意二

　　if((ret=alt_dma_txchan_ioctl(txchan,ALT_DMA_TX_ONLY_ON,UART_0_BASE+2))>=0)
      這句中UART_0_BASE+2容易被設置錯，當做存儲器到uart的時候，使用alt_dma_txchan_ioctl設置發送地址時要設置為UART_0_BASE+2，因為寄存器為16位，不是UART_0_BASE或者UART_0_BASE+4或者IOADDR_ALTERA_AVALON_UART_TXDATA(UART_0_BASE)。

  3、注意三

　　dma中斷程序中最好添加 IOWR_ALTERA_AVALON_DMA_STATUS(DMA_0_BASE, 0x0);語句，這是用於清除中斷標志的，避免反復中斷。因為寄存器中的done位不能自動清零，需要寫0到status寄存器才能清零。