Nios_II_中的DMA使用

### Nios II 中 DMA 使用详解 #### 一、引言 Direct Memory Access (DMA) 是一种高效的数据传输技术，它可以实现在外设与内存之间直接进行数据交换而无需 CPU 的干预，极大地减轻了 CPU 的负担并提高了系统的整体性能。本文将详细介绍如何在 Altera Nios II 处理器上实现和利用 DMA 技术。 #### 二、Nios II DMA 概览 在 Nios II 系统中，DMA 控制器是作为硬件 IP 核集成在 SoPC 架构中的。Nios II 的 DMA 控制器提供了多种传输方式，包括从内存到设备（transmit）、从设备到内存（receive）以及内存到内存等。这些操作可以通过硬件抽象层 (HAL) 来简化编程过程。 #### 三、DMA 设备配置 1. **DMA 设备添加** 在 SOPC Builder 中，首先需要添加一个 DMA 设备。本文档中使用的设备名为 `dma_0`。默认情况下，该设备提供了必要的配置选项。 2. **总线连接** DMA 设备包含三个端口：`read_master`、`write_master` 和 `control_port_slave`。为了实现内存之间的 DMA 传输，需要正确地连接这些端口。具体来说，`read_master` 端口应连接到 SDRAM，而 `write_master` 端口则应连接到 on-chip memory。这一步骤需要在 SOPC Builder 中完成，确保各组件之间的正确连接。 3. **系统生成与下载** 完成上述步骤后，可以在 SOPC Builder 中生成整个系统，并在 Quartus II 中进行编译和下载，以验证硬件配置的正确性。 #### 四、软件编程实现 DMA 传输 1. **头文件包含** 在 Nios II IDE 中编写代码时，需要包含以下头文件：`sys/alt_dma.h`。该头文件提供了用于控制 DMA 控制器的函数声明和数据结构定义。 2. **DMA 通道配置** 对于内存到内存的 DMA 操作，需要配置 transmit 和 receive 通道。这意味着在程序中需要初始化两个 DMA 通道：一个用于从 SDRAM 读取数据，另一个用于将数据写入 on-chip memory。 3. **回调函数** 为了监控 DMA 传输的状态，通常会定义一个回调函数。当 DMA 传输完成后，该函数会被调用。在本例中，定义了一个简单的 `done` 函数，用于更新一个全局变量 `rx_done`，以指示 DMA 传输是否完成。 4. **DMA 操作实现** 下面是一段示例代码，展示了如何使用 Nios II 的 HAL API 实现内存到内存的 DMA 传输： ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/alt_dma.h> #include "system.h" static volatile int rx_done = 0; /* 回调函数 */ static void done(void* handle, void* data) { rx_done++; } int main() { alt_dma_channel_handle_t tx_channel; alt_dma_channel_handle_t rx_channel; // 初始化 DMA 通道 alt_dma_channel_init(&tx_channel, &rx_channel, NULL); // 设置回调函数 alt_dma_set_callback(&rx_channel, done, NULL); // 配置 DMA 传输 alt_dma_channel_transfer(tx_channel, src_addr, dest_addr, num_bytes); // 启动 DMA 传输 alt_dma_channel_start(tx_channel); // 等待 DMA 传输完成 while (rx_done == 0); // 清理 DMA 通道 alt_dma_channel_cleanup(tx_channel, rx_channel); return 0; } ``` 在这段代码中，`src_addr` 和 `dest_addr` 分别表示源地址和目的地址，`num_bytes` 表示要传输的字节数。`alt_dma_channel_transfer` 函数用于配置 DMA 传输的具体参数。 #### 五、总结 通过本文的介绍，我们可以看到，在 Nios II 中使用 DMA 进行数据传输是一项非常实用且高效的技能。它不仅可以提高系统的数据处理速度，还能降低 CPU 的负载，从而使得整个系统运行更加流畅。掌握 Nios II 的 DMA 使用方法对于从事嵌入式系统开发的工程师来说至关重要。