RP2040的DMA数据传输

1. Rp2040的DMA介绍

RP2040 DMA设计用于以下系统:

  • 大型外围数据fifo的面积和电力成本令人望而却步
  • 单个外围设备的带宽需求可能很高，例如>在短时间内的50%总线注入率
  • 总线延迟很低，但多个主机可能会竞争总线访问

此外，DMA的传输fifo和双主结构允许对同一外设同时进行多个访问，以提高总吞吐量。因此，DREQ机制的选择至关重要:

  • 如果在TDF中备份了多个写操作，传统的“打开水龙头”方法可能会导致溢出。一些系统通过过度配置外围fifo和将DREQ阈值设置到完全水平以下来解决这个问题，但这浪费了宝贵的面积和功率
  • Arm风格的单次和突发握手不允许在当前请求被服务时注册额外的请求。当fifo非常浅时，这限制了性能。

RP2040 DMA使用基于信用的DREQ机制。对于每个外设，DMA尝试保持外设容量所能容纳的传输量。这使得在没有fabric延迟或争用的情况下，通过8深外围FIFO实现全总线吞吐量(每个时钟1个字)，而不存在溢出或下流的可能性。

对于每个通道，DMA维护一个计数器。dreq信号上的每个1时钟脉冲将增加计数器(饱和)。当非0时，通道请求从DMA的内部仲裁器进行传输，当将传输发送到地址fifo时，计数器将减少。此时转移正在进行中，但还没有完成。 其效果是根据外围FIFO中可用的空间或数据的数量上限。在稳定状态下，这提供了最大的流量，但不能底流或底流。 需要注意的是，用户不能访问当前由DMA服务的FIFO。这将导致通道和外围设备变得不同步，并可能导致数据损坏或丢失。 另一个警告是，多个通道不应该连接到同一个DREQ。

2. 寄存器列表

  • Busy：bit24，标记DMA是否正在进行中，当通道开始一个新的传输序列时，该标志升高，当该序列的最后一次传输完成时，该标志降低。在BUSY为高值时清除EN将暂停通道，并且在暂停时BUSY将保持高值。
  • IRQQUIET：bit21，在QUIET模式下，通道不会在每个传输块的末尾生成irq。相反，当将NULL写入触发器寄存器时将引发IRQ，这表明控制区块链的结束。这减少了在传输由许多小控制块组成的DMA链时由CPU提供服务的中断数量。 * TREQSEL：bit20-15， 选择一个转移请求信号。信道使用传输请求信号来调整其数据传输速率。TREQ信号的来源是内部(TIMERS)或外部(DREQ，来自系统的数据请求)。
    • 0x0到0x3a→选择DREQ n为TREQ
    • 0x3b→选择定时器0作为TREQ
    • 0x3c→选择定时器1作为TREQ
    • 0x3d→选择定时器2作为TREQ(可选)
    • 0x3e→选择定时器3作为TREQ(可选)
    • 0x3f→永久请求，用于非节奏传输。
  • CHAINTO：bit14-11， 当该通道完成时，它将触发CHAINTO指示的通道。通过设置CHAINTO =(此通道)禁用。重置值等于通道号(因此CHAINTO默认禁用)。
  • INCRWRITE：bit5， 如果是1，写地址随着每次传输而增加。如果为0，则每次写入都指向相同的初始地址。对于内存到外设的传输，通常应该禁用此功能。 * INCRREAD：bit4， 如果是1，读地址随着每次传输而增加。如果为0，则每次读都指向相同的初始地址。对于外设到内存的传输，通常应该禁用此功能。
  • DATASIZE：bit3-2， 设置每个总线传输的大小(字节/半字/字)。READADDR和WRITEADDR每次传输都增加这个量(1/2/3字节)。 * 0x0→SIZEBYTE
    • 0x1→SIZEHALFWORD * 0x2→SIZEWORD
  • HIGHPRIORITY：bit1，HIGHPRIORITY在问题调度中给予通道优先处理:在每次调度中，优先考虑所有高优先级通道，然后只考虑一个低优先级通道，然后返回到高优先级通道。这只影响DMA调度通道的顺序。DMA的总线优先级没有改变。如果DMA未饱和，那么低优先级通道将不会出现吞吐量损失。
  • EN：bit0， DMA通道启用。当值为1时，通道将响应触发事件，这将导致通道变为BUSY并开始传输数据。当0时，通道将忽略触发器，停止发送传输，并暂停当前的传输序列(例如，如果BUSY已经处于高电平，那么将继续保持高电平)

3. 示例

void dma_handler() {
    static int pwm_level = 0;
    static uint32_t wavetable[N_PWM_LEVELS];
    static bool first_run = true;
    // Entry number `i` has `i` one bits and `(32 - i)` zero bits. 
    if (first_run) {
        first_run = false;
        for (int i = 0; i < N_PWM_LEVELS; ++i)
            wavetable[i] = ~(~0u << i); 
     }
     // Clear the interrupt request.
 
     dma_hw->ints0 = 1u << dma_chan;
     // Give the channel a new wave table entry to read from, and re-trigger it
     dma_channel_set_read_addr(dma_chan, &wavetable[pwm_level], true);
 
     pwm_level = (pwm_level + 1) % N_PWM_LEVELS;
}