S03_CH01_AXI_DMA_LOOP 環路測試
1.1概述
本課程是本季課程里面最簡單，也是后面DMA課程的基礎，讀者務必認真先閱讀和學習。
本課程的設計原理分析。
本課程是設計一個最基本的DMA環路，實現DMA的環路測試，在SDK里面發送數據到DMA然后DMA在把數據發回到DDR里面，SDK讀取內存地址里面的數據，對比接收的數據是否和發送出去的一致。DMA的接口部分使用了data_fifo IP鏈接。本課程會詳細介紹創建工程的每個步驟，后面的課程將不再詳細介紹創建工程的步驟。
1.2搭建硬件系統
1.2.1新建VIVADO工程
Step1:啟動VIVADO，單擊Create New Project
Step2:單擊NEXT
Step3:創建名為Miz_sys的工程到對應的文件目錄，之后單擊NEXT
Step４:選擇RTL Project並且勾選復選框，之后單擊NEXT
Step5:選擇芯片的型號和封裝速度等級。
MIZ702/MIZ702N選擇Zynq-7000-xc7z020clg484-1
MIZ701N-7010選擇Zynq-7000-xc7z010clg400-1
MIZ701N-7020選擇Zynq-7000-xc7z020clg400-2
Step:6 單機Finish完成工程創建。
1.2.2創建VIVADO硬件構架
Step1:單擊 Create Block Design
Step2：命名為system 之后單擊OK
Step3：創建完成后如下圖所示
Step3：添加各個模塊如圖：
Step4雙擊ZYNQ IP 進行如下步驟配置
Step5： MIZ702和MIZ702N的輸入時鍾是333.333333MHZ
Step6：MIZ701N PS的輸入時鍾是50MHZ
Step7：MIZ702的開發板采用的是單片256MB的MT41K128M16JI-125
Step8：MIZ701N和MIZ702N的內存型號一樣，都是單片512MB的MT41K256M16RE-125
Step9：PS的PLL提供本系統的時鍾100MHZ
Step10:啟動1路HP接口，HP接口是ZYNQ個高速數據接口
Step11:勾選PL到PS的中斷資源（關於中斷，在第二季的課程中有詳細講解，不熟悉的讀者可以到第二季課程中溫習一下）
Step12:設置完成后單擊OK
Step13:雙擊DMA IP 設置如下：
下圖中，同時勾選讀通道和寫通道，另外設置，Wideh of buffer length register 為23bit 這個含義是2的23次方8,388,607bytes 8M大小，這里設置14bit 就夠用了，長度越大需要的資源也就越多。
Step14:Data FIFO 設置
Step15:Concat IP設置
Concate IP實現了單個分散的信號，整合成總線信號。這里2個獨立的中斷信號，可以合並在一起介入到ZYNQ IP的中斷信號上。
Step16:Run Automation 自動配置ZYNQ IP 如下圖所示
Step17：單擊Run Connection Automation 自動連線，只要軟件提示你需要自動連線，一般都需要進行自動連線，除非自己知道如何連線，有特殊需求。
Step18：如果還有提示需要自動連線的繼續讓軟件自動連線，直到出下如下。可以看到，還有未連線的模塊。
Step19：把DMA收發中斷信號，通過contact IP連接到ZYNQ
Step20：
連接FIFO的S_AXIS(寫端口)到DMA的M_AXIS(DMA讀端口)；
連接FIFO的M_AXIS(讀端口)到DMA的S_AXIS(DMA寫端口)；
連接FIFO 的a_axis_aresetn到 復位IP的peripheral aresetn ；
連接FIFO的s_axis_ack到ZYNQ IP 的FCLK0;
連接完成后如下圖
Step21：把OLED 模塊的IO引出來，后面C代碼部分會用OLED顯示一些信息（MIZ701N需要配OLED模塊）。連接完成后的工程如下圖
Step22：未來調試的時候可以觀察到中斷信號的產生，添加ila 調試IP並且進行如下設置
Step23：把中斷信號連接到 ila IP上，另外，把時鍾信號也連接起來。
Step24：
以上就完成獨立工程的創建。
之后的過程是Validate Design->Gerate Out products->Create wrappers->Generate Bitstream 產生完成后導入到SDK進行軟件開發。
1.3 PS部分軟件分析
1.3.1新建SDK工程
Step1:新建一個名為AXI_DMA_Test的空的軟件工程
Step2:直接把源碼復制過來，軟件會自動編譯
1.3.2 main.c源碼的分析
init_intr_sys();是對中斷資源的初始化，使能中斷資源。這個函數里面調用的函數是筆者封裝好的初始化函數，使用起來比較方便。一般只要給出中斷對象，中斷號，就可以對中斷進行初始化。
DMA_Intr_Init(&AxiDma,0);中第一參數是DMA的對象，第二參數是硬件ID
Init_Intr_System(&Intc); 對象是中斷對象
DMA_Setup_Intr_System(&Intc,&AxiDma,TX_INTR_ID,RX_INTR_ID); //注冊中斷函數，最后2個參數是中斷號
DMA_Intr_Enable(&Intc,&AxiDma); 就是啟動DMA傳輸
表1-3-2-1 init_intr_sys函數
| int init_intr_sys(void) { DMA_Intr_Init(&AxiDma,0);//initial interrupt system Init_Intr_System(&Intc); // initial DMA interrupt system Setup_Intr_Exception(&Intc); DMA_Setup_Intr_System(&Intc,&AxiDma,TX_INTR_ID,RX_INTR_ID);//setup dma interrpt system DMA_Intr_Enable(&Intc,&AxiDma); } |
為了發送的數據是已知是確定數據，先對TxBufferPtr 發送緩沖進行初始化，初始化后用Xil_DCacheFlushRange 函數把數據全部刷到DDR中。
XAxiDma_SimpleTransfer 函數為啟動一次DMA接收傳輸。
XAxiDma_SimpleTransfer 函數為啟動一次DMA發送傳輸
DMA_CheckData 函數為對接收的數據進行校驗和對比。
表1-3-2-1 DMA_CheckData
| int axi_dma_test() { int Status; TxDone = 0; RxDone = 0; Error = 0; xil_printf("\r\n----DMA Test----\r\n"); print_message( "----DMA Test----",0);//oled print xil_printf("PKT_LEN=%d\r\n",MAX_PKT_LEN); sprintf(oled_str,"PKT_LEN=%d",MAX_PKT_LEN); print_message(oled_str,1);//oled print //while(1) for(i = 0; i < Tries; i ++) { Value = TEST_START_VALUE + (i & 0xFF); for(Index = 0; Index < MAX_PKT_LEN; Index ++) { TxBufferPtr[Index] = Value; Value = (Value + 1) & 0xFF; } /* Flush the SrcBuffer before the DMA transfer, in case the Data Cache * is enabled */ Xil_DCacheFlushRange((u32)TxBufferPtr, MAX_PKT_LEN); Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) RxBufferPtr, MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA); if (Status != XST_SUCCESS) { return XST_FAILURE; } Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) TxBufferPtr, MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE); if (Status != XST_SUCCESS) { return XST_FAILURE; } /* * Wait TX done and RX done */ while (!TxDone || !RxDone) { /* NOP */ } success++; TxDone = 0; RxDone = 0; if (Error) { xil_printf("Failed test transmit%s done, " "receive%s done\r\n", TxDone? "":" not", RxDone? "":" not"); goto Done; } /* * Test finished, check data */ Status = DMA_CheckData(MAX_PKT_LEN, (TEST_START_VALUE + (i & 0xFF))); if (Status != XST_SUCCESS) { xil_printf("Data check failed\r\n"); goto Done; } } xil_printf("AXI DMA interrupt example test passed\r\n"); xil_printf("success=%d\r\n",success); sprintf(oled_str,"success=%d",success); print_message(oled_str,2); /* Disable TX and RX Ring interrupts and return success */ DMA_DisableIntrSystem(&Intc, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID); Done: xil_printf("--- Exiting Test --- \r\n"); print_message("--Exiting Test---",3); return XST_SUCCESS; } int init_intr_sys(void) { DMA_Intr_Init(&AxiDma,0);//initial interrupt system Init_Intr_System(&Intc); // initial DMA interrupt system Setup_Intr_Exception(&Intc); DMA_Setup_Intr_System(&Intc,&AxiDma,TX_INTR_ID,RX_INTR_ID);//setup dma interrpt system DMA_Intr_Enable(&Intc,&AxiDma); } int main(void) { init_intr_sys(); oled_fresh_en();// enable oled axi_dma_test(); } |
1.3.3 dma_intr.c 源碼分析
XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;這句代碼是為了獲取當前中斷的對象。void *Callback是一個無符號的指針，傳遞進來的闡述可以強制轉換成其他任何的對象，這里就是強制轉換成 XAxiDma 對象了。
IrqStatus =XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE)這個函數獲取當前中斷號。
XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);這個函數是響應當前中斷，通知CPU 當前中斷已經被接收，並且清除中斷標志位。
如果中斷全部正確，TxDone將被置為1表示發送中斷完成。
如果有錯誤，則復位DMA，並且設置超時參數
表1-3-3-1 DMA_TxIntrHandler函數
| /*****************************************************************************/ /* * * This is the DMA TX Interrupt handler function. * * It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any * error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt * is present, then sets the TxDone.flag * * @param Callback is a pointer to TX channel of the DMA engine. * * @return None. * * @note None. * ******************************************************************************/ static void DMA_TxIntrHandler(void *Callback) { u32 IrqStatus; int TimeOut; XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback; /* Read pending interrupts */ IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE); /* Acknowledge pending interrupts */ XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE); /* * If no interrupt is asserted, we do not do anything */ if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) { return; } /* * If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the * hardware to recover from the error, and return with no further * processing. */ if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) { Error = 1; /* * Reset should never fail for transmit channel */ XAxiDma_Reset(AxiDmaInst); TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER; while (TimeOut) { if (XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) { break; } TimeOut -= 1; } return; } /* * If Completion interrupt is asserted, then set the TxDone flag */ if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) { TxDone = 1; } } |
接收中斷函數的原理和發送一樣
XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;這句代碼是為了獲取當前中斷的對象。void *Callback是一個無符號的指針，傳遞進來的闡述可以強制轉換成其他任何的對象，這里就是強制轉換成 XAxiDma 對象了。
IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);這個函數是獲取當前中斷號。
XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);這個函數是響應當前中斷，通知CPU 當前中斷已經被接收，並且清除中斷標志位。
如果中斷全部正確，RxDone將被置為1表示接收中斷完成。
如果有錯誤，則復位DMA，並且設置超時參數
表1-3-3-2 DMA_RxIntrHandler函數
| /*****************************************************************************/ /* * * This is the DMA RX interrupt handler function * * It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any * error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt * is present, then it sets the RxDone flag. * * @param Callback is a pointer to RX channel of the DMA engine. * * @return None. * * @note None. * ******************************************************************************/ static void DMA_RxIntrHandler(void *Callback) { u32 IrqStatus; int TimeOut; XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback; /* Read pending interrupts */ IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA); /* Acknowledge pending interrupts */ XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA); /* * If no interrupt is asserted, we do not do anything */ if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) { return; } /* * If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the * hardware to recover from the error, and return with no further * processing. */ if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) { Error = 1; /* Reset could fail and hang * NEED a way to handle this or do not call it?? */ XAxiDma_Reset(AxiDmaInst); TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER; while (TimeOut) { if(XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) { break; } TimeOut -= 1; } return; } /* * If completion interrupt is asserted, then set RxDone flag */ if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) { RxDone = 1; } } |
表1-3-3-3 DMA_CheckData函數
| /*****************************************************************************/ /* * * This function checks data buffer after the DMA transfer is finished. * * We use the static tx/rx buffers. * * @param Length is the length to check * @param StartValue is the starting value of the first byte * * @return * - XST_SUCCESS if validation is successful * - XST_FAILURE if validation is failure. * * @note None. * ******************************************************************************/ int DMA_CheckData(int Length, u8 StartValue) { u8 *RxPacket; int Index = 0; u8 Value; RxPacket = (u8 *) RX_BUFFER_BASE; Value = StartValue; /* Invalidate the DestBuffer before receiving the data, in case the * Data Cache is enabled */ #ifndef __aarch64__ Xil_DCacheInvalidateRange((u32)RxPacket, Length); #endif for(Index = 0; Index < Length; Index++) { if (RxPacket[Index] != Value) { xil_printf("Data error %d: %x/%x\r\n", Index, RxPacket[Index], Value); return XST_FAILURE; } Value = (Value + 1) & 0xFF; } return XST_SUCCESS; } |
1.3.4 dam_intr.h 文件分析
一般把DMA相關變量、常量、函數的聲明或者定義放到頭文件中，dam_intr.h比較關鍵的參數有
TX_BUFFER_BASE定義了DMA發送緩存的基地址
RX_BUFFER_BASE 定義了DMA接收緩存的基地址
MAX_PKT_LEN 表示每一包數據傳輸的長度
NUMBER_OF_TRANSFERS 用在連續測試的時候的測試次數
TEST_START_VALUE 用於 測試的起始參數
int DMA_CheckData(int Length, u8 StartValue); 對數據進行對比
int DMA_Setup_Intr_System(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma * AxiDmaPtr, u16 TxIntrId, u16 RxIntrId);DMA 中斷注冊
int DMA_Intr_Enable(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma *DMAPtr); DMA中斷使能
int DMA_Intr_Init(XAxiDma *DMAPtr,u32 DeviceId);DMA中斷初始化
表1-3-4 dam_intr.h
| /* * * www.osrc.cn * www.milinker.com * copyright by nan jin mi lian dian zi www.osrc.cn */ #ifndef DMA_INTR_H #define DMA_INTR_H #include "xaxidma.h" #include "xparameters.h" #include "xil_exception.h" #include "xdebug.h" #include "xscugic.h" /************************** Constant Definitions *****************************/ /* * Device hardware build related constants. */ #define DMA_DEV_ID XPAR_AXIDMA_0_DEVICE_ID #define MEM_BASE_ADDR 0x01000000 #define RX_INTR_ID XPAR_FABRIC_AXI_DMA_0_S2MM_INTROUT_INTR #define TX_INTR_ID XPAR_FABRIC_AXI_DMA_0_MM2S_INTROUT_INTR #define TX_BUFFER_BASE (MEM_BASE_ADDR + 0x00100000) #define RX_BUFFER_BASE (MEM_BASE_ADDR + 0x00300000) #define RX_BUFFER_HIGH (MEM_BASE_ADDR + 0x004FFFFF) /* Timeout loop counter for reset */ #define RESET_TIMEOUT_COUNTER 10000 /* test start value */ #define TEST_START_VALUE 0xC /* * Buffer and Buffer Descriptor related constant definition */ #define MAX_PKT_LEN 256//4MB /* * transfer times */ #define NUMBER_OF_TRANSFERS 100000 extern volatile int TxDone; extern volatile int RxDone; extern volatile int Error; int DMA_CheckData(int Length, u8 StartValue); int DMA_Setup_Intr_System(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma * AxiDmaPtr, u16 TxIntrId, u16 RxIntrId); int DMA_Intr_Enable(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma *DMAPtr); int DMA_Intr_Init(XAxiDma *DMAPtr,u32 DeviceId); #endif |
1.4測試結果
Step1:在VIVADO工程中點擊Open Target 然后點擊Auto Connect(前面必須先啟動SDK)
Step2:連接成功后入下圖
Step3:設置中斷條件，以及觀察波形的偏移為500，當中斷觸發的時候，如下圖所示
點擊添加接收內存部分地址用於觀察內存中的數據 地址為 0X01300000
為了觀察到以下數據，設置斷點，之讓收發程序先跑一次，可以看到第一個數據是0X0C 后面是依次加1
