Microsoft PowerPoint - 2013-w05-DMA-HWI-2013z [Compatibility Mode]

Procesory DSP – 2012

Materiały ilustracyjne do wykładu

cz - V

Podstawowe mechanizmy

organizacji transmisji

DMA i HWI

Przygotowane z wykorzystaniem materiałów
udostępnionych przez firmę Texas Instruments

Dr inż. Krzysztof Kardach

(ver. 8.0 październik 2012)

Wykaz wykorzystanych materiałów

Li Tan „Digital Signal Processing

„Digital Signal Processing

„Digital Signal Processing – Fundamentals and Applications” ;

” ;

DeVry University Decatur, Georgia, Elsevier 2008

S.M Kuo, B.H.Lee „Real

„Real

„Real----Time Digital Signal Processing”

Time Digital Signal Processing”

Time Digital Signal Processing” ––––

implementations, applications, and experiments with the TMS320C55x”;

John Wiley & Sons, 2006

CCS v5 WIKI -

http://processors.wiki.ti.com/index.php/Category:Code_Composer_Studio_

Bruno Pillard „An Introduction To Digital Signal Processors”;

„An Introduction To Digital Signal Processors”;

„An Introduction To Digital Signal Processors”; Uniwersytet

Sherbrooke

TMS320C

TMS320C5515

5515

5515 DSP

DSP

DSP System Users Guide

System Users Guide

System Users Guide [sprufx5d.pdf ]

TMS320C5

TMS320C55x Technical Overview

5x Technical Overview

5x Technical Overview [spru393g.pdf]

TMS320C5

TMS320C55x CPU Reference Guide

5x CPU Reference Guide

5x CPU Reference Guide [spru371f.pdf]

TMS320C55x

TMS320C55x DSP v3.x CPU Reference Guide [swpu073e.pdf]

TMS320C5515 Fixed-Point Digital Signal Processor

[sprs645e.pdf]

TMS320C5

TMS320C55555x

x CPU

CPU

CPU Mnemonic Instruction Set

Mnemonic Instruction Set

Mnemonic Instruction Set RG

RG [swpu067e.pdf]

TMS320C5

TMS320C55555x

x Assemby Language UG

Assemby Language UG

Assemby Language UG [spru280i.pdf]

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

DMA

Co jest naszym celem (

CPU

buffer0

Kanał

Przekaz ramki zakończony

buffer1

Uruchomienie przekazu przez kanał strumienia danych –
przeniesienie zawartości 0-wego bufora do 1-go bufora

Oba bufory są już w pamięci danych

Szkoda używać do tego CPU – przekaz ma być ciągły

Dostawą danych do bufora 0 zajmie się ktoś inny

Musimy zapewnić sygnalizację zakończenia przekazu
bufora – rozumiemy go jako „ramkę”

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Co dalej?

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

By do przekazu nie angażować CPU najlepiej użyć DMA

Zatem jak H

Użyć DMA do transferu danych z jednego miejsca

pamięci do drugiego

Zasygnalizować koniec przekazu bufora – może być

sygnałem startu do użycia gotowej zawartości bufora 1

Sygnalizować może kontroler DMA sygnałem
sprzętowego przerwania wewnętrznego kanału DMA

Zatem trzeba

Zaprogramować knał do przekazu i sygnalizacji

Zaprogramować CPU by zareagował na przerwanie

sprzętowe

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Uwagi o przykładowym programie

Czym jest DMA?

Co to jest HWI?

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Charakterystyka DMA

Przykład DMA

Programowanie DMA z CSL

Inne przydatne możliwości DMA

HWI (przerwanie DMA do CPU)

DMA

DMA – to mechanizm bezpośredniego dostępu do
pamięci, pozwalający na przemieszczanie danych
pomiędzy zasobami procesora bez angażowania CPU

Transfery odbywają się pod nadzorem kontrolera DMA

Organizowane są w indywidualnie konfigurowane i
pracujące drogi przekazu zwane kanałami

Konfigurowanie kanałów i inicjalizację ich pracy
prowadzi CPU zgodnie z przygotowanym programem

Transfer może być synchronizowany ze zdarzeniami w
procesorze oraz z działaniem innych zasobów systemu
w tym np. Timerów czy interfejsów jak McBSP

Podstawowym sposobem synchronizacji jest
wykorzystanie sygnałów sprzętowych przerwań - HWI

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

HWI

HWI to określenie mechanizmu sprzętowych przerwań.

Mechanizm przerwań służy do synchronizacji z programem
zdarzeń względem niego niesynchronicznych czyli zdarzeń,
których dokładnego momentu czasu wystąpienia nie
jesteśmy w stanie przewidzieć w chwili przygotowywania
programu sterującego.

Przerwania sprzętowe pochodzą od sprzętowych zasobów
systemu i związanych z nimi zdarzeń

Przygotowanie i obsługę HWI ułatwia dostępny w
środowisku narzędzi deweloperskich (narzędzi do
przygotowania i testowania kodu) manager systemu
operacyjnego czasu rzeczywistego DSP/BIOS

DSP/BIOS jest elementem firmowego środowiska Code
Composer Studio producenta procesorów TMS320C5515, H

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Charakterystyka DMA

Organizacja DMA?

Możliwości obsługi DMA?

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Przykład DMA

Programowanie DMA z CSL

Inne przydatne możliwości DMA

HWI (przerwanie DMA do CPU)

Uwagi o przykładowym programie

Direct Memory Access (DMA)

Prowadzi transfer danych bez angażowania CPU

Element: podstawowa jednostka transferu (1, 2, or 4 bajty)

Frame: (ramka) grupa od 1 do 64K elementów

Block: grupa od 1 do 64K ramek (frames)

Max wydolność: 2 transfery 16-bitowe (R/W) na cykl

SRC addr

DST addr

SOURCE

DEST

Element 1
Element 2

Element 3

Frame 1
Frame 2

Frame 3

CPU ma ustalony wyższy priorytet nad DMA

DMA kanały mogą być wstawione w kolejki cyrkulacji Hi/Low

Priorytet transferu DMA

Transfer można synchronizować z 20 zdarzeniami (np. DRR ready)

Elastyczne tryby indeksacji (+/-, elem/frm index) wsparte sortowaniem

Autoinit: Automatyczne ustawienie kanału do następnego transferu

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Kotrolery DMA

4 kontrolery DMA (0 – 3)

Każdy obsługuje 4 kanały
Każdy kanał dysponuje
własnym rejestrem FIFO

DMA obsługuje bufory w
układzie Ping-Pong

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

DMA Channels 0-3

Rejestry i środki DMA

Source

Destination

Elem Index

Frame Index

Control

Status

Gdzie sięga DMA”

Peryferia

EMIF

SARAM

DARAM

DMA

Bus

Elem Count

Frame Count

Każdy z kanałów dysponuje FIFO by odczyt mógł wyprzedzać zapis
(gdy zasoby docelowe są zajęte)

Program użytkownika zapisuje “config registers”. Gdy DMA zaczyna
transfer, config registers przepisywane są do working registers:

Src

Dest

Elem Ind

Frame Ind

Elem Cnt

Frame Cnt

Rejestry konfiguracji

Config Registers

Src

Dest

Elem Ind

Frame Ind

Elem Cnt

Frame Cnt

Rejestry robocze

Working Registers

DMA Start

Autoinit

Copy

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Możliwości kontrolerów DMA

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Przepustowość DMA

Na przepustowość DMA wpływają:

Kan-3

Kan-2

Kan-0

HIGH

Kan-0

Kan-2

Kan-1

LOW

CPU, który ma ustalony priorytet nad DMA – zatem sięgając do

SARAM, DARAM, EMIF, peryferii wpływa na działanie DMA

Ważność kanału, k.DMA mogą być włączane w kolejki cyrkul. High / Low
- W każdym włączeniu w kolejce kanał kolejce przenosi jeden element
- koło LOW rusza gdy High kończy ramki (xfr) lub czeka na „sync event”

Kanały można ustawić w tryb burst-przesłania 4-ech 32-bitowych
elementów na transfer dając „podwyższenie priorytetu” względem
kanałów o tym samym priorytecie w kolejce (zwiększa wydajność)

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Charakterystyka DMA

Przykład DMA

Organizacja danych do przesłania

Wpływ sposobu synchronizacji

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Programowanie DMA z CSL

Inne przydatne możliwości DMA

HWI (przerwanie DMA do CPU)

Uwagi o przykładowym programie

DMA Transfer (SARAM D/A)

To jeszcze nie wszystko w ustawieniach dla kanału DMA ...

Problem: - Prześlij blok „pixeli” z SARAM do D/A

- Wyjście poprzez McBSP/DMA z synchr. z D/A (Ready)

Src: mem_8

16-bit/pixels

(SARAM)

DMA

EXT_INT4

8 9 10

14 15 16

20 21 22 23

Dest: DXR

DXR

McBSP

Ready

D/A

Rejestr n

(DMA_CSDPn)

zawiera parametry źródła i przeznacz. kanału DMA

DST BEN

SRC BEN

SRC

DATA TYPE

DST

Pole

Opis

Opcje

Wybór?

SRC/DST BEN.

Włącz Burst

bez burst, 4 element. burst

DATA TYPE

Rozmiar Elem

rozmiary 1, 2, lub 4 bajty

SRC/DST

Wybór portu SA/DARAM, EMIF, Peryfer.

SARAM/Periph

no burst

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Pole

Opis

Opcje

Wybór?

SRC/DST AMODE

Addr index

none, +, elem indx, frm indx

Kan. enable

0: disable, 1: enable

SYNC

co Synch

20 opcji (plus bez synch)

Frame Sync

0: element, 1: frame

PRIO

Priorytet

0: low, 1: hi

EXT_INT4
0
0 (lub 1)
1

AUTO INIT

Auto init

0: none, 1: auto init

0
frm indx/ none

DMA Transfer (SARAM D/A)

Rejestr n (DMA_CCRn) sterowania kanałem DMA

Src: mem_8

16-bit/pixels

(SARAM)

DMA

EXT_INT4

8 9 10

14 15 16

20 21 22 23

Dest: DXR

DXR

McBSP

Ready

D/A

DST AMODE

EN PRIO

FS SYNC

AUTO INIT

SRC AMODE

Problem: - Prześlij blok „pixeli” z SARAM do D/A

- Wyjście poprzez McBSP/DMA z synchr. z D/A (Ready)

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

DMA_CSSA_Un

SRC adres startowy BAJTOWY

DMA_CSSA_Ln

DEST Adres startowy BAJTOWY

DMA_CDSA_Un

DMA_CDSA_Ln

DMA Transfer - Przykład

DMA_CENn

# of Elements

DMA_CFNn

# of Frames

DMA_CEIn

Element Index

(w bajtach)

DMA_CFIn

Frame Index

(w bajtach)

Src: mem_8

16-bit pixels

(SARAM)

DMA

EXT_INT4

8 9 10

14 15 16

20 21 22 23

Dest: DXR

DXR

McBSP

Ready

D/A

mem_8[23:16]

mem_8[15:0]

DXR[23:16]

DXR[15:0]

Uwaga: etykieta danych, np. mem_8 musi być adresem BAJTOWYM

EI/FI w oparciu o adr..ostatniego obsłuż. bajtu

Problem: - Prześlij blok „pixeli” z SARAM do D/A

- Wyjście poprzez McBSP/DMA z synchr. z D/A (Ready)

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Charakterystyka DMA

Przykład DMA

Programowanie DMA z użyciem CSL

Niezbędne kroki

Niezbędne elementy

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Inne przydatne możliwości DMA

HWI (przerwanie DMA do CPU)

Uwagi o przykładowym programie

(DMA) 6-cio krokowa procedura CSL ...

Teraz trochę więcej o strukturze konfiguracjiH

2 Deklaruj uchwyt „handle” (wskaże na 1 z 4 kanałów DMA )

DMA_Handle hMyChan;

3 Otwórz kanał (inicjuje handle by wskazywał kanał)

hMyChan = DMA_open(DMA_CHA_ANY, DMA_OPEN_RESET);

4 Wypełnij strukt. konfiguracji (dane do umieszczenia w rejestrach)

DMA_Config myConfig
{H
wyspecyfikuj tutaj wszystkie wartości rejestrów / bitów
H}

Włącz niezbędne zbiory nagłówkowe

#include <csl.h>
#include <csl_DMA.h>

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Struktura do
konfiguracji DMA

DMA_Config gDmaConfig = {

DMA_DMACSDP_RMK(

// DMACSDP

DMA_DMACSDP_DSTBEN_NOBURST,
DMA_DMACSDP_DSTPACK_OFF,
DMA_DMACSDP_DST_DARAM,
DMA_DMACSDP_SRCBEN_NOBURST,
DMA_DMACSDP_SRCPACK_OFF,
DMA_DMACSDP_SRC_DARAM,
DMA_DMACSDP_DATATYPE_16BIT

),
DMA_DMACCR_RMK(

// DMACCR

DMA_DMACCR_DSTAMODE_POSTINC,
DMA_DMACCR_SRCAMODE_POSTINC,
DMA_DMACCR_ENDPROG_OFF,
DMA_DMACCR_REPEAT_ALWAYS,
DMA_DMACCR_AUTOINIT_ON,
DMA_DMACCR_EN_STOP,
DMA_DMACCR_PRIO_HI,
DMA_DMACCR_FS_ENABLE,
DMA_DMACCR_SYNC_NONE

DMA_DMACICR_RMK(

// DMACICR

DMA_DMACICR_BLOCKIE_ON,
DMA_DMACICR_LASTIE_OFF,
DMA_DMACICR_FRAMEIE_OFF,
DMA_DMACICR_FIRSTHALFIE_OFF,
DMA_DMACICR_DROPIE_OFF,
DMA_DMACICR_TIMEOUTIE_OFF

// DMACSSAL

// DMACSSAU

// DMACDSAL

// DMACDSAU

BUFFSIZE,

// DMACEN

// DMACFN

// DMACFI

// DMACEI

};

Obok dokładna struktura
DMA potrzebna do użycia.
Nie należy w niej nic
zmieniać, ani pól ani
rejestrów.

RMK (register make)
składa wartości hex z opcji
wybranych przez ciebie

Dla adresów src/dest z
przykładu przyjęto wartość
ZERO

Po więcej informacji o
APIs i nazwach symboli
sięgnij do „ API Ref Guide”
(SPRU433A)

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

5. Programowanie adresów Src/Dest

gDmaConfig.dmacdsal = (DMA_AdrPtr)(((Uint32)(&gBuffer1) <<1) & 0x00FFFF);

gDmaConfig.dmacdsau = (Uint16)(((Uint32)(&gBuffer1) <<1) & 0xFF0000);

Z zasady kompilator przypisuje wszystkim symbolom danych
adres słowowy [word addresses] – bajtowy adres parzysty

DMA używa adresu bajtowego [byte address]

Zatem musimy adres bajtowy przesunąć w lewo o 1, “<<1”

Musimy również zamaskować odpowiednie bity (młodsze lub starsze)
aby wytworzyć składowe całego adresu

Młodsza / Starsza część adresu źródła

gDmaConfig.dmacssal = (DMA_AdrPtr)(((Uint32)(&gBuffer0) <<1) & 0x00FFFF);

gDmaConfig.dmacssau = (Uint16)(((Uint32)(&gBuffer0) <<1) & 0xFF0000);

Młodsza / Starsza część adresu przeznaczenia

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

(DMA) 6-cio krokowa procedura CSL

Deklaruj uchwyt „handle” (wskaże na 1 z 6 kanałów DMA )

DMA_Handle hMyChan;

Otwórz kanał (inicjuje handle by wskazywał kanał)

hMyChan = DMA_open(DMA_CHA_ANY, DMA_OPEN_RESET);

Wypełnij strukt. konfiguracji (dane do umieszczenia w rejestrach)

DMA_Config myConfig
{H wyspecyfikuj tutaj wszystkie wartości rejestrów / bitów H}

6 Konfiguruj kanał

(inicjuj rejestry konfiguracji zawartością struktury konfiguracji)

DMA_config (hMyChan, &myConfig);

Włącz niezbędne zbiory nagłówkowe

#include <csl.h>

#include <csl_DMA.h>

Przejrzyjmy jeszcze kilka problemów DMA H

5 Inicjuj adresy źródeł / przeznaczeń

gDmaConfig.dmacssal = H

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Charakterystyka DMA

Przykład DMA

Programowanie DMA z użyciem CSL

Inne przydatne możliwości DMA

Autoinicjalizacja

Sposoby synchronizacji

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

HWI (przerwanie DMA do CPU)

Uwagi o przykładowym programie

Przydatne możliwości DMA

Autoinicjalizacja (Może być używana na dwa sposoby):

Przerwanie do CPU (Jedno przerwanie dla kanału)

Zdarzenia synchronizujące (20 możliwości)

Pełną listę rejestrów DMA zawiera dokumentacja procesora

Repetitive Operation: za każdy razem te same config regs.

Continuous operation: zmiana zawartości config regs w czasie akt.

blok xfr. Kolejna xfr użyje nowych wartości. Bez zatrzymania DMA.

Wyzwalane gdy kończą się blok, ramka,

1/2 ramki, start ostatniej ramki w bloku.

Warunki przerwań są powiązane razem funkcją OR

6 przerwań zewnętrznych

2 przerwań czasowych zegara

4 zdarzenia dla każdego z 3 McBSPs (np: gdy DRR gotów do odcz.)

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Charakterystyka DMA

Przykład DMA

Programowanie DMA z użyciem CSL

Inne przydatne możliwości DMA

HWI przerwania sprzętowe

Organizacja

Działanie

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Uwagi o przykładowym programie

Przerwanie do CPU

IER

“Individual

Enable”

INTM

“Master

Enable”

‘C5510

CPU

IFR

Interrupt

Flag

DMA
McBSP
Timers
RTC
H
External

IFR – Interrupt Flag Reg

Pamięć przerwań

IER – Interrupt Mask Reg

Indywidualna blokada każdego z przerwań

INTM – Global Int Enable

Dopuszcza wszystkie

odblokowane przerwania

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Tabela wektorów przerwań CPU

Ponieważ wybieramy DOWOLNY kanał, skąd
wiadomo które zdarzenie (HWI) wystąpiło?

Jak zaprogramować skok do ISR na właściwym
miejscu w tabeli wektorów przerwań?

eventId = DMA_getEventId(hMyChan);

IRQ_plug(eventId, &dmaHwi);

interrupt void dmaHwi()
{
<<treść ISR wpisać tutaj>>
}

Słowo kluczowe
interrupt informuje
kompilator o potrzebie
zachowania/odtworzenia
stanu procesora

Gdy wystąpi HWI , CPU sięga do tablicy wektorów
dla ustalenia którą ISR uruchomić.

Każde HWI jest powiązane z lokacją w tabeli
wektorów przerwań.

Każda z lokacji w tablicy wektorów zawiera skok
do ISR [procedury obsługi przerwania]

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

DMA ISR

Count = -1

‘C5515

CPU

DMA

Gdy transfer osiągnie koniec bloku:

Interrupt

Przerwanie DMA jest wysyłane do CPU

Rejestry konfiguracji są reinicjalizowane (autoinit)

Gdy wystąpi przerwanie:

bit flagi IFR jest automatycznie kasowany

INTM (global enable) jest wyłączona OFF (aż do powrotu z ISR)

W procedurze ISR, użytkownik musi:

Zachować/odtworzyć kontekst (dzięki słowu „interrupt”)

Skasować DMACSR (albo nie wystąpi nowe przerwanie)

Inicjuje kolejny transfer używając sync event lub DMA_start()

interrupt void dmaHwi()
{
DMA_RGETH(hDma, DMACSR);
blockSine(gBuffer0, BUFFSIZE);
DMA_start(hMyChan);
}

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

(HWI) 6 kroków procedury CSL

Pobierz EventId

Skasuj odpowiedni bit IFR

Włącz wszystkie przerwania [global interrupts]

IRQ_clear(eventId);

IRQ_globalEnable();

Włącz niezbędne zbiory nagłówkowe

#include <csl_irq.h>

eventId = DMA_getEventId(hMyChan);

Ulokuj skok do ISR w tablicy wektorów przerwań

IRQ_plug(eventId, &dmaHwi);

Ustaw odpowiedni odblokowania przerwania IER

IRQ_enable(eventId);

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Charakterystyka DMA

Przykład DMA

Programowanie DMA z użyciem CSL

Inne przydatne możliwości DMA

HWI przerwania sprzętowe

Uwagi o przykładowym programie

Organizacja

Działanie

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Co chcemy rozpoznać (

Co to jest DMA i HWI – gdzie to jest potrzebne?

Charakterystyka DMA

Przykład DMA

Programowanie DMA z użyciem CSL

Inne przydatne możliwości DMA

HWI przerwania sprzętowe

Uwagi o przykładowym programie

Koncept pracy buforami

Działanie (transfer całego bufora między próbkami!).

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

DMA

Przykł. – Programowanie DMA

CPU

gBuffer0

DMA

Transfer ramki zakończony

gBuffer1

Pseudo Code

CPU generuje 256 wartości sinusoidy do gBuffer0

DMA przenosi 256 elementów z gBuffer0 do gBuffer1

DMA wysyła przerwanie “transfer complete” do CPU

Go to 1

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V

Co to i do czego służą, jak działają?

• Mechanizm DMA

• Kanał DMA

• Element w DMA

• Ramka w DMA

• Blok w DMA

• Rejestry konfiguracji

• Auto-inicjalizacja

• Zdarzenia synchronizacji

• Priorytety w DMA

• CSL

• Funkcje CSL

• Przebieg konfiguracji

• Inicjalizacja pracy DMA

• Mechanizm przerwań

• Organizacja przerwań

• IFR

• IER

• INTM

• NMI

• HWI

• ISR

• Tablica wektorów przerwań

• Definiowanie ISR

• Wiązanie procedury ze zdarzeniem

• CSL – włączanie przerwań

• …

3 November 2012

Procesory sygnałowe 1 / V