dw_axi_dmac总结 - 技术栈

3.7 DW_axi_dmac

3.7.1 设计特点

DW_axi_dmac是Synopsys公司设计的一款高性能、可配置的DMA(直接内存访问)控制器IP核，专为基于AMBA AXI总线‌的SoC系统打造。它旨在卸载CPU的数据搬运任务，通过硬件加速实现外设与内存之间的高效数据传输，显著提升系统吞吐量和实时性。‌‌

1. 架构与接口特性

总线接口：提供 AXI 主接口(用于高速数据读写)和 AXI/AXI-Lite/APB 从接口(用于 CPU 对控制/状态寄存器的配置与访问),支持 32/64 位数据宽度。
通道架构：支持多通道(最多可配置 8 个或 16 个独立通道),各通道可独立配置、并行工作，支持通道优先级管理。
硬件握手：提供硬件握手接口（DMA_REQ/DMA_ACK/DMA_FINISH），支持硬件/软件握手，提供细粒度（单事务）和粗粒度（块传输）的握手机制，满足不同外设的流控需求。

2. 传输模式与机制

传输类型：支持内存到内存（M2M）、内存到外设（M2P）、外设到内存（P2M）及外设到外设（P2P）传输，支持多种传输粒度（单事务、突发传输）。
多块传输（Multi-Block）

：支持三种多块传输机制，以适应不同的连续数据传输需求：
- 链表传输（Linked List）：通过链表项（LLI）自动读取下一块传输参数，支持 scatter-gather（分散-聚集）传输，适合处理物理不连续的数据块。
- 自动重载（Auto-Reloading）：在块传输完成后，自动将预设的初始值重新加载到通道寄存器，适合周期性、重复性的数据传输（如刷新缓冲区）。
- 连续地址传输（Contiguous Address）：块传输完成后，自动将地址递加作为下一块的起始地址，适合处理物理连续的大数据块。
突发传输（Burst）：支持可配置的突发长度（如 1、4、8、16、32、64、128 等），通过合并连续传输减少总线请求次数，提升传输效率。

3. 传输控制与配置

灵活的配置：支持可配置的传输宽度（8/16/32/64 位）和地址递增/递减模式，支持通道控制寄存器（CH_CTL）和配置寄存器（CH_CFG）的独立配置，支持影子寄存器机制，实现无缝的连续传输。
流控与仲裁：支持多种流控模式（DMA 控制器控制、外设控制），支持通道锁定与仲裁，保证高优先级通道的实时性。

4. 中断与状态管理

中断机制：提供全局中断和通道独立中断，支持块传输完成中断、错误中断等，支持中断屏蔽与清除，便于CPU进行传输状态监控和异常处理。
状态反馈：提供丰富的状态寄存器（如传输状态、中断状态），支持状态写回机制，便于软件进行传输结果确认和调试。

3.7.2 核心寄存器总览

dw_axi-dmac的寄存器主要分为两个大的部分，一部分为全局寄存器 ，另一部分为每个传输通道私有寄存器。

Common registers

偏移量	寄存器名称	功能概述
0x000	DMAC_ID	Component ID Register
0x008	DMAC_COMPVER	Component Version Register
0x010	DMAC_CFG	Global Configuration Register (配置寄存器)
0x018	DMAC_CHEN	Channel Enable Register （使能寄存器，一个bit使能一个通道）
0x020	DMAC_CHSUSPREG	Channel Suspend Register
0x028	DMAC_CHABORTREG	Channel Abort Register
0x030	DMAC_INTSTATUS	Combined Interrupt Status Register
0x038	DMAC_COMMON_INTCLEAR	Common Register Space Interrupt Clear Register
0x040	DMAC_COMMON_INTSTATUS_ENA	Common Register Space Interrupt Enable Register
0x048	DMAC_COMMON_INTSIGNAL_ENA	Common Register Space Interrupt Signal Enable Register
0x050	DMAC_COMMON_INTSTATUS	Common Register Space Interrupt Status Register
0x058	DMAC_RESET	Software Reset Register

DMA channel registers

偏移量	寄存器名称	功能描述
0x000	CH_SAR	Channel x Source Address Register（数据源地址寄存器）
0x008	CH_DAR	Channel x Destination Address Register（目的地址寄存器）
0x010	CH_BLOCK_TS	Channel x Block Transfer Size Register （这个地址的值根据传输长度和数据宽度得出）
0x018	CH_CTL	Channel x Control Register （控制寄存器）
0x020	CH_CFG	Channel x Configuration Register （配置寄存器）
0x028	CH_LLP	Channel x Linked List Pointer Register （链表模式下使用该寄存器）
0x030	CH_STATUS	Channel x Status Register
0x038	CH_SWHSSRC	Channel x Software Handshake Source Register
0x040	CH_SWHSDST	Channel x Software Handshake Destination Register
0x048	CH_BLK_TFR_RESUMEREQ	Channel x Block Transfer Resume Request Register
0x50	CH_AXI_ID	Channel x AXI ID Register
0x58	CH_AXI_QOS	Channel x AXI QoS Register
0x60	CH_SSTAT	Channel x Source Status Register
0x68	CH_DSTAT	Channel x Destination Status Register
0x70	CH_SSTATAR	Channel x Source Status Fetch Register
0x78	CH_DSTATAR	Channel x Destination Status Fetch Register
0x080	CH_INTSTATUS_ENA	Channel x Interrupt Status Enable Register
0x088	CH_INTSTATUS	Channel x Interrupt Status Register(可以查询bit2判断传输是否完成)
0x090	CH_INTSIGNAL_ENA	Channel x Interrupt Signal Enable Register（需要使能才会有中断信号）
0x098	CH_INTCLEAR	Channel x Interrupt Status Clear Register（传输完成时清中断）

3.7.3 核心寄存器详解

**CH_SAR和CH_DAR：**数据的源地址寄存器和目的寄存器，即数据从哪搬运到哪。

CH_BLOCK_TS：需要配置bit0-bit21，寄存器的值等于CHx_CTL.SRC_TR_WIDTH的数据总数，假设src的位宽是16，len为64字节，那么block_ts就等于32。

DMAC_CFG：DMA控制器初始化时，需要使能bit0和bit1

bit	字段名	功能描述
0	DMAC_EN	全局dma功能使能位
1	INT_EN	全局中断使能位
2-63	RSVD_DMAC_CFGREG	保留

**CH_CTL:**通道的控制寄存器主要配置以下几个字段，验证时可以配置不同的值，根据不同的值和传输的数据长度计算得出block_ts的值。

bit	字段名	功能描述
8-10	SRC_TR_WIDTH	Source Transfer Width.
11-13	DST_TR_WIDTH	Destination Transfer Width
14-17	SRC_MSIZE	Source Burst Transaction Length.
18-21	DST_MSIZE	Destination Burst Transaction Length.

CH_CFG：配置为单块传输时，bit0-bit3配置为0x00，配置为链表传输时，bit0-bit3配置为0xff，bit32-bit34配置传输类型，bit35-bit36配置为软件握手，即模拟dma搬运数据由软件写寄存器触发。

bit	字段名	功能描述
0-1	SRC_MULTBLK_TYPE	00: Contiguous 01:Reload 10: Shadow Register 11:11: Linked List
2-3	DST_MULTBLK_TYPE	00: Contiguous 01:Reload 10: Shadow Register 11:11: Linked List
32-34	TT_FC	Transfer Type and Flow Control.（00是mem，01是m2d，03是d2m，04是d2d）
35	HS_SEL_SRC	Source Software or Hardware Handshaking Select.
36	HS_SEL_DST	Destination Software or Hardware Handshaking Select

CH_INTSIGNAL_ENA： 该寄存器主要配置bit1，当一次dma传输完成时，生成一个中断信号。

CH_LLP：

当使用链表传输模式时，需要配置该寄存器，写入该寄存器的值为Link List的起始地址，地址的解析如下：

通常会用一个结构体进行表示：

复制代码

struct axi_dma_llp {
	u64 sar; 
	u64 dar;
	u32 block_ts_lo; 
	u32 block_ts_hi; 
	u64 llp;
	u32 ctl_lo;
	u32 ctl_hi;
	u32 sstat;
	u32 dstat;
	u32 status_lo;
	u32 ststus_hi;
	u32 reserved_lo;
	u32 reserved_hi;
};

3.7.4 编程概要

单块传输
- 全局配置寄存器配置，使能dma和int项。
- 配置通道源地址寄存器和目的寄存器。
- 根据传输的数据长度和src_width计算block_n，并配置CH_BLOCK_TS寄存器。
- 通道配置寄存器配置，配置传输模式，软件握手，传输方向等。
- 通道控制寄存器配置，配置Burst Transaction Length和Transfer Width。
- 使能通道等中断信号。
- 使能通道的使能信号开始传输。
- 检测通道的中断状态寄存器，判断传输是否完成。
- 清中断，关闭通道使能位，并关闭全局寄存器的dma，int使能位。
- 数据对比判断是否传输成功。

链表传输

链表传输模式配置过程和单块传输模式类似，需要在配置传输模式时，配置为链表传输，以下是示例：

复制代码

void AXI_DMA_TRAN_INIT_LLI(struct axi_dma_info axi, TEQ_UINT32 src_addr, TEQ_UINT32 dst_addr, TEQ_UINT32 length)
{
	unsigned long axi_data;

	AXI_DMA_INIT();
	axi_data = CHx_CONFIG(axi, TYPE_LLI); //lli模式下控制寄存器的配置

	struct axi_dma_lli* head = (void *)LLI_ADDR;
	struct axi_dma_lli* tmp = head;
	TEQ_UINT32 num = 1;

	//这一步过后num等于2，链表里有2个元素
	while (tmp->llp != (long)NULL) {
		tmp = (struct axi_dma_lli*)(TEQ_INT32)tmp->llp;
		num++;
	}
	tmp = head; //到这里tmp又指向head，即LLI_ADDR

	TEQ_UINT32 cnt;
	TEQ_UINT32 increment = length / num; //两个元素，一个搬一半?
	TEQ_UINT32 block_ts = cal_block_ts(axi.src_width, increment); //这个值要写到寄存器里

	for (cnt = 0; cnt < num; cnt++) {
		tmp->sar = src_addr + increment * cnt;
		tmp->dar = dst_addr + increment * cnt;
		tmp->block_ts_lo = block_ts;
		tmp->ctl_lo = axi_data;
		if (tmp->llp == (long)NULL)
			tmp->ctl_hi = LAST_ITEM | VALID;//last & valid
		else
			tmp->ctl_hi = NOT_LAST_ITEM | VALID;
		tmp = (struct axi_dma_lli*)(TEQ_INT32)tmp->llp;
	}

	//Configure CHx_LLP(x0128) Starting Address Memory of LLI block
	write_mreg32(CHx_LLP(axi.channel), LLI_ADDR);
}

参考：

1:DW_axi_dmac_databook.pdf

2:linux/drivers/dma/dw-axi-dmac/dw-axi-dmac-platform.c