基于PCI9054的DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)

引言

隨著ISA總線逐步被淘汰，基于PCI總線的擴展板越來越被廣泛地應用于各種高速、大數(shù)據(jù)量的處理系統(tǒng)中。盡管有許多供應商提供了各種通用的PCI總線擴展板，但在較多應用場合，用戶還必須自行設計能滿足自己特殊需求的PCI擴展板，這就不可避免地會遇到PCI總線接口問題。對于絕大多數(shù)用戶而言，選擇專用PCI接口芯片進行PCI接口設計是必然的選擇。PCI9054是PLX公司推出的一種32位33MHz的PCI總線主控I/O加速器。它采用多種先進技術，使復雜的PCI接口應用設計變得相對簡單。該芯片是目前主流的PCI接口芯片之一。

1  PCI9054的工作模式及DMA處理機制

PCI是外圍設備互連(PeripheralComponentInterconnect)的簡稱，它是一種通用總線接口標準。PCI提供了一組完整的總線接口規(guī)范、電氣特性和行為規(guī)約，通過該規(guī)范，計算機系統(tǒng)中的外圍設備能夠?qū)崿F(xiàn)結構化、可控化的連接以及正確地進行交互。PCI設備上有三種地址空間：I/O空間、存儲空間和配置空間。其中配置空間的信息主要包括設備識別號、供應商代碼號、Local總線三個空間的大小以及三個空間的基址等。

在計算機啟動時，系統(tǒng)將根據(jù)配置信息分配系統(tǒng)資源。CPU可以訪問PCI設備上的所有地址空間，其中I/O空間和存儲空間提供給設備驅(qū)動程序使用，而配置空間則由操作系統(tǒng)內(nèi)核中的PCI初始化代碼使用。PCI總線接口因其傳輸速度快、即插即用、自動配置的優(yōu)點而成為實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設備到主機之間接口的首選。

PCI9054是PLX公司生產(chǎn)的PCI總線接口控制器芯片，符合PCIV2.2規(guī)范，32位，工作頻率為33MHz,擁有兩個獨立的DMA通道，傳輸速率達132MB/s。PCI9054提供有PCI總線、EEPROM、LOCAL總線三個接口，其中LOCAL總線有三種工作模式:M模式、C模式和J模式，可通過模式選擇控制引腳MODE[1：0]進行控制。當MODE[1：0]為“11”時,PCI9054工作在M模式；當MODE[1：0]為"00"時,PCI9054工作在C模式；當MODE[1：0]為“01”時,PCI9054工作在J模式；當MODE[1：0]為“10”時，保留工作狀態(tài)。M模式可與Motorola公司的MPC850或MPC860系列高性能微處理器進行無縫連接；C模式可與Inteli960系列高性能微處理器進行無縫連接;J模式地址和數(shù)據(jù)線可以復用，但應用很復雜，不過在一些特殊的應用場合，利用J模式可以和TI公司6000系列DSP的HPI口進行接口，其控制邏輯將比其它模式簡單得多。

在實際的數(shù)據(jù)采集時，LOCAL總線接口一般設置為C模式。PCI9054芯片在PCI總線和LO-CAL總線之間有三種直接的數(shù)據(jù)傳輸模式，其中，在PCIInitiator模式,LOCAL總線主設備可通過PCI9054訪問PCI總線存儲空間和I/O空間；在PCITarget模式，PCI總線主設備可通過PCI9054訪問LOCAL總線存儲空間和I/O空間；而在DMA方式,PCI9054作為兩總線的主設備，可實現(xiàn)PCI總線存儲空間與LOCAL總線存儲空間之間的數(shù)據(jù)傳輸。

在PCI9054中,DMA傳輸主要用于PCI總線與LOCAL總線間的數(shù)據(jù)傳輸，此時,PCI9054將接管兩總線的控制權，可進行兩個方向的數(shù)據(jù)傳輸。和DMA操作相關的寄存器包括:DMA模式寄存器(DMAMODE)、PCI基地址寄存器(DMAPADR)、LOCAL基地址寄存器(DMALADR),傳輸大小寄存器(DMASIZ)和描述符指針寄存器(DMADPR)_o

通過這些寄存器的操作，就可以實現(xiàn)PCI到LOCAL或LOCAL到PCI的DMA數(shù)據(jù)傳輸。但是，這只是在硬件上的實現(xiàn),而要在Windows操作系統(tǒng)上進行操作，還必須具有相應的驅(qū)動程序支持。

2  DMA方式數(shù)據(jù)傳輸

雖然DriverWorks已設計好了程序框架，但其流程較為復雜。下面簡要介紹如何編寫DMA的WDM驅(qū)動程序。DriverWorks提供了三個類：kd--maAdapter、KDmaTransfer和KCommonDmaBuffer類，可用于實現(xiàn)DMA操作。其中，KDmaTransfer類用來管理和操縱DMA傳送，它能夠管理所有類型的DMA傳送操作；KDmaAdapter類用于建立一個DMA適配器，以說明DMA通道的特性，描述DMA傳送類型。例如，是總線主設備DMA還是系統(tǒng)DMA?如果是系統(tǒng)DMA,還有使用哪個DMA通道,DMA通道的寬度是8b還是16b等？而Kcom-monDmaBuffer類用于申請系統(tǒng)提供的公用緩沖區(qū)。利用上述幾個類來編寫DMA驅(qū)動程序的步驟如下：

(1) 創(chuàng)建一個KDmaAdapter類的實例，并且正確地描述要進行的DMA信息。

(2) 決定驅(qū)動程序使用的內(nèi)存類型是“Packet”還是“CommonBuffer”。DMA傳送可以使用Com-monBuffer暫時存放所要傳送的數(shù)據(jù)。CommonBuffer是由系統(tǒng)預先分配的一塊物理地址連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，處理器和設備都能對它進行訪問。Kcom-monDmaBuffer類可對CommonBuffer進行描述。另外一種方法是使用MDL(MemoryDescriptorList)描述的內(nèi)存區(qū)域來作為DMA傳送數(shù)據(jù)的源與目標，這種方法被稱為"PacketDMA”；

(3) 創(chuàng)建—KDmaTransfer類的實例,并使用成員函數(shù)Initiate給實例加入一個回調(diào)函數(shù)(callbackfunction)。

(4) 編寫上面所說的回調(diào)函數(shù)。當一次DMA傳送由于硬件設備的限制或由于緩沖區(qū)容量大小的限制而不得不分成多段傳送時，回調(diào)函數(shù)將會被多次調(diào)用。它首先通知設備開始進行傳送，然后立即返回，而并不是等待傳送結束再返回。

(5) 編寫代碼來處理分段傳送結束。驅(qū)動程序應能判定何時DMA傳送的一個分段傳送結束。驅(qū)動程序必須調(diào)用成員函數(shù)Continue來通知傳送對象當前分段已傳送完畢，如果整個DMA傳送還未完成，它會設置下一次傳送，并調(diào)用回調(diào)函數(shù)。DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛄鞒虉D如圖1所示。

3  DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸

在《PCI9054-DataBook》中，每種工作模式都將DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序圖放在一起，這并不意味著DMA和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸是等同的，這是兩個不同的概念。事實上，既可利用一周期的總線操作，也可以利用DMA方式進行數(shù)據(jù)傳輸。