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精簡ISA總線Linux編程 – Part3    發布時間:2019-3-22    被閱覽數:

  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:


精簡ISA總線編程– Part3-1.png


  ● 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_AD1ISA地址數據總線

ISA_AD2

ISA地址數據總線
ISA_AD3ISA地址數據總線

ISA_AD4

ISA地址數據總線
ISA_AD5ISA地址數據總線

ISA_AD6

ISA地址數據總線
ISA_AD7ISA地址數據總線,MSB

ISA_CSn

ISA片選控制信號CS,低電平有效
GPIO24ISA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_RDnISA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
GPIO12DMA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。


dma-ext-read-bl4-sync-1.png


精簡ISA總線編程– Part3.png

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:


dma-ext-read-bl4-sync-2.png

圖2 硬件觸發DMA傳輸時序前半部分


dma-ext-read-bl4-sync-3.png

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:


dma-ext-read-sync.png

圖4 硬件觸發DMA總線周期時序


精簡ISA總線編程– Part3-2.png

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);

}


  有興趣的客戶可與英創公司技術聯系,索取完整的測試代碼源碼。技術支持郵箱:support@emtronix.com。

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