Blackfin533的DMA技術及其在圖像處理中的應用

作者：時間：2005-06-13 來源：網絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

摘要：介紹了Blackfin533中DMA的類型及特點，描述了DMA在實時圖像處理領域數據傳輸中的重要應用，給出了兩個具體的應用實例，最后指出了使用Blackfin533的DMA時應注意的事項。

關鍵詞：Blackfin533；DMA；實時圖像處理；數據傳輸

直接存儲器存取（ＤｉｒｅｃｔＭｅｍｏｒｙＡｃｃｅｓｓ，簡稱ＤＭＡ?對計算機系統是非常重要的。它可以使ＣＰＵ在運行指令的同時從外部存儲器或設備中存取數據，也可以在ＣＰＵ不參與的情況下，由專用的ＤＭＡ控制器存取數據。

１　Ｂｌａｃｋｆｉｎ５３３中的ＤＭＡ

Ｂｌａｃｋｆｉｎ系列ＤＳＰ產品包括ＡＤＳＰ－ＢＦ５３５和ＡＤＳＰ－ＢＦ５３３／２／１兩類，都是ＡＤ公司最新的基于微信號體系結構的ＤＳＰ，這些器件含有兩個ＭＡＣ，并集成了大量的外圍設備和存儲器接口，每秒運算速度最高可達１２００ＭＭＡＣ，因而比較適用于各種視頻、音頻、通信領域。

ＢＦ５３３處理器有多個獨立的ＤＭＡ控制器，它能以最小的處理器內核消耗支持數據的自動傳輸。ＤＭＡ傳輸可以發生在ＢＦ５３３處理器的內存與支持ＤＭＡ的任一外設之間。此外，ＤＭＡ還可以完成有ＤＭＡ功能的外設與連接在外部存儲器接口上的外部設備（包括ＳＤＲＡＭ控制器和異步存儲控制器）之間數據傳輸。ＢＦ５３３處理器可利用ＤＭＡ在存儲器空間內部，以及在一個存儲器空間和外圍設備之間傳輸數據，并可以指定傳輸操作，以便完全集成化的ＤＭＡ控制器獨立于處理器完成數據傳輸時返回到正常的處理。

ＢＦ５３３處理器的ＤＭＡ控制器同時支持１Ｄ和２ＤＤＭＡ傳輸，其ＤＭＡ傳輸初始化可以通過寄存器狀態描述符塊中的一組參數來實現。２ＤＤＭＡ行和列最大可支持６４ｋ６４ｋ個元素任意數。而且列的步長可小于行的步長，并可執行交叉存取的數據流。這一個特點在某些視頻應用場合特別有用。

Ｂｌａｃｋｆｉｎ５３３有１２個通道ＤＭＡ控制器。有ＤＭＡ功能的外設包括ＳＰＯＲＴｓ、ＳＰＩ、ＵＡＲＴ和ＰＰＩ。每個支持ＤＭＡ的外設至少有一個專用的ＤＭＡ通道。ＤＭＡ控制器可以完成的幾種數據傳輸類型如下：

（１）存儲器和存儲器之間（ＭＤＭＡ）；

（２）存儲器和串行外設接口（ＳＰＩ）之間；

（３）存儲器和串行接口（ＳＰＯＲＴ）之間；

（４）存儲器和通用異步收發器ＵＡＲＴ接口之間；

（５）存儲器和并行外設接口（ＰＰＩ）之間；

ＢＦ５３３處理器上的ＤＭＡ傳輸可以基于描述符，也可以基于寄存器。基于描述符的ＤＭＡ傳輸需要用存放在存儲器內的一組參數來初始化一個ＤＭＡ序列。這種傳輸允許多個ＤＭＡ序列鏈接在一起。在基于描述符的ＤＭＡ操作中，一個ＤＭＡ通道可以通過編程自動建立起來，并可在當前序列完成后開始另一個ＤＭＡ傳輸。基于寄存器的ＤＭＡ允許處理器直接對控制寄存器編程來啟動一個ＤＭＡ傳輸。傳輸完成后，為了連續傳輸數據，也可以用它們原來設置的值自動更新控制寄存器。

２　ＤＭＡ在數字圖像處理中的應用

ＤＭＡ是數字信號處理器（ＤＳＰ）中用于快速數據交換的重要技術，它具有獨立于ＣＰＵ的后臺批量數據傳輸能力，能夠滿足實時圖像處理中的高速數據傳輸要求。由于圖像處理的原始數據量很大，同時圖像處理中也會產生等量的中間數據，對于片內存儲資源有限的高速ＤＳＰ芯片來說，一般需要借用外部存儲空間。為了提高系統的實時處理能力，可以將數據在不同存儲空間的轉移任務交給ＤＭＡ來完成，從而使ＣＰＵ只專注于數據的計算。同時ＤＭＡ對數據的重排功能可以優化圖像數據在內存中的存儲，這不僅可以提高內部存儲空間的利用效率，也可以提高數據的傳輸效率。雖然圖像數據的傳輸也可由軟件實現，但會消耗大量的ＣＰＵ時鐘周期，從而使ＤＳＰ的高速性能難以發揮。而由ＤＭＡ來進行同樣的工作卻不占用ＣＰＵ的時鐘周期。

ＢＦ５３３內部專門為適應視頻數據處理而增加的二維ＤＭＡ及相關寄存器有以下幾種：

（１）配置寄存器（ＤＭＡｘＣＯＮＦＩＧ／ＭＤＭＡｙｙＣＯＮＦＩＧ）主要用來設置二維ＤＭＡ方式使能和中斷產生方式，其中中斷可以在一行結束時產生，也可以在整個ＤＭＡ結束時產生。

（２）內層循環計數寄存器（ＤＭＡｘＸＣＯＵＮＴ／ＭＤＭＡｙｙＸＣＯＵＮＴ）用于在二維ＤＭＡ時保存內層循環的數目（或稱行數），該數目必須大于等于２。

（３）內層循環地址增量寄存器（ＤＭＡｘＸＭＯＤＩ-ＦＹ／ＭＤＭＡｙｙＸＭＯＤＩＦＹ）用于在二維ＤＭＡ時保存每一次內層循環計數器加１之后（也就是在內層每傳輸完一個元素，但不包括每個內層的最后一個元素），ＤＭＡ操作（讀或寫）地址在內存中的增量，此增量應該是二維ＤＭＡ操作的數據單元長度的整數倍，如二維ＤＭＡ進行１６位讀寫時，此增量必須是２Ｎ?Ｎ≠０?倍。

（４）外層循環計數寄存器（ＤＭＡｘＹＣＯＵＮＴ／ＭＤＭＡｙｙＹＣＯＵＮＴ）：該寄存器僅在二維ＤＭＡ中使用，任務是保存外層循環的數目（或稱位列數）。

（５）外層循環地址增量寄存器（ＤＭＡｘＹＭＯＤＩ-ＦＹ／ＭＤＭＡｙｙＹＭＯＤＩＦＹ）：該寄存器也僅在二維ＤＭＡ中使用，任務是保存每次外層循環計數器加１后，ＤＭＡ操作地址在內存中的增量，該值可以為負，且應為二維ＤＭＡ操作數據單元長度的整數倍。３　應用舉例

存儲器的有效利用對系統設計者來說是需要著重考慮的問題。外部存儲器比較昂貴，而且其存取時具有較長的延遲。為了克服上述問題，Ｂｌａｃｋｆｉｎ處理器片上集成有ＳＤＲＡＭ控制器，可支持片外存儲器。因為視頻數據率要求非常苛刻，幀緩沖區必須設立在外部存儲器上。這樣，當處理器操作一個緩存時，另一個緩存便可以存儲通過ＰＰＩ并用ＤＭＡ傳輸的數據，見圖１。

下例可將ＢＦ５３３的ＰＰＩ接口上從圖像采集芯片ＡＤＶ７１８３傳送過來的視頻流中的一場視頻圖像（７２０２８８像素）存儲到外部存儲器ＳＤＲＡＭ中。

具體程序代碼如下：

Ｉｎｉｔ_ＤＭＡ() ?

{

＊ｐＤＭＡ０ＳＴＡＲＴＡＤＤＲ＝０ｘ０; ／／把圖像存放在ＳＤＲＡＭ中的起始地址／／０ｘ００００００００處；

＊ｐＤＭＡ０ＸＣＯＵＮＴ＝７２０; ／／圖像的行數；

＊ｐＤＭＡ０ＸＭＯＤＩＦＹ＝０ｘ４; ／／在內層每次傳完一個元素后地址的增量，因為每次傳輸３２位，所以是０ｘ４?

＊ｐＤＭＡ０ＹＣＯＵＮＴ＝７２; ／／外層循環的數目，因為總的緩存為７２０２８８字節,所以２８８／４＝７２?

＊ｐＤＭＡ０ＹＭＯＤＩＦＹ＝０ｘ４; ／／傳完一行數據后ＤＭＡ的地址增量，因為是存儲空間是連續的，所以是０ｘ４?

＊ｐＤＭＡ０ＰＥＲＩＰＨＥＲＡＬＭＡＰ＝０ｘ０?

／／外設ＰＰＩ的ＤＭＡ開啟；

＊ｐＤＭＡ０ＣＯＮＦＩＧ＝ＤＭＡＥＮ｜ＤＩＥＮ｜ＷＮＲ｜ＷＤＳＩＺＥ３２｜ＲＥＳＴＡＲＴ｜ＤＭＡ２Ｄ｜ＤＩＥＮ;

／／使能ＤＭＡ，整個ＤＭＡ結束產生中斷，存儲器寫。３２位傳輸，重新開始前丟失ＦＩＦＯ中的數據。

}

當一個完整的圖像幀存放在ＳＤＲＡＭ后，數據將傳輸到內部Ｌ１數據存儲器中，這樣，處理器內核用一個時鐘周期的延遲就可以訪問到數據。為此，ＤＭＡ控制器可以用二維傳輸獲得像素塊。圖２所示是一個１６１６“宏塊”的傳輸示意圖。

圖2

為了有效地從原圖像中傳輸一個圖像塊，一般需要控制四個參數：ＸＣｏｕｎｔ、ＹＣｏｕｎｔ、ＸＭｏｄｉｆｙ和ＹＭｏｄｉｆｙ。其中ＸＣｏｕｎｔ和ＹＣｏｕｎｔ分別表示水平和垂直方向上讀入／讀出的元素數。在此應用中“水平”和“垂直”是抽象的概念，因為圖像數據在外存中實際上是線性存儲的。另外兩個參數ＸＭｏｄｉｆｙ和ＹＭｏｄｉｆｙ是在傳輸了必需的ＸＣｏｕｎｔ和ＹＣｏｕｎｔ后跨越的數據量。從性能上看，任何時候最多四個唯一的ＳＤＲＡＭ內部子組（ｂａｎｋ）都是活動的。這意味著在視頻結構中，ＰＰＩ填充一個子組（ｂａｎｋ）時，２Ｄ到１ＤＤＭＡ只是把數據從一個子組（ｂａｎｋ）拖進來，而沒有額外的子組（ｂａｎｋ）激活延遲。下面是一個２Ｄ到１Ｄ的ＤＭＡ傳輸代碼：

２Ｄｔｏ１Ｄ_ＤＭＡ()

{

ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ＊ｐ;

ｐ＝０ｘ０;

＊ｐＭＤＭＡ_Ｄ０_ＳＴＡＲＴ_ＡＤＤＲ＝ｐ＋Ｌ１ｂｕｆｆｅｒ;

／／Ｌ１ｂｕｆｆｅｒ是Ｌ１緩沖區的地址

＊ｐＭＤＭＡ_Ｄ０_Ｘ_ＣＯＵＮＴ＝６４;

／／１６１６／４＝６４；

＊ｐＭＤＭＡ_Ｄ０_Ｘ_ＭＯＤＩＦＹ＝４;

ｐＭＤＭＡ_Ｓ０_ＳＴＡＲＴ_ＡＤＤＲ＝ｐ＋Ｓｏｕｒｃｅｂｕｆｆｅｒ; ／／Ｓｏｕｒｃｅｂｕｆｆｅｒ是１６１６圖像塊在ＳＤＲＡＭ中的地址

＊ｐＭＤＭＡ_Ｓ０_Ｘ_ＣＯＵＮＴ＝４;

＊ｐＭＤＭＡ_Ｓ０_Ｘ_ＭＯＤＩＦＹ＝４;