DMAC 配置

DMA 一般配置流程如下：

  1. 初始化时钟：打开 DMA 控制器（DMAC）时钟

  2. 配置相关 DMA 通道

  1. 申请一个空闲的 DMA 通道

  2. 根据应用需求，配置通道控制参数

  1. 传输方向和流控：如内存到外设、外设到内存等，以及由源或目的外设、或 DMAC 控制传输请求和节奏

  2. 源端口和目的端口地址

  3. 传输宽度（1/2/4 Bytes）

  4. 突发长度 msize（1/4/8/16）

  5. 传输块大小（Block Size）

  6. 优先级设置

  1. 使能通道中断（如需传输完成/异常通知）

  2. 启动数据传输：打开通道使能位，启动 DMA 通道，外设/DMAC 发起 DMA 请求，启动数据搬运过程

  3. 结束与后处理

    1. DMA 传输完成后，产生中断

    2. 在中断服务函数中处理完成信号、释放资源等

DMA 参数示意图如下所示：

../../../_images/dmac_block_size_diagram.svg

通道申请和释放

DMA 通过以下两个 API 实现通道的申请和释放：

  • GDMA_ChnlAlloc() ：按顺序从通道 0 开始分配

  • GDMA_ChnlFree() ：按照指定的通道编号释放通道

通道申请过程中，可能出现两个 CPU 同时申请一个通道，这会导致程序运行异常。为解决该问题，在通道申请过程中，会使用硬件信号量来 保护。

传输方向和流控制器

目前共有四种传输方向和两种流控制器设置，共八种可用配置。

  • 当外设作为流控制器时，DMA 将根据外设发出的单次/突发请求进行数据传输。

  • 当 DMAC 作为流控制器时，所有来自外设的请求都将按照配置的请求进行处理。

CTLx.TT_FC[2:0]（x为通道编号）

方向

流控制器

000

内存 到 内存

DMAC

001

内存 到 外设

DMAC

010

外设 到 内存

DMAC

011

外设 到 外设

DMAC

100

外设 到 内存

外设

101

外设 到 外设

源外设

110

内存 到 外设

外设

111

外设 到 外设

目的外设

流控制器配置原则：

  • 如果 block_ts 已知，使用 DMAC 作为流控制器。例如播放音乐、图片等，以及搬运内存数据。

  • 如果 block_ts 未知，使用外设作为流控制器。例如 UART 接收不定长数据，可以让 UART 做流控制器，每当有数据来临再请求传输。

警告

  • 仅当 DMAC 用作流控制器时，才能设置 block_ts 参数。

  • 使用外设作为流控制器，需要确保 IP 在硬件设计上支持触发 DMA 请求。详情可参考 握手 章节。

数据块大小

RTL8721Dx:

上图阐述了 DMAC 传输数据大小的设置。block_ts 表示将在单个数据块中传输的数据量，需要设置为 总数据量/SRC_TR_WIDTH，最大值是 {{IC_PARAM_GDMA_BLOCK_SIZE}}。

事务模式和宽度

DMAC 传输时，单次传输事务（Transaction）的大小可配置：

  • msize > 1：突发传输

  • msize = 1：单次传输

CTLx.SRC_MSIZE[2:0]/DEST_MSIZE[2:0]

传输 msize

000

1

001

4

010

8

011

16

100 及以上

不支持

DMAC 支持以下传输宽度：

CTLx.SRC_TR_WIDTH[2:0]/DST_TR_WIDTH[2:0]

传输宽度/Byte

000

1

001

2

010

4

011 及以上

不支持

  • 当 DMAC 作为流控制器，单个数据块传输到最后，剩余的数据量不足以完成一次 Msize * Width 传输，但满足一次 1 * Width 传输，DMAC 将发起单次传输请求，完成传输。

  • 当外设作为流控制器，外设决定发出单次传输还是突发传输请求。

备注

  • 读写外设时： SRC_TR_WIDTH/DST_TR_WIDTH 根据外设的数据宽度决定。

  • 读写内存时：

    • 如果缓存被禁用，内存地址无需对齐，但需确保总数据量能被 SRC_TR_WIDTH 整除，以保证 block_ts 为整数。

    • 如果缓存被启用，内存地址必须满足缓冲区边界对齐，且需按缓存行对齐。

  • 当源或者目的是内存时（如 P2M、M2M 模式）：硬件将强制 Memory 端的传输位宽为 4 Bytes，配置的 DST_TR_WIDTH 或 SRC_TR_WIDTH 参数将被忽略。

  • 为防止 FIFO 溢出或下溢，要求 SRC_MSIZE * SRC_TR_WIDTH 必须等于 DST_MSIZE * DST_TR_WIDTH。

传输类型

DMAC 支持以下传输类型：

  • Single Block： 仅包含一个数据块

  • Multi-Block：包含多个数据块

    • 自动重加载（Auto-reloading）模式

    • 链表（Link List）模式

    • 连续（Continuous）模式

各个模式使用场景及特点如下：

DMAC 各模式特点

模式

子模式

使用场景

特点

Single Block

地址空间连续且仅传输一次

  • 传输完成后 DMA 立即停止

Multi-Block

auto-reload

地址空间连续且源端或者目的端需要重复加载某一个数据块

  • 若开启块中断，每个块传输完成都会暂停，直到中断处理结束

Link List

地址空间非连续

  • 若开启块中断，每个块传输完成后触发中断，但将立即传输下一个块

  • 该模式下，即便进入中断也不会阻碍 DMA 数据传输

continuous

单个地址空间连续的数据块

  • 始终保持地址递增模式，若源和目的端均为 continuous 模式，则传输与 single block 相同

  • 通常用于仅一端为连续地址、另一端使用 auto-reload 或 Link List 模式的场景

Auto-reloading 模式

在 auto-reloading 模式下，源和目标可分别选择使用的方法。

Auto-reloading 传输类型

设置

说明

Src auto reload

PGDMA_InitTypeDef->GDMA_ReloadSrc = 1

PGDMA_InitTypeDef->GDMA_ReloadDst = 0

对多块传输（multi-block transfers），每块结束时SAR寄存器会从初始值自动重载，目的地址连续，如

Multi-Block 传输-源地址自动重载&目的地址连续 所示。

Dst auto reload

PGDMA_InitTypeDef->GDMA_ReloadSrc = 0

PGDMA_InitTypeDef->GDMA_ReloadDst = 1

对多块传输，每块结束时DAR寄存器会从初始值自动重载，源地址连续。

Src & Dst auto reload

PGDMA_InitTypeDef->GDMA_ReloadSrc = 1

PGDMA_InitTypeDef->GDMA_ReloadDst = 1

对多块传输，每块结束时SAR和DAR寄存器都会从初始值自动重载，如 Multi-Block 传输-源和目的地址均自动重载 所示。
../../../_images/mbd_source_auto_dest_cont.png

Multi-Block 传输-源地址自动重载&目的地址连续

../../../_images/mbd_source_dest_auto.png

Multi-Block 传输-源和目的地址均自动重载

地址递增类型

源地址递增

包含两种模式：

  • 递增（Increment）：表示在每次源端传输时，源地址是否递增。递增操作用于对齐到下一个 CTLx.SRC_TR_WIDTH 边界。

  • 不变（No change）：如果设备从具有固定地址的源外设 FIFO 读取数据，则应将该字段设置为"不变"。

目的地址递增

包含两种模式：

  • 递增（Increment）：表示在每次目的端传输时，目的地址是否递增。递增操作用于对齐到下一个 CTLx.DST_TR_WIDTH 边界。

  • 不变（No change）：如果设备将数据写入到具有固定地址的目的外设 FIFO，则应将该字段设置为"不变"。

配置原则：

  • 如果源端或者目的端为 Memory，地址模式一般设置为 Increment。

  • 如果源端或者目的端为外设，地址模式一般设置为 No Change。

FIFO

每个 DMAC 通道都有自己独立的 FIFO，且不同通道的 FIFO 大小不同。

RTL8721Dx:
FIFO Size

通道号

CH0

CH1

CH2~CH7

FIFO 大小/Bytes

128

128

32

中断类型

DMAC 支持多种中断类型，这些中断可独立使用或组合使用。

中断类型

说明

块中断

单个数据块传输完成触发

传输中断

所有数据块传输完毕时产生

错误中断

传输过程中发生错误

备注

  • 多块 auto-reload 模式下，块中断触发后将暂停传输，待中断处理函数执行完毕后再继续。

  • Link List 模式的传输完成条件为：最后一个数据块的下一数据块指针为空。

  • Link List 模式下，块中断不会暂停传输，下一个数据块将立即开始传输。

挂起和终止

DMAC 支持通道的挂起恢复和强制终止。

  • 挂起通道：直接配置 CFGx.CH_SUSP，但不保证当前数据传输已完成。需结合 CFGx.INACTIVE 状态检测，方可安全暂停且不丢失数据。

  • 恢复传输：清除 CFGx.CH_SUSP 即可继续进行数据传输。

  • 终止传输：需持续轮询 CFGx.INACTIVE 直至该位设为 1，方可终止传输。

备注

CFGx.INACTIVE 用于指示通道在 AXI 总线上是否处于空闲状态（1 = 非活跃，0 = 活跃）。可与 CFGx.CH_SUSP 配合使用，在目的端为外设时安全关闭通道。通道进入非活跃状态的场景：

  • DMAC 完成所有待写数据的内存写入操作后，CFGx.INACTIVE 自动置 1。

  • 外设数据宽度（如 4 字节）超出 DMAC FIFO 剩余空间（如 2 字节），无法发起写操作，CFGx.INACTIVE 立即置 1。

聚集和分散

RTL8721Dx:

不支持。

优先级

DMAC 支持两种通道优先级：

  • 软件：各通道优先级可通过 CFGx.CH_PRIOR 配置，有效值范围为 0 ~ (DMAC_NUM_CHANNELS-1)。其中， 0 为最高优先级， DMAC_NUM_CHANNELS-1 为最低优先级。

  • 硬件：若两个通道请求的软件优先级相同，或未配置软件优先级，通道编号较小的通道优先级更高（例如：通道 2 优先级高于通道 4）。

握手

DMAC 仅支持硬件握手，不支持软件握手。仅在与外设进行数据传输时，才需配置握手接口。所有硬件握手接口在 IC 设计阶段已固定，用户无法自行更改。 当前 IC 支持的硬件握手接口及其对应 IP 如下表所示：

RTL8721Dx:
DMAC 握手接口

功能

握手编号

说明

UART0 TX

0

UART0 RX

1

UART1 TX

2

UART1 RX

3

UART2 TX

4

UART2 RX

5

SPI0 TX

6

SPI0 RX

7

SPI1 TX

8

SPI1 RX

9

SPIC TX

10

SPIC RX

11

SPORT0 TX

12

两个FIFO，占用编号12和13

SPORT0 RX

14

两个FIFO，占用编号14和15

SPORT1 TX

16

两个FIFO，占用编号16和17

SPORT1 RX

18

两个FIFO，占用编号18和19

LEDC_TX

20

I2C0 TX

21

I2C0 RX

22

I2C1 TX

23

I2C1 RX

24

实时状态获取

DMAC 支持实时获取当前传输的源地址、目的地址和已传输数据量。

需调用对应 API 读取。

备注

若要获取已传输数据量，block_ts 必须至少大于 768，且不可在中断函数中读取；否则，获取的值始终为 0。

安全机制

默认情况下，DMAC 的安全传输功能处于关闭状态。当用户需要使用该功能时，需首先开启 Trustzone 功能 。

DMAC 支持针对每个通道独立配置安全传输功能。启用该功能后，DMAC 将通过 AXI 主机接口发起 Secure 访问请求。此时，DMAC 可以在安全和非安全的外设（或内存）之间传递数据。

  • 安全通道仅能在安全世界中配置，且安全通道可访问安全外设（内存）和非安全外设（内存）；

  • 非安全通道仅能访问非安全外设（内存）。

要启用某通道的安全传输特性，可在 Secure 代码中配置 DMAC 参数时，设置如下结构体成员：

PGDMA_InitTypeDef->SecureTransfer = 1;