DMA在FPGA的应用之我见

首先，来做一个简单的实验，利用DMA来实现on-chip-memory和SRAM之间的传输，同时也在做一个关于SRAM不同地址之间的传输。

一、硬件设计

　　1、首先设计自己的SOPC结构，包括CPU、jtag_uart、sram、sysid、onchip-memory，时钟就用50M即可。都不需要任何的设置。如下图所示：

　　2、对于QuartusII上顶层文件就不需要有什么可讲的，主要代码如下。

1 Reset_Delay delay1 (.iRST(KEY[0]),.iCLK(CLOCK_50),.oRESET(CPU_RESET));
2
3 dma_system u0 (
4 // 1) global signals:
5   .clk_0(CLOCK_50),
6 .reset_n(CPU_RESET),
7
8 // the_sram_0
9   .SRAM_ADDR_from_the_sram_0(SRAM_ADDR),
10 .SRAM_CE_N_from_the_sram_0(SRAM_CE_N),
11 .SRAM_DQ_to_and_from_the_sram_0(SRAM_DQ),
12 .SRAM_LB_N_from_the_sram_0(SRAM_LB_N),
13 .SRAM_OE_N_from_the_sram_0(SRAM_OE_N),
14 .SRAM_UB_N_from_the_sram_0(SRAM_UB_N),
15 .SRAM_WE_N_from_the_sram_0(SRAM_WE_N)
16 );

二、软件设计

　　由于主要是设计到DMA的应用，所以主要就是做一下软件方面的设计。

核心代码如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

#include <stdio.h> #include <string.h> #include "system.h" #include "sys/alt_dma.h" #include "unistd.h" //#include "altera_avalon_uart_regs.h" #include "io.h" #include <sys/alt_cache.h>   static volatile int rx_done = 0; //回调函数 static void done (void* handle,void* data) {     rx_done++; }   #define TRANSFER_LENGTH 128 int main(void) { 　　char *source = (void*)(SRAM_0_BASE+0x10000); 　　char *dest = (void*)(SRAM_0_BASE+0x11000);      memset(source,0x54,TRANSFER_LENGTH);     alt_dma_txchan tx;     //创建DMA发送信道     tx = alt_dma_txchan_open("/dev/dma_0");     //当信道创建成功     if(tx == NULL)     {         printf("Failed to open transit channel. ");     }     else     {         printf("Create the transit channel successfully. ");     }     //创建DMA接收通道     alt_dma_rxchan  rx;     rx = alt_dma_rxchan_open("/dev/dma_0");     //当信道创建成功     if(rx == NULL)     {         printf("Failed to open receive channel. ");     }     else     {         printf("Create the receive channel successfully. ");     }       int rc;     if((rc=alt_dma_txchan_send(tx,                           source,                           TRANSFER_LENGTH,                           NULL,                           NULL))<0)        {         printf("Error: failed to post transmit request ");         exit(1);        }    //提交DMA接收请求 指定接收数据的位置（sram）以及传输数据量     if((rc=alt_dma_rxchan_prepare(rx,                             dest,                             TRANSFER_LENGTH,                             done,                             NULL))< 0)        {        printf ("Error: failed to post receive request ");        exit(1);        } // 等待发送结束 while (!rx_done)     printf("Not Not ");     printf("Transmit successful "); //usleep(5000000); int loop,errorcount=0; for(loop=1;loop<TRANSFER_LENGTH;loop++) {   //对比缓冲区数据     if(source[loop]!=dest[loop])     {         printf("Verify failed at location: 0x%X ",loop);         errorcount++;     } } if(errorcount==0) {     printf("Transfer successfully ! "); } else {     printf("Transfer failed ! "); }   //while(1);   }

1

1

　　上面的代码主要是依照说明书上的代码来讲的，首先是分配两个地址空间，一个源地址空间，一个目标地址空间。由于在SOPC里面，DMA连接的时候，我把读写端都连在了SRAM和on-chip-memory上，这样的话，就可以在他们之间传，也可以在任何一个空间的不同地址传。上面演示的是SRAM上不同的地址空间传输，这个实验如果成功的话，那么另外的实验也能成功。

　　传输成功之后，我们做了一个小小的测试程序，就是测试两个地址上的数据是否一样，如果一样的话，就输出Transfer successfully！，否则就输出Transfer failed！最后的结果是显示正确的。

　　这个实验表面上看起来似乎没什么，可我在做这个DMA测试的时候经历了很多。总结一下：

　　1、第一个问题就是出现printf（）函数打印不出来，这个问题可让我伤脑筋了，刚开始我以为是硬件坏了，所以我写了一个hello world程序测试了一下，发现有的时候确实就输出不成功！这里面的原因我想了很久。最后我得出了原因。原来是我的操作不当引起的，在quartus升级到9.1之后，里面改动了很多，如果你的硬件信息出现了改变，需要重新生成一下bsp工程库，另外也需要重新编译一下你的工程，在下载你的工程到硬件。这里面的步骤绝对不能有错误。这里面我就犯了这样的错误，我首先没有重新编译一下这个工程，只是run了一下，而我run的时候是用快捷键的，这里面的run其实没有重新编译你的工程，所以一定要重新编译，重新run一次。

　　2、第二个问题就是接收通道打开不成功，还有就是传输显示没有传完，但是回调函数调用了，这样就告诉你传输成功啦！这些问题，都是我无法想象的。原因其实也是很简单，硬件这东西，他本身没有任何的差错能力，就是说，你必须完全按照正确的步骤来进行，才能得到你想要的结果，运行的步骤绝对不能求急，原因同上。

　　现在再来看看DMA的一些基本原理。下面是DMA传输的基本应用。而我们不需要了解DMA内部的寄存器等等是什么样子的，它提供给你的那些API函数都是有统一的接口方便你使用。

Nios II中的DMA传输有以下三种形式：

1、 存储器到存储器

这种情况下需要同时打开发送通道和接收通道，而且源地址和目标地址都是自增的。

//打开发送通道

tx = alt_dma_txchan_open("/dev/dma_0");

//tx_buf是源地址、传输数据块长度是length

dma_res = alt_dma_txchan_send(tx, tx_buf, length, NULL, NULL);

//打开接收通道

rx = alt_dma_rxchan_open("/dev/dma_0");

//rx_buf是目标地址、传输数据块长度是length、dma_done()是DMA完成后被调用的回调函数

dma_res = alt_dma_rxchan_prepare(rx, rx_buf, length, dma_done, NULL); 

2、 存储器到外设

这种情况下只要打开发送通道，而且源地址是自增的，目标地址是固定的。

tx = alt_dma_txchan_open("/dev/dma_0"); // 打开发送通道

alt_dma_txchan_ioctl(tx, ALT_DMA_TX_ONLY_ON, (void *)dst_addr); // dst_addr是目标地址

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

3、 外设到存储器

这种情况下只要打开接收通道，而且源地址是固定的，目标地址是自增的。

rx = alt_dma_rxchan_open("/dev/dma_0"); // 打开接收通道

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, length, dma_done, NULL); // rx_buf是目标地址

其中通过alt_dma_txchan_ioctl，alt_dma_rxchan_ioctl还可以设置每次发送和接收的字节数。