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英創信息技術精簡ISA總線Linux編程 – Part3簡介

英創信息技術 ? 來源:英創信息技術 ? 作者:英創信息技術 ? 2020-02-11 16:48 ? 次閱讀

精簡ISA總線接口是一種8-bit寬度的雙向并行擴展總線,其特點是地址數據分時復用8位總線,加上4條總線控制信號,即可實現對外部數據的快速讀寫。若再使能一條總線時鐘信號(共13條信號),就可實現高達10MB/s以上的數據傳輸。精簡ISA總線作為英創主板的特色功能之一,在ESM6802、ESM7000、ESM7100、ESM335x等多款型號中均有配置。

關于對精簡ISA總線接口的應用編程的基本方法,請參考《精簡ISA總線編程– Part 1》;應用程序直接啟動DMA做定長數據的傳送方法,請參考《精簡ISA總線編程– Part 2》。本文介紹由外部硬件觸發DMA傳送,應用程序通過ISA驅動(/dev/em_isa)讀取采集數據的方法。

硬件DMA的基本工作原理

下圖是基于硬件DMA實現高速數據采集功能的系統框圖:

●應用程序通過常規的異步ISA讀寫操作,對AD采集單元進行必要配置。

●通過特殊的isa_write_buf(..)操作啟動硬件DMA。

●當AD采集單元轉換數據準備好,發出DMA請求信號(DMAREQ置高,脈沖寬度400ns – 1000ns)。

●DMA控制器感受到DMAREQ信號,連續產生4個同步總線周期,讀取AD單元內已準備好的數據,每個同步周期讀取2個字節,共讀取8個字節。從DMAREQ請求開始,到DMA數據傳輸完畢,整個過程大約1840ns。之后DMA將等待一下一個DMAREQ脈沖信號。

●DMA讀取的數據將自動存入驅動程序內部的環形Buffer中,當DMA讀取的數據達到一定閾值(4KB)時,驅動將通過事件觸發應用程序讀取整塊數據。

由于AD單元中的數據是通過DMA硬件存入系統緩沖區的,由此產生的CPU開銷就很低。應用程序可在數據采集的同時,完成必要的數據處理、顯示、通訊等功能塊。另一方面,由于AD采集單元不再需要保存轉換的數據,可有效降低硬件成本。

實現基于硬件DMA的數據采集,需要以下信號:

ESM7000信號管腳 實際信號功能
ISA_AD0 ISA地址數據總線,LSB
ISA_AD1 ISA地址數據總線
ISA_AD2 ISA地址數據總線
ISA_AD3 ISA地址數據總線
ISA_AD4 ISA地址數據總線
ISA_AD5 ISA地址數據總線
ISA_AD6 ISA地址數據總線
ISA_AD7 ISA地址數據總線,MSB
ISA_CSn ISA片選控制信號CS,低電平有效
GPIO24 ISA同步總線周期時鐘BCLK
ISA_ADVn ISA地址鎖存控制信號ADV,低電平有效
ISA_RDn ISA數據讀控制信號RD,低電平有效
ISA_WEn ISA數據寫控制信號WE,低電平有效
GPIO12 DMA請求信號DMAREQ,輸入,高電平有效

注意:在使用硬件DMA數據傳輸時,將禁止使用掛角GPIO12和GPIO24的GPIO功能、禁止使用CAN2端口

DMA傳輸總線時序說明

圖1是一次完整的DMA傳輸總體時序圖。

圖1硬件DMA傳輸總線時序

從上面的時序可見,DMAREQ請求開始,到第一個總線周期,大約有640ns的延時。整個傳輸周期大約1840ns。按2000ns計算,采用硬件DMA傳輸,可實現每秒4MB字節的數據傳輸率。若假設4路模擬通道,每個樣點16-bit量化,這樣就對應每通道500ksps的采樣率。這樣的采樣率可滿足絕大部分的工控應用需求。展開圖1觀察,可見:

圖2硬件觸發DMA傳輸時序前半部分

圖3硬件觸發DMA傳輸時序后半部分

從上面的時序圖可見,有DMA啟動的總線周期,每個周期只有6個BCLK脈沖,讀取2個數據字節。這與在《精簡ISA總線編程– Part 2》中介紹的CPU啟動的DMA操作不同。在使用時需特別注意。DMAREQ的脈沖寬度有一定要求:DMAREQ脈沖寬度應大于240ns,才能保證可靠觸發DMA,其次DMAREQ應在DMA傳輸周期結束前變低,否則可能誤觸發下一次DMA傳輸。

每個總線周期詳細的時序關系如下:

圖4硬件觸發DMA總線周期時序

圖5硬件觸發DMA總線周期時序參數標注

為了簡化AD采集單元的電路設計,硬件觸發DMA傳輸總線周期輸出的地址固定在0xE0。AD采集單元的其他寄存器應避免使用0xE0 – 0xE1這兩個地址。

應用程序設計要點

應用程序啟動DMA數據傳輸,需要使用數據結構struct isa_transfer的傳遞參數和數據,struct isa_transfer的結構定義如下:

structisa_transfer
{
void *rx_buf; /* != NULL: buffer for bus read */
void *tx_buf; /* != NULL: buffer for bus write */
unsigned len; /* buffer length in byte */
unsigned offset; /* offset,port address on isa bus */
unsigned inc; /* = 0: fixed offset, = 1: offset+1 after r/w */
};

啟動硬件觸發DMA傳輸,需要特殊的寫操作,代碼如下:

structisa_transfer t;
// start ext-trigger dma
memset(&t, 0, sizeof(structisa_transfer));
t.offset = 0x50E0;
t.len = 0xFFFFFFFF;
isa_write_buf(fd, &t);

注意在上述代碼中t.rx_buf和t.tx_buf均必須為空。停止硬件觸發DMA傳輸的代碼為:

structisa_transfer t;
// stopext-trigger dma
memset(&t, 0, sizeof(structisa_transfer));
t.offset = 0x50E0;
t.len = 0;
isa_write_buf(fd, &t);

在啟動DMA后,應用程序的數據接收線程需調用poll等待數據ready的消息:

structpollfdfds[1];
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLPRI;
// wait data ready with timeout 2 seconds
if(poll(fds, 1, 2) == -1) {
perror("poll failed!\n");
goto error;
}
// data is ready….

讀取數據的代碼為:

intrc, total_bytes;
structisa_transfer t;
externunsignedchargbuf[64 * 1024];
total_bytes = 0;
memset(&t, 0, sizeof(structisa_transfer));
// read data
t.rx_buf = gbuf;
t.offset = offset;
t.len = sizeof(gbuf);
rc = read(fd, &t, sizeof(structisa_transfer));
if(rc< 0) {
printf("%s dma data read failed %d\n", __func__, rc);
}
elseif(rc> 0) {
total_bytes += rc;
printf("%s dma data read %d\n", __func__, total_bytes);
}
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