用于帶有PCIe的嵌入式系統(tǒng)的散/聚式DMA

新一代的互聯(lián)需求持續(xù)不斷地向軟硬件設(shè)計(jì)施加壓力。不斷提高的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，數(shù)據(jù)信道隔離，數(shù)據(jù)平滑恢復(fù)和完整性等，都是值得考慮的一些指標(biāo)要求。PCIe就是能夠滿足上述要求的一種互聯(lián)技術(shù)。

在FPGA中實(shí)現(xiàn)一個(gè)PCIe接口時(shí)，為了確保系統(tǒng)效率，系統(tǒng)抖動(dòng)，數(shù)據(jù)時(shí)鐘開銷以及必須滿足的端到端總帶寬需求，設(shè)計(jì)師必須考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。將一個(gè)散/聚DMA(SGDMA)與一個(gè)PCIe接口結(jié)合起來，通過從本地處理器上卸載一些數(shù)據(jù)傳輸負(fù)擔(dān)，以及均攤多通道間的硬件延遲，非常有助于軟硬件設(shè)計(jì)師滿足他們的設(shè)計(jì)需求。本文將討論采用基于FPGA的SGDMA與PCIe相結(jié)合的一些優(yōu)點(diǎn)。

　　絕大部分的新型DMA控制器都支持散/聚功能，這里，硬件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移，駐留在不連續(xù)的物理存儲(chǔ)器中，不需要主處理器來處理模塊間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。這是通過將DMA緩沖器描述符“鏈接”到一起來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)描述符中都含有使SGDMA自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移所需的所有信息。當(dāng)處理支持虛擬存儲(chǔ)器的操作系統(tǒng)時(shí)，SGDMA得到最普遍的采用。

　　直接存儲(chǔ)器訪問實(shí)現(xiàn)方案

　　衡量DMA控制器的收益有以下幾種方法：通過定量分析究竟重新獲取了多少時(shí)鐘周期?相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜度減少了多少?或者由于“隱藏”數(shù)據(jù)分發(fā)的開銷使DMA引擎增加了多少系統(tǒng)總吞吐量?增強(qiáng)型DMA引擎支持的一些功能包括：

　　* 在線分組緩沖存儲(chǔ)

　　* 本地和前端總線的同時(shí)傳輸

　　* 延時(shí)處理

　　* 終端事物處理搶斷

　　* 為DMA控制器連接的每條總線提供獨(dú)立仲裁

　　當(dāng)前端和本地總線處于超高負(fù)載條件下且傳輸數(shù)據(jù)前DMA控制器必須競(jìng)用并獲取總線占有權(quán)時(shí)，可以采用在線數(shù)據(jù)緩沖器。

　　圖1：虛擬存儲(chǔ)器環(huán)境中的SGDMA控制器。

　　在FPGA中使用塊存儲(chǔ)始終是下面幾方面的折中，即由于總線占用究竟需要多少臨時(shí)緩沖器?FPGA中的功能是否需要存儲(chǔ)器?使用中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所導(dǎo)致的附加延遲的代價(jià)如何?如果可能的話，在線分組緩沖器可以減少一些系統(tǒng)延遲，即用一條總線去讀取數(shù)據(jù)，而“存儲(chǔ)”總線不轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)。