DMA嵌入式課設(shè)報(bào)告解析

1、摘要嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是一種包括硬件和軟件的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)是嵌入到被控對(duì)象中的專用微處理器，但是功能比通用計(jì)算機(jī)專門(mén)化，具有通用計(jì)算機(jī)所不能具備的針對(duì)某個(gè)方面特別設(shè)計(jì)的、合 適的運(yùn)算速度、高可靠性和較低比較成本的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著移動(dòng)設(shè)備的流 行和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)。嵌入微控制芯片的設(shè)備和系統(tǒng)越來(lái)越 多，從而使得這種技術(shù)越來(lái)越引人注目。windows CE之所以脫穎而出，是因?yàn)?Windows CE的高級(jí)特性，諸如網(wǎng)絡(luò)、 通信以及圖形功能，和模塊化設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，為中級(jí)開(kāi)發(fā)人員創(chuàng)建高復(fù)雜度嵌 入式系統(tǒng)提供了理想的環(huán)境。同時(shí)，

2、Windows CE提供一個(gè)穩(wěn)定、靈活且被廣泛 支持的操作系統(tǒng)來(lái)處理建立在嵌入式系統(tǒng)上的多種多樣的硬件平臺(tái)和軟件應(yīng)用 程序。本文所要研究的就是基于 ARM嵌入式系統(tǒng)的DMA控制器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè) 計(jì)。關(guān)鍵字：嵌入式，ARM，DMA，嵌入式系統(tǒng)沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙目T錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1章、設(shè)計(jì)目的1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第2章、設(shè)計(jì)思路2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document ARM實(shí)驗(yàn)箱硬

3、件資源概述 2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 22 ARM 的DMA 控制器 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第3章、關(guān)鍵技術(shù)4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document ARM9處理器4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2嵌入式 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)技術(shù) 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document ADS開(kāi)發(fā)環(huán)境 5 HYPERLINK l bookm

4、ark20 o Current Document DMA 控制器 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document DMA 控制器工作原理 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document DMA 方式的具體過(guò)程 7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.5實(shí)驗(yàn)詳解8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第4章、程序流程9 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第5章、主要源代

5、碼10 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5.1主函數(shù)設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第6章、運(yùn)行結(jié)果及結(jié)論 12 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 6.1運(yùn)行結(jié)果12 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 6.2結(jié)論13 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 第7章、參考文獻(xiàn)14第1章、設(shè)計(jì)目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)，了解并熟悉DMA的概念及其工作原理

6、，掌握ARM相應(yīng)的寄存 器配置，熟悉基于ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程， 掌握嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 的知識(shí)。針對(duì)某一嵌入式微處理器進(jìn)行實(shí)際開(kāi)發(fā)，鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力。能夠用C編寫(xiě)相應(yīng)的程序。第2章、設(shè)計(jì)思路ARM實(shí)驗(yàn)箱硬件資源概述EL-ARM-830型教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)屬于一種綜合的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了目前在國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的 ARM920T核，32位微處理器，實(shí)現(xiàn)了多模塊的應(yīng)用實(shí) 驗(yàn)。它是集學(xué)習(xí)、應(yīng)用編程、開(kāi)發(fā)研究于一體 ARM實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。用戶可根據(jù)自己的需求選用不同類(lèi)型的 CPU適配板，兼容ARM7與ARM9，而不需要改變?nèi)魏闻渲?，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的 Tech_V總線能夠拓展較為豐富的實(shí)驗(yàn)接口板

7、。用戶在了解Tech_V標(biāo)準(zhǔn)后，更能研發(fā)出不同用途的實(shí)驗(yàn)接口板。除此之外，在實(shí)驗(yàn)板上有豐富的外圍擴(kuò)展資源（數(shù)字、模擬信號(hào)發(fā)生器，數(shù)字量10輸入輸出,語(yǔ)音編解碼、人機(jī)接口等單元），可以完成ARM的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、算法實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)、以太網(wǎng)實(shí)驗(yàn)?！縐W網(wǎng)口U汨設(shè)備LUSB設(shè)備G主U5BCPL&UART1UART2模屏GPSrGPRS 的總線接口標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)、F5II鼠標(biāo)接口5D卡(MMC)JIDE碑盤(pán) 接口4耳4謹(jǐn)盤(pán)8位數(shù)瑪管 /摸擬數(shù)宇重 裁入輸出圖2.1 EL-ARM-830實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的功能框圖血色LCD工了寸 320X240丿J1E_LAB.aARM的DMA控制器中斷方式是在CPU的控制下進(jìn)行的

8、，中斷方式盡管可以實(shí)時(shí)的響應(yīng)外部中 斷源的請(qǐng)求，但由于它需要額外的開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間，以及中斷處理服務(wù)時(shí)間，使得的中 斷的響應(yīng)頻率受到限制。當(dāng)高速外設(shè)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換時(shí)， 若采用中斷 方式，CPU將會(huì)頻繁的出現(xiàn)中斷而不能完成主要任務(wù)或者根本來(lái)不及響應(yīng)中斷 而造成數(shù)據(jù)的丟失現(xiàn)象，因而傳輸速率受CPU運(yùn)行指令速度的限制。采取DMA 方式，即(Direct Memory Acess)，可以確保外設(shè)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高速信息交 換。這種方式是存儲(chǔ)器與外設(shè)在 DMA控制器的控制下，直接傳送數(shù)據(jù)而不通過(guò) CPU，傳輸速率主要取決于存儲(chǔ)器存取速度。它為高速 I/O設(shè)備和存儲(chǔ)器之間的 批量數(shù)據(jù)交換提供了直接的傳輸

9、通道。這里，“直接”的含義是在DMA傳輸過(guò) 程中，DMA控制器負(fù)責(zé)管理整個(gè)操作，CPU不參與管理。S3C2410有4個(gè)通道控制器，作為簡(jiǎn)單的事例，闡述原理。本程序是用DMA 方法實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的發(fā)送，故使用 BDMA 。第3章、關(guān)鍵技術(shù)ARM9處理器新一代的ARM9處理器，通過(guò)全新的設(shè)計(jì)，采用了更多的晶體管，能夠達(dá) 到兩倍以上于ARM7處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過(guò)增加時(shí)鐘 頻率和減少指令執(zhí)行周期實(shí)現(xiàn)的。ARM9系列包括三種處理器：ARM926EJ-S、 ARM946E-S 和 ARM968E-S。ARM9特點(diǎn)以ARM9E-S為例介紹ARM9處理器的特點(diǎn)。其主要特點(diǎn)如下：a）32bi

10、t定點(diǎn)RISC處理器，改進(jìn)型ARM/Thumb代碼交織，增強(qiáng)性乘法設(shè) 計(jì)。支持實(shí)時(shí)（real-time）調(diào)試；b）片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)告訴緩沖器（cache容量從4K字節(jié)到1M字節(jié)；c）設(shè)置保護(hù)單元（protcction unit），非常適合嵌入式應(yīng)用中隊(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分 段和保護(hù)；d）支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡(jiǎn)單的握手信令支持；e）支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測(cè)試方法學(xué)，而且支持BIST ；f）支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實(shí)時(shí)跟蹤指令和數(shù)據(jù)。g）片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)SRAM，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器容量可調(diào)；h）采用AMBA AHB總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線；3.2嵌入式C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)技術(shù)不同于

11、一般形式的軟件編程，嵌入式系統(tǒng)編程建立在特定的硬件平臺(tái)上， 勢(shì) 必要求其編程語(yǔ)言具備較強(qiáng)的硬件直接操作能力。 無(wú)疑，匯編語(yǔ)言具備這樣的特 質(zhì)。但是，由于匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，它并不是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一般選擇。 而與之相比，C語(yǔ)言 一種“高級(jí)的低級(jí)”語(yǔ)言，則成為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最 佳選擇。在C語(yǔ)言中，宏是產(chǎn)生內(nèi)嵌代碼的唯一方法，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，為了 能達(dá)到性能要求，宏是一種很好的代替函數(shù)的方法。嵌入式開(kāi)發(fā)的核心就是利用 最少的資源最高的效的實(shí)現(xiàn)所需功能C語(yǔ)言在嵌入式中控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)匯編語(yǔ)言有其執(zhí)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，但其可移植性和可讀性差，以及它本身就 是一種編程 效率低下的低級(jí)語(yǔ)言，這些都

12、使他的編程和維護(hù)極不方便，從而導(dǎo) 致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也較差，而使用C語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，有著匯編語(yǔ)言不可比擬的優(yōu)勢(shì)。1、編程調(diào)試靈活方便C語(yǔ)言具有靈的編程方式，當(dāng)前幾乎看了所有的嵌入式控制系統(tǒng)都有相應(yīng)的C語(yǔ)言級(jí)別的仿真調(diào)試系統(tǒng)，使得調(diào)試十分方便。2、生成的代碼編譯效率高。3、編寫(xiě)的程序完全模塊化。4、可移植性好一種語(yǔ)言所編寫(xiě)的C語(yǔ)言程序，只需將部分與相關(guān)的地方進(jìn)行適度的修改， 就可方便的移植到另外一種系列上。5、便與項(xiàng)目維護(hù)管理用C語(yǔ)言發(fā)的代碼便與開(kāi)發(fā)小組計(jì)劃項(xiàng)目，靈活管理，分工工作，以及后 期維護(hù)，基本上可以杜絕因開(kāi)發(fā)人員變化而給項(xiàng)目進(jìn)度或后期維護(hù)或升級(jí)帶來(lái)影 響。ADS開(kāi)發(fā)環(huán)境A

13、DS(ARM Developer Suite)，是在 1993 年由 Metrowerks 公司開(kāi)發(fā)，是 ARM 處理器下最重要的開(kāi)發(fā)工具。ADS是全套的實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)軟件工具，包編譯器生成 的代碼密度和執(zhí)行速度優(yōu)異?？煽焖俚蛢r(jià)地創(chuàng)建ARM結(jié)構(gòu)應(yīng)用。ADS對(duì)匯編、C/C+、java支持的均很好，是目前最成熟的 ARM開(kāi)發(fā)工具。很多ARM開(kāi)發(fā) 軟件也是借用的ADS的編譯器。1、ADS包括三種調(diào)試器：AXD(ARM eXtended Debugger): ARM 擴(kuò)展調(diào)試器；Armsd(ARM Symbolic Debugger): ARM 符號(hào)調(diào)試器；與老版本兼容的 Windows或 Unix 下的

14、ARM 調(diào)試工具，ADW/ADU(Application Debugger Windows/Unix)。其中AXD不僅擁有低版本ARM調(diào)試器的所有功能，還新添了圖形用戶界面，更方便的視窗管理數(shù)據(jù)顯示，格式化和編輯以及全套的命令行界面。 該產(chǎn)品 還包括RealMonitorTM(可以再前臺(tái)調(diào)試的同時(shí)斷點(diǎn)續(xù)存并且在不中斷應(yīng)用的情況 下讀寫(xiě)內(nèi)存跟蹤調(diào)試工具)。2、組成介紹編譯器：ADS提供多種編譯器，以支持 ARM和Thumb指令的變異。 armcc是ARM C編譯器tcc是Thumb C編譯器 armcpp是ARM C+編譯器 tcpp是Thumb C+編譯器 armasm是ARM和Thumb的編

15、譯器鏈接器：armlink是ARM鏈接器。該命令既可以將編譯得到的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)文件和相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)庫(kù)文件進(jìn)行鏈接，生成一個(gè)可執(zhí)行文件，也可以將多個(gè)目標(biāo)文件部分鏈接成一個(gè)目標(biāo)文件，以供進(jìn)一步的鏈接。符號(hào)調(diào)試器：armsd是ARM和Thumb的符號(hào)調(diào)試器。它能夠進(jìn)行源碼 級(jí)的程序調(diào)試。用戶可以再用 C或匯編語(yǔ)言寫(xiě)的代碼中進(jìn)行單步調(diào)試、設(shè)置斷 點(diǎn)、查看變量值和內(nèi)存單元的內(nèi)容。fromELF:將ELF格式的文件轉(zhuǎn)換為各種格式的輸出文件，包括 bin格 式的映像文件、Motorola 32位S格式影像文件、Intel 32位格式映像文件和 Verilog 十六進(jìn)制文件。armar： armar是AR

16、M庫(kù)函數(shù)生成器，它將一系列 ELF格式的目標(biāo)文件 以庫(kù)函數(shù)的形式集合在一起。用戶可以把一個(gè)庫(kù)傳遞給一個(gè)鏈接器以代替幾個(gè) ELF文件。CodeWarrior： CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)為管理和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目提供了 簡(jiǎn)單多樣化的圖形用戶界面，用戶可以使用ADS的CodeWarrior IDE為ARM和 Thumb處理器開(kāi)發(fā)用C、C+或者ARM匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序代碼。C和C+庫(kù)：ADS提供ANSI C庫(kù)函數(shù)和C+庫(kù)函數(shù)，支持被編譯的 C 和C+大面。用戶可以把C庫(kù)中的與目標(biāo)相關(guān)的函數(shù)作為自己應(yīng)用程序中的一 部分，重新進(jìn)行代碼的實(shí)現(xiàn)。DMA控制器DMA控制器工作原理所謂DMA方式，即直接

17、存儲(chǔ)器存取，是指存儲(chǔ)器與外設(shè)在 DMA控制器的 控制下，直接傳送數(shù)據(jù)而不通過(guò) CPU，傳輸速率主要取決于存儲(chǔ)器存取速度。 這里，直接的含義是指在 DMA傳送過(guò)程中，DMA控制器負(fù)責(zé)管理整個(gè)操作， CPU不參與管理。DMA方式為高速I(mǎi)/O設(shè)備和存儲(chǔ)器之間的批量數(shù)據(jù)交換提供 了直接的傳輸通道。DMA方式的具體過(guò)程外設(shè)向DMA控制器發(fā)出DMA請(qǐng)求。DMA控制器向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)。CPU執(zhí)行完現(xiàn)行的總線周期后，向 DMA控制器發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求的回答信 號(hào)。CPU將控制總線、地址總線及數(shù)據(jù)總線讓出，由DMA控制器進(jìn)行控制。DMA控制器向外部設(shè)備發(fā)出DMA請(qǐng)求回答信號(hào)。進(jìn)行DMA傳送。數(shù)據(jù)傳送完畢，DM

18、A控制器通過(guò)中斷請(qǐng)求線發(fā)出中斷信號(hào)。 CPU在接 收到中斷信號(hào)后，轉(zhuǎn)入中斷處理程序進(jìn)行后續(xù)處理。中斷處理結(jié)束后，CPU返回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。CPU重新獲得總 線控制權(quán)3.5實(shí)驗(yàn)詳解首先，要正確的對(duì)S3C2410相關(guān)寄存器的進(jìn)行配置:配置DCONn (n=0, 1,2, 3)寄存器，見(jiàn)表 3.5表3.5DCONn位描述DMDHS31選擇請(qǐng)求模式或握手模式 0 :請(qǐng)求模式1 :握手模式SYNC30選擇同步模式0: DREQ和DACK與APB時(shí)鐘同步1 : DREQ和DACK與AHB時(shí)鐘同步INT29當(dāng)計(jì)數(shù)器到達(dá)0時(shí)是否使能中斷0 :禁止中斷 1 :使能中斷TSZ28選擇傳輸單位的大小0 :單

19、位傳輸1 :長(zhǎng)度為4的猝發(fā)式傳輸SERVMODE27選擇服務(wù)模式0:單服務(wù)模式1:整服務(wù)模式HWSRCSEL26:24為DMA設(shè)置DMA請(qǐng)求源.DCON0: 000: nXDREQ0 001:UART0 010:SDI 011:Timer100:USB device EP1DCON1: 000: nXDREQ1 001:UART1 010:I2SSDI 011:SPI100:USB device EP2DCON2: 000:I2SSDO 001:I2SSDI 010:SDI 011:Timer100:USB device EP3DCON3: 000:UART2 001:SDI 010:SPI

20、011:Timer100:USB device EP4SWH W_S E L23在DMA軟件請(qǐng)求源和硬件請(qǐng)求源之間選擇0 :軟件請(qǐng)求模式， DMA通過(guò)設(shè)置DMASKTRIG寄存器 SW_TRIG位觸發(fā)1:硬件請(qǐng)求模式，DMA通過(guò)本寄存器的HWSRCSEL位設(shè) 置來(lái)觸發(fā)RELOAD22當(dāng)當(dāng)前計(jì)數(shù)器值等于零后是否重新加載0 :自動(dòng)加載 1 : DMA通道關(guān)閉，不重新加載DSZ21:20傳輸數(shù)據(jù)的大小0 :字節(jié) 1 :半字 2 :字 3 :保留TC19:0初始化計(jì)數(shù)器，在這里設(shè)置計(jì)數(shù)器的值。第4章、程序流程該程序的流程是，在ADS調(diào)試環(huán)境下，在主程序Main函數(shù)中的rDMASKTRIGO = (11

21、);處設(shè)置斷點(diǎn)，全速運(yùn)行映象文件到該處。 下一步單步運(yùn) 行，在串口助手的接收欄中，將接收 50個(gè)字符，在串口助手的最下欄可以看到 接收的字符數(shù)，而此時(shí) CPU已經(jīng)停止，但是串口仍然在發(fā)送數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的 傳送就是通過(guò)DMA控制器發(fā)送的，它沒(méi)有通過(guò)CPU，這說(shuō)明了 DMA的直接存 儲(chǔ)器訪問(wèn)的功能得以實(shí)現(xiàn)。程序流程圖如下:圖4.1程序流程圖第5章、主要源代碼5.1主函數(shù)設(shè)計(jì)#i nclude #i nclude .INCco nfig.h#define SEND_DATA (*(volatile unsigned char *) 0 x30200000)#define SEND_ADDR (vol

22、atile unsigned char *) 0 x30200000)void Mai n(void)volatile un sig ned char* p = SEND_ADDR;int i;Target_I nit();Delay(1000);SEND_DATA = 0 x46; for (i = 0; i 128; i+)*p+ = 0 x46 + i;/*Uart設(shè)置成DMA形式*/ rUCON0 = rUCON0 & 0 xff3 | 0 x8;/* DMA0 In itialize */ rDISRC0 = (U32)(SEND_ADDR);rDISRCC0 = (01)|(00)

23、; Src=AHB,l ncreme ntrDIDST0 = (U32)UTXH0;/ Tx FIFO address rDIDSTCO = (11)|(10); Dst=APB,Fixed;rDCONO = (031)|(030)|(129)|(028)|(0 27) | (1 24) | (1 23) | (1 22) | (0 20) | (58);/ha ndshake,Sy nc=APB,l ntEn,un it, sin gle, dst=UART0,HwReqMode, NoAutoReload,Halfword,rDMASKTRIG0 = (11); /DMA0E n*/while(1);第6章、運(yùn)行結(jié)果及結(jié)論6.1運(yùn)行結(jié)果串口助手的最下欄顯示接收