用于帶有PCIe的嵌入式系統的散/聚式DMA

新一代的互聯(lián)需求持續不斷地向軟硬件設計施加壓力。不斷提高的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，數據信道隔離，數據平滑恢復和完整性等，都是值得考慮的一些指標要求。PCIe就是能夠滿(mǎn)足上述要求的一種互聯(lián)技術(shù)。

在FPGA中實(shí)現一個(gè)PCIe接口時(shí)，為了確保系統效率，系統抖動(dòng)，數據時(shí)鐘開(kāi)銷(xiāo)以及必須滿(mǎn)足的端到端總帶寬需求，設計師必須考慮數據傳輸的方式。將一個(gè)散/聚DMA(SGDMA)與一個(gè)PCIe接口結合起來(lái)，通過(guò)從本地處理器上卸載一些數據傳輸負擔，以及均攤多通道間的硬件延遲，非常有助于軟硬件設計師滿(mǎn)足他們的設計需求。本文將討論采用基于FPGA的SGDMA與PCIe相結合的一些優(yōu)點(diǎn)。

　　絕大部分的新型DMA控制器都支持散/聚功能，這里，硬件負責數據的轉移，駐留在不連續的物理存儲器中，不需要主處理器來(lái)處理模塊間的數據轉移。這是通過(guò)將DMA緩沖器描述符“鏈接”到一起來(lái)實(shí)現的，每個(gè)描述符中都含有使SGDMA自動(dòng)執行數據轉移所需的所有信息。當處理支持虛擬存儲器的操作系統時(shí)，SGDMA得到最普遍的采用。

　　直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)實(shí)現方案

　　衡量DMA控制器的收益有以下幾種方法：通過(guò)定量分析究竟重新獲取了多少時(shí)鐘周期?相關(guān)設備驅動(dòng)的復雜度減少了多少?或者由于“隱藏”數據分發(fā)的開(kāi)銷(xiāo)使DMA引擎增加了多少系統總吞吐量?增強型DMA引擎支持的一些功能包括：

　　* 在線(xiàn)分組緩沖存儲

　　* 本地和前端總線(xiàn)的同時(shí)傳輸

　　* 延時(shí)處理

　　* 終端事物處理?yè)寯?/p>

　　* 為DMA控制器連接的每條總線(xiàn)提供獨立仲裁

　　當前端和本地總線(xiàn)處于超高負載條件下且傳輸數據前DMA控制器必須競用并獲取總線(xiàn)占有權時(shí)，可以采用在線(xiàn)數據緩沖器。

　　圖1：虛擬存儲器環(huán)境中的SGDMA控制器。

　　在FPGA中使用塊存儲始終是下面幾方面的折中，即由于總線(xiàn)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器?使用中間數據存儲所導致的附加延遲的代價(jià)如何?如果可能的話(huà)，在線(xiàn)分組緩沖器可以減少一些系統延遲，即用一條總線(xiàn)去讀取數據，而“存儲”總線(xiàn)不轉送數據。