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S02-CH21 利用AXI DMA进行批量数据环路测试

摘要: 软件版本：VIVADO2017.4操作系统：WIN10 64bit硬件平台：适用米联客 ZYNQ系列开发板米联客(MSXBO)论坛：www.osrc.cn答疑解惑专栏开通，欢迎大家给我提问！！21.1概述本课讲解了一个最基本的DMA环路搭建，通过PS端 ...

软件版本：VIVADO2017.4

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用米联客 ZYNQ系列开发板

米联客(MSXBO)论坛：www.osrc.cn答疑解惑专栏开通，欢迎大家给我提问！！

21.1概述

本课讲解了一个最基本的DMA环路搭建，通过PS端控制DMA对DDR数据的读写和校验，完成环路测试。本课程是DMA设计的基础，读者务必认真阅读和学习。

本课程设计一个最基本的DMA环路，实现DMA的环路测试。

PS端ARM将数据发送给DDR。
PS控制DMA，使DMA通过数据通道读取DDR中的数据；DMA将读取到的数据传给FIFO。
FIFO将数据传输给DMA；PS控制DMA，使DMA通过数据通道将数据写入DDR中。
传输校验，对比接收数据与发送数据是否一致。

本课程会详细介绍创建工程的每个步骤，后面的课程将不再详细介绍创建工程的步骤。

21.2 FPGA BD工程搭建

Step1:新建一个名为为Miz_sys的工程。

Step2:创建一个BD文件，并命名为system，添加并且配置好ZYNQ IP。读者需要根据自己的硬件类型配置好输入时钟频率、内存型号、串口，连接时钟等。新手不清楚这些内容个，请参考“CH01 HelloWold/DDR/网口测试及固化”这一节课。

Step4：PL Fabric Clock:勾选FCLK_CLK0，设置为100，即PS的PLL提供本系统的时钟100MHZ。

Step7:单击OK。

Step8:双击DMA IP ，设置如下。

勾选读通道；勾选写通道；

设置Wideh of buffer length register ：14。（寄存器设置最大为23，即2的23次方8,388,607bytes，8M大小，这里设置14bit 就够用了，长度越大，需要的资源也就越多）

Step9:Data FIFO 设置

设置TDATA Width为4。

Step12:Concat IP设置

Concate IP实现了单个分散的信号，整合成总线信号。这里，将2个独立的中断信号，合并在一起连接到ZYNQ IP的中断信号接口上。

设置：Number of Ports:2

In0 Width :1

In1 Width :1

Dout Width:2

Step10:点击Run Block Automation ，自动配置ZYNQ IP 。

Step11：点击Run Connection Automation 自动连线。只要软件提示你需要自动连线，一般都需要进行自动连线，除非自己知道如何连线，有特殊需求。

Step12：如果还有提示需要自动连线的继续让软件自动连线，直到出下如下。可以看到，还有未连线的模块。

连接完成后如下图

21.3 搭建好的FPGA BD工程

至此，就完成了工程架构的搭建。后面的操作过程是Validate Design->Gerate Out products->Create wrappers-> Generate Bitstream ，产生完成后导出硬件，加载SDK。

21.4 PS部分软件分析

21.4.1新建SDK工程

Step1:新建一个名为AXI_DMA_Test的空的软件工程

Step2:将提供例程中SDK工程的源文件复制，并粘贴到新建SDK工程，软件会自动编译。

21.3.2 main.c源码的分析

函数分析1

函数名：int init_intr_sys(void)；

功能：对中断资源的初始化，使能中断资源。

说明：这个函数里面调用的函数是笔者封装好的初始化函数，使用起来比较方便。一般只要给出中断对象，中断号，就可以对中断进行初始化。

init_intr_sys函数

int init_intr_sys(void)

{

DMA_Intr_Init(&AxiDma,0);//initial interrupt system

Init_Intr_System(&Intc); // initial DMA interrupt system

Setup_Intr_Exception(&Intc);

DMA_Setup_Intr_System(&Intc,&AxiDma,TX_INTR_ID,RX_INTR_ID);//setup dma interrpt system

DMA_Intr_Enable(&Intc,&AxiDma);

}

init_intr_sys()调用函数

函数分析2

函数名称：int axi_dma_test()

功能：AXI DMA 传输测试

说明：为了发送的数据是已知是确定数据，先对TxBufferPtr 发送缓冲进行初始化，初始化后用Xil_DCacheFlushRange 函数把数据全部刷到DDR中。

axi_dma_test()调用函数

Main.c文件

int axi_dma_test()

{

int Status;

TxDone = 0;

RxDone = 0;

Error = 0;

xil_printf("\r\n----DMA Test----\r\n");

xil_printf("PKT_LEN=%d\r\n",MAX_PKT_LEN);

//while(1)

for(i = 0; i < Tries; i ++)

{

Value = TEST_START_VALUE + (i & 0xFF);

for(Index = 0; Index < MAX_PKT_LEN; Index ++) {

TxBufferPtr[Index] = Value;

Value = (Value + 1) & 0xFF;

}

/* Flush the SrcBuffer before the DMA transfer, in case the Data Cache

* is enabled

Xil_DCacheFlushRange((u32)TxBufferPtr, MAX_PKT_LEN);

Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) RxBufferPtr,

MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);

if (Status != XST_SUCCESS) {

return XST_FAILURE;

}

Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(u32) TxBufferPtr,

MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);

if (Status != XST_SUCCESS) {

return XST_FAILURE;

}

* Wait TX done and RX done

while (!TxDone || !RxDone) {

/* NOP */

}

success++;

TxDone = 0;

RxDone = 0;

if (Error) {

xil_printf("Failed test transmit%s done, "

"receive%s done\r\n", TxDone? "":" not",

RxDone? "":" not");

goto Done;

}

* Test finished, check data

Status = DMA_CheckData(MAX_PKT_LEN, (TEST_START_VALUE + (i & 0xFF)));

if (Status != XST_SUCCESS) {

xil_printf("Data check failed\r\n");

goto Done;

}

xil_printf("AXI DMA interrupt example test passed\r\n");

xil_printf("success=%d\r\n",success);

/* Disable TX and RX Ring interrupts and return success */

DMA_DisableIntrSystem(&Intc, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID);

Done:

xil_printf("--- Exiting Test --- \r\n");

return XST_SUCCESS;

}

int init_intr_sys(void)

{

DMA_Intr_Init(&AxiDma,0);//initial interrupt system

Init_Intr_System(&Intc); // initial DMA interrupt system

Setup_Intr_Exception(&Intc);

DMA_Setup_Intr_System(&Intc,&AxiDma,TX_INTR_ID,RX_INTR_ID);//setup dma interrpt system

DMA_Intr_Enable(&Intc,&AxiDma);

}

int main(void)

{

init_intr_sys();

axi_dma_test();

}

21.3.3 dma_intr.c 源码分析

XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;这句代码是为了获取当前中断的对象。void *Callback是一个无符号的指针，传递进来的阐述可以强制转换成其他任何的对象，这里就是强制转换成 XAxiDma 对象了。

IrqStatus =XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE)这个函数获取当前中断号。

XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);这个函数是响应当前中断，通知CPU 当前中断已经被接收，并且清除中断标志位。如果中断全部正确，TxDone将被置为1表示发送中断完成。如果有错误，则复位DMA，并且设置超时参数

DMA_TxIntrHandler函数

/*****************************************************************************/

* This is the DMA TX Interrupt handler function.

* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any

* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt

* is present, then sets the TxDone.flag

* @param Callback is a pointer to TX channel of the DMA engine.

* @return None.

* @note None.

******************************************************************************/

static void DMA_TxIntrHandler(void *Callback)

{

u32 IrqStatus;

int TimeOut;

XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;

/* Read pending interrupts */

IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);

/* Acknowledge pending interrupts */

XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);

* If no interrupt is asserted, we do not do anything

if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) {

return;

}

* If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the

* hardware to recover from the error, and return with no further

* processing.

if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {

Error = 1;

* Reset should never fail for transmit channel

XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);

TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER;

while (TimeOut) {

if (XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {

break;

}

TimeOut -= 1;

}

return;

}

* If Completion interrupt is asserted, then set the TxDone flag

if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {

TxDone = 1;

}

接收中断函数的原理和发送一样

IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);这个函数是获取当前中断号。

XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);这个函数是响应当前中断，通知CPU 当前中断已经被接收，并且清除中断标志位。

如果中断全部正确，RxDone将被置为1表示接收中断完成。如果有错误，则复位DMA，并且设置超时参数

DMA_RxIntrHandler函数

/*****************************************************************************/

* This is the DMA RX interrupt handler function

* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any

* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt

* is present, then it sets the RxDone flag.

* @param Callback is a pointer to RX channel of the DMA engine.

* @return None.

* @note None.

******************************************************************************/

static void DMA_RxIntrHandler(void *Callback)

{

u32 IrqStatus;

int TimeOut;

XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;

/* Read pending interrupts */

IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);

/* Acknowledge pending interrupts */

XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);

* If no interrupt is asserted, we do not do anything

if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) {

return;

}

* If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the

* hardware to recover from the error, and return with no further

* processing.

if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {

Error = 1;

/* Reset could fail and hang

* NEED a way to handle this or do not call it??

XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);

TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER;

while (TimeOut) {

if(XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {

break;

}

TimeOut -= 1;

}

return;

}

* If completion interrupt is asserted, then set RxDone flag

if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {

RxDone = 1;

}

DMA_CheckData函数

/*****************************************************************************/

* This function checks data buffer after the DMA transfer is finished.

* We use the static tx/rx buffers.

* @param Length is the length to check

* @param StartValue is the starting value of the first byte

* @return

* - XST_SUCCESS if validation is successful

* - XST_FAILURE if validation is failure.

* @note None.

******************************************************************************/

int DMA_CheckData(int Length, u8 StartValue)

{

u8 *RxPacket;

int Index = 0;

u8 Value;

RxPacket = (u8 *) RX_BUFFER_BASE;

Value = StartValue;

/* Invalidate the DestBuffer before receiving the data, in case the

* Data Cache is enabled

#ifndef __aarch64__

Xil_DCacheInvalidateRange((u32)RxPacket, Length);

#endif

for(Index = 0; Index < Length; Index++) {

if (RxPacket[Index] != Value) {

xil_printf("Data error %d: %x/%x\r\n",

Index, RxPacket[Index], Value);

return XST_FAILURE;

}

Value = (Value + 1) & 0xFF;

}

return XST_SUCCESS;

}

21.3.4 dam_intr.h 文件分析

一般把DMA相关变量、常量、函数的声明或者定义放到头文件中，dam_intr.h比较关键的参数如下：

dam_intr.h中变量

名称	说明
TX_BUFFER_BASE	DMA发送缓存的基地址
RX_BUFFER_BASE	DMA接收缓存的基地址
MAX_PKT_LEN	表示每一包数据传输的长度
NUMBER_OF_TRANSFERS	用在连续测试的时候的测试次数
TEST_START_VALUE	用于测试的起始参数