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AXI DMA

news 2025/9/21 15:00:24

一、AXI DMA介绍

        DMA是现代计算机的重要特色之一，是硬件实现存储器与存储器之间或存储器与I/O设备之间直接进行 高速数据传输的内存技术，它允许不同速度的硬件设备进行沟通，而不需要依靠中央处理器的中断负载。 如果不用DMA搬运数据，那么中央处理器就需要从来源把每一片段的数据复制到寄存器中，这一过程一直 占用CPU的资源。当使用DMA时，CPU向DMA控制器发出一个存储传输请求，当DMA控制器接收到请求就会将数据从源地址搬运到目的地址。在数据搬运过程中不占用CPU资源，CPU可以执行其它操作，当传输成时DMA以中断的方式通知CPU。为了发起传输事务，DMA 控制器必须得到以下数据：
• 源地址 — 数据被读出的地址；
• 目的地址 — 数据被写入的地址；
• 传输长度 — 应被传输的字节数。
DMA 存储传输的过程如下：
1. 处理器向 DMA 控制器发送一条 DMA 命令；
2. DMA 控制器把数据从外设传输到存储器或从存储器搬运到存储器，而让 CPU 腾出手来做其它操作；
3. 数据传输完成后，DMA 控制器向 CPU 发出一个中断，来通知处理器 DMA 传输完成。 ZYNQ 提供了两种 DMA，一种是集成在 PS 中的硬核 DMA，另一种是 PL 中使用的软核 AXI DMA IP。
在ARM CPU设计的过程中，已经考虑到了大量数据搬移的情况，因此在CPU中自带了一个DMA控制器 DMAC，这个DMAC驻留在PS内，而且必须通过驻留在内存中的DMA指令编程，这些程序往往由CPU运行， 因此需要部分的CPU参与。DMAC支持高达8个通道的数据传输，所以多个DMA结构的核可以挂在单个 DMAC上。DMAC与PL的连接是通过AXI_GP接口，这个接口最高只支持到32位数据位宽，这也限制了这种 模式下的传输速率，理论最高速率为600MB/s。这种模式不占用PL资源，但需要对DMA指令编程，会增加代码的复杂性。
        可以看到 DMA 的数据传输经 S_AXI_HP 接口（以下简称 HP 接口）。ZYNQ 拥有 4 个 HP 接口，提供了 ZYNQ 内最大的总带宽。每一个 HP 接口都包含控制和数据 FIFO。这些 FIFO 为大数据量突发传输提供缓冲，让 HP 接口成为理想的高速数据传输接口。对 DMA 的控制或配置通过 M_AXI_GP 接口，传输状态通过中断传达到 PS 的中断控制器。下面我们简单的介绍下 PL 的 DMA，即 AXI DMA IP 核。

二、实验任务

        本章的实验任务是使用启明星 ZYNQ 开发板上 PL 端的 AXI DMA IP 核实现对 DDR3 中数据的读取与写入，实现环回的效果，具体流程为：PS 端产生测试数据并写入到 DDR3 中，然后 PL 端的 AXI DMA IP核从 DDR3 中读取数据，将读取到的数据存储到 AXI Stream Data FIFO 中，然后再将 AXI Stream Data FIFO中的数据写回到 DDR3 中。判断从 DDR3 中读取的数据和写入的数据是否一致。

三、整体设计框图

        由上图可知，PS 通过 M_AXI_GP0 接口将配置信息发送给 AXI DMA，AXI DMA 在配置完成后即可开始工作。AXI DMA 先通过 S_AXI_HP0 接口从 DDR3 中读出数据，将读出的数据通过 MM2S 接口写入 AXIStream Data FIFO 中；在写入完成后，AXI DMA 再通过 S2MM 接口Stream Data FIFO 中读出数据，通过S_AXI_HP0 接口写入 DDR3 中。在读写结束后，PS 只需要对比 DDR3 中读出的数据和写入的数据是否一致来判断 AXI DMA 搬运数据是否成功。

四、实验过程

一、按照上述要求添加IP 

1、zynq ip,打开HP 接口

2、dma ip

3、data 缓存ip,保持默认

4、concat ip将单个信号整合成总线信号。

5、点击自动连接，全选默认

6、手动连接如下，点击验证即可

7、生成顶层文件

8、生成bit流后导出设计打开SDK

9、新建空项目并且添加源文件main.c

10、添加以下代码

 #include "xaxidma.h"#include "xparameters.h"#include "xil_exception.h"#include "xscugic.h"/************************** Constant Definitions *****************************/#define DMA_DEV_ID          XPAR_AXIDMA_0_DEVICE_ID#define RX_INTR_ID          XPAR_FABRIC_AXIDMA_0_S2MM_INTROUT_VEC_ID#define TX_INTR_ID          XPAR_FABRIC_AXIDMA_0_MM2S_INTROUT_VEC_ID#define INTC_DEVICE_ID      XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID#define DDR_BASE_ADDR       XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR   //0x00100000#define MEM_BASE_ADDR       (DDR_BASE_ADDR + 0x1000000)     //0x01100000#define TX_BUFFER_BASE      (MEM_BASE_ADDR + 0x00100000)    //0x01200000#define RX_BUFFER_BASE      (MEM_BASE_ADDR + 0x00300000)    //0x01400000#define RESET_TIMEOUT_COUNTER   10000    //复位时间#define TEST_START_VALUE        0x0      //测试起始值#define MAX_PKT_LEN             0x100    //发送包长度/************************** Function Prototypes ******************************/static int check_data(int length, u8 start_value);static void tx_intr_handler(void *callback);static void rx_intr_handler(void *callback);static int setup_intr_system(XScuGic * int_ins_ptr, XAxiDma * axidma_ptr,u16 tx_intr_id, u16 rx_intr_id);static void disable_intr_system(XScuGic * int_ins_ptr, u16 tx_intr_id,u16 rx_intr_id);/************************** Variable Definitions *****************************/static XAxiDma axidma;     //XAxiDma实例static XScuGic intc;       //中断控制器的实例volatile int tx_done;      //发送完成标志volatile int rx_done;      //接收完成标志volatile int error;        //传输出错标志/************************** Function Definitions *****************************/int main(void){int i;int status;u8 value;u8 *tx_buffer_ptr;u8 *rx_buffer_ptr;XAxiDma_Config *config;tx_buffer_ptr = (u8 *) TX_BUFFER_BASE;rx_buffer_ptr = (u8 *) RX_BUFFER_BASE;xil_printf("\r\n--- Entering main() --- \r\n");config = XAxiDma_LookupConfig(DMA_DEV_ID);if (!config) {xil_printf("No config found for %d\r\n", DMA_DEV_ID);return XST_FAILURE;}//初始化DMA引擎status = XAxiDma_CfgInitialize(&axidma, config);if (status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Initialization failed %d\r\n", status);return XST_FAILURE;}if (XAxiDma_HasSg(&axidma)) {xil_printf("Device configured as SG mode \r\n");return XST_FAILURE;}//建立中断系统status = setup_intr_system(&intc, &axidma, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID);if (status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Failed intr setup\r\n");return XST_FAILURE;}//初始化标志信号tx_done = 0;rx_done = 0;error   = 0;value = TEST_START_VALUE;for (i = 0; i < MAX_PKT_LEN; i++) {tx_buffer_ptr[i] = value;value = (value + 1) & 0xFF;}Xil_DCacheFlushRange((UINTPTR) tx_buffer_ptr, MAX_PKT_LEN);   //刷新Data Cache//传送数据status = XAxiDma_SimpleTransfer(&axidma, (UINTPTR) tx_buffer_ptr,MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);if (status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}while (!tx_done && !error) //等待AXI DMA搬运完从DDR3到AXI Stream Data FIFO的数据;//如果PS向FIFO传输出错if (error) {xil_printf("Failed test transmit%s done\r\n", tx_done ? "" : " not");goto Done;}status = XAxiDma_SimpleTransfer(&axidma, (UINTPTR) rx_buffer_ptr,MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);if (status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}while (!rx_done && !error) //等待AXI DMA搬运完从AXI Stream Data FIFO到DDR3的数据;// 如果PS接收FIFO传过来的数据出错if (error) {xil_printf("Failed test receive%s done\r\n",rx_done ? "" : " not");goto Done;}Xil_DCacheFlushRange((UINTPTR) rx_buffer_ptr, MAX_PKT_LEN);   //刷新Data Cache//传输完成，检查数据是否正确status = check_data(MAX_PKT_LEN, TEST_START_VALUE);if (status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Data check failed\r\n");goto Done;}xil_printf("Successfully ran AXI DMA Loop\r\n");disable_intr_system(&intc, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID);Done: xil_printf("--- Exiting main() --- \r\n");return XST_SUCCESS;}//检查数据缓冲区
static int check_data(int length, u8 start_value)
{u8 value;u8 *rx_packet;int i = 0;value = start_value;rx_packet = (u8 *) RX_BUFFER_BASE;for (i = 0; i < length; i++) {if (rx_packet[i] != value) {xil_printf("Data error %d: %x/%x\r\n", i, rx_packet[i], value);return XST_FAILURE;}value = (value + 1) & 0xFF;}return XST_SUCCESS;
}//DMA TX中断处理函数
static void tx_intr_handler(void *callback)
{int timeout;u32 irq_status;XAxiDma *axidma_inst = (XAxiDma *) callback;//读取待处理的中断irq_status = XAxiDma_IntrGetIrq(axidma_inst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);//确认待处理的中断XAxiDma_IntrAckIrq(axidma_inst, irq_status, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);//Tx出错if ((irq_status & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {error = 1;XAxiDma_Reset(axidma_inst);timeout = RESET_TIMEOUT_COUNTER;while (timeout) {if (XAxiDma_ResetIsDone(axidma_inst))break;timeout -= 1;}return;}//Tx完成if ((irq_status & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK))tx_done = 1;
}//DMA RX中断处理函数
static void rx_intr_handler(void *callback)
{u32 irq_status;int timeout;XAxiDma *axidma_inst = (XAxiDma *) callback;irq_status = XAxiDma_IntrGetIrq(axidma_inst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);XAxiDma_IntrAckIrq(axidma_inst, irq_status, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);//Rx出错if ((irq_status & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {error = 1;XAxiDma_Reset(axidma_inst);timeout = RESET_TIMEOUT_COUNTER;while (timeout) {if (XAxiDma_ResetIsDone(axidma_inst))break;timeout -= 1;}return;}//Rx完成if ((irq_status & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK))rx_done = 1;
}//建立DMA中断系统
//  @param   int_ins_ptr是指向XScuGic实例的指针
//  @param   AxiDmaPtr是指向DMA引擎实例的指针
//  @param   tx_intr_id是TX通道中断ID
//  @param   rx_intr_id是RX通道中断ID
//  @return：成功返回XST_SUCCESS，否则返回XST_FAILURE
static int setup_intr_system(XScuGic * int_ins_ptr, XAxiDma * axidma_ptr,u16 tx_intr_id, u16 rx_intr_id)
{int status;XScuGic_Config *intc_config;//初始化中断控制器驱动intc_config = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);if (NULL == intc_config) {return XST_FAILURE;}status = XScuGic_CfgInitialize(int_ins_ptr, intc_config,intc_config->CpuBaseAddress);if (status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}//设置优先级和触发类型XScuGic_SetPriorityTriggerType(int_ins_ptr, tx_intr_id, 0xA0, 0x3);XScuGic_SetPriorityTriggerType(int_ins_ptr, rx_intr_id, 0xA0, 0x3);//为中断设置中断处理函数status = XScuGic_Connect(int_ins_ptr, tx_intr_id,(Xil_InterruptHandler) tx_intr_handler, axidma_ptr);if (status != XST_SUCCESS) {return status;}status = XScuGic_Connect(int_ins_ptr, rx_intr_id,(Xil_InterruptHandler) rx_intr_handler, axidma_ptr);if (status != XST_SUCCESS) {return status;}XScuGic_Enable(int_ins_ptr, tx_intr_id);XScuGic_Enable(int_ins_ptr, rx_intr_id);//启用来自硬件的中断Xil_ExceptionInit();Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler) XScuGic_InterruptHandler,(void *) int_ins_ptr);Xil_ExceptionEnable();//使能DMA中断XAxiDma_IntrEnable(&axidma, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);XAxiDma_IntrEnable(&axidma, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);return XST_SUCCESS;
}//此函数禁用DMA引擎的中断
static void disable_intr_system(XScuGic * int_ins_ptr, u16 tx_intr_id,u16 rx_intr_id)
{XScuGic_Disconnect(int_ins_ptr, tx_intr_id);XScuGic_Disconnect(int_ins_ptr, rx_intr_id);
}

11、后面的可以自己添加数据流debug信号验证，这里就不演示了。

http://www.dtcms.com/a/393301.html

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