AXI DMA IP核使用说明

小Ganymedes

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文章标签： fpga开发

于 2023-02-19 22:19:25 首次发布

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AXIDMAIP核提供高带宽内存到AXI4-Stream外设的DMA服务，支持直接DMA和scatter/gather模式。文章介绍了其结构，包括MM2S和S2MM通道，以及S/G模式下的描述符工作原理。此外，还详细阐述了时钟、复位、寄存器配置和多通道模式的使用。

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AXI DMA提供内存和AXI4-Stream 目标外设之间的高带宽直接内存访问。DMA除了配置为直接DMA模式外，还可以配置为scatter/gather（S/G）模式，S/G模式减轻CPU负担。

为了掌握对DMA的使用方法，需要对DMA IP核有足够的了解。这篇文章主要对AXI DMA IP 核的使用进行简单的说明，接下来详细论述，首先是 AXI DMA IP核的结构图，如下所示：

1 AXI DMA IP核结构图

AXI DMA IP核结构图
在上图中，DMA 能够实现的功能有:
（1） 内存到AXI4S（AXI4-Stream）是通过AXI4 Read Master 到 AXI4 memory-mapped to stream (MM2S) Master;
AXI4S到内存是 AXI stream to memory-mapped (S2MM) Slave到AXI4 Write Master，在S/G模式下，MM2S和S2MM可以实现最多16个通道的数据传输。
（2） 提供byte级数据重对齐，允许从内存任何位置访问数据；
（3） MM2S通道提供 AXI4 Control Stream 控制流，S2MM提供状态流；
（4） S/G 模式允许访问和更新内存中的 buffer描述符（buffer descriptors, bd）
（5） AXI4接口支持32, 64, 128, 256, 512 和 1024 位的数据传输；
（6） AXI4S 接口支持8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 和 1024位的数据传输。

在此先说明一下S/G模式 。
S/G 模式：DMA操作需要在内存中驻留的数据结构保存DMA操作列表，列表描述为描述符链，任一描述符有指向下一描述符的指针，最后一个描述符指向第一个描述符。描述符的存在可以实现数据报头和数据内从在内存中不同位置，获取报头和获取数据相互独立，增加吞吐量。
在 MM2S 通道上使用帧起始位(TXSOF)和帧结束位(TXEOF)描述内存中的数据包长度，当DMA获取TXSOF位设置的描述符时，触发包的开始。数据包继续获取后续描述符，直到获取一个设置了TXEOF位的描述符。
在S2MM通道上，DMA使用RXSOF 和 RXEOF标记描述符。

2 AXI DMA IP接口

了解IP核的结构后，就需要了解IP核的使用方法，首先介绍下IP核的接口资源。
AXI DMA IP核的接口如下图所示：
在这里插入图片描述
下面详细介绍接口功能：

s_axi_lite_aclk： AXI4-Lite时钟；
m_axi_sg_aclk： S/G模式时钟；
m_axi_mm2s_aclk： MM2S通道时钟；
m_axi_s2mm_aclk： S2MM通道时钟；

axi_resetn： 复位
mm2s_introut：	MM2S通道中断；
s2mm_introut： S2MM通道中断；
axi_dma_tstvec： 提供调试使用；

s_axi_lite_*： AXI4-Lite接口；

AXI4存储器读接口
m_axi_mm2s_*： MM2S通道读接口；

AXI4S 接口
mm2s_prmry_reset_out_n： MM2S通道数据流设备的复位输出；
m_axis_mm2s_*： MM2S的AXI4S接口；

AXI4控制接口
mm2s_cntrl_reset_out_n：MM2S通道控制的复位输出；
m_axis_mm2s_cntrl_*： MM2S的AXI4控制接口；

AXI4存储器写接口
m_axi_s2mm_*：  S2MM 通道写接口；


s2mm_prmry_reset_out_n： S2MM 通道数据流设备的复位输出；
s_axis_s2mm_*： S2MM 的AXI4S接口；


s2mm_sts_reset_out_n： S2MM 通道状态的复位输出；
s_axis_s2mm_sts_*：  S2MM 的AXI4状态接口；

S/G读接口
m_axi_sg_*： S/G读接口
m_axi_sg*： S/G写接口

1 寄存器说明

对于上面某些控制接口或者状态接口，比如中断接口来说，DMA传输过程中或许不需要产生中断，所以DMA的某些寄存器可以通过用户配置，实现功能选择。DMA的同一地址空间中寄存器对于不同的传输模式，其功能也不相同，下面详细介绍寄存器功能：

1 MM2S寄存器

S/G模式下寄存器地址

寄存器地址	名称	描述
00h	MM2S_DMACR	run/stop状态控制，1是
04h	MM2S_DMASR	MM2S DMA状态寄存器
08h	MM2S_CURDESC	MM2S当前描述符指针。地址的低32位。
0Ch	MM2S_CURDESC_MSB	MM2S当前描述符指针。地址的高32位。
10h	MM2S_TAILDESC	MM2S结尾描述符指针。地址低32位
14h	MM2S_TAILDESC_MSB	MM2S结尾描述符指针。地址高32位
2Ch	SG_CTL	S/G模式控制
30h	S2MM_DMACR	S2MM DMA控制寄存器
34h	S2MM_DMASR	S2MM DMA状态寄存器
38h	S2MM_CURDESC	S2MM当前描述符指针。地址的低32位。
3Ch	S2MM_CURDESC_

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