Как Dma Обеспечивает Эффективную Передачу Данных В Микроконтроллерах?

Прямой доступ к памяти (DMA) позволяет периферийным устройствам передавать данные напрямую в память и из памяти, не требуя от ЦП обработки каждого цикла. Поскольку роль ЦП сведена к минимуму, DMA позволяет ЦП выполнять другие высокоприоритетные задачи и обеспечивает более быструю передачу данных в фоновом режиме. Контроллер DMA выполняет передачу данных с прямым доступом к памяти, разделяя системную шину для совместного использования с ядром Cortex-M3. DMA запрос может задержать доступ процессора к системной шине на несколько тактов в случае, если процессор и контроллер DMA адресуют одного и того же получателя данных (память или периферийное устройство).

Применение В Современных Устройствах

Установка любого из флагов может привести к генерации прерывания, если это разрешено. Сброс флагов осуществляется с помощью регистра DMA_IFCR (сброс необходим при обработке прерываний от DMA). Арбитр координирует DMA запросы в соответствии с приоритетами каналов и запускает последовательность обращений к периферии/памяти для обработки первоочередного в данной ситуации запроса. Кроме того, несмотря на богатство возможностей, работа с DMA реализуется весьма просто. Программа, использующая DMA, может получиться не только быстрее, но и проще чем программа, не использующая этих возможностей. В данном документе рассмотрим устройство, возможности и использование DMA в микроконтроллерах STM32F100xx.

Устройство получает запрос и при этом даже не знает, пришёл ли запрос от ЦП или от контроллера DMA. Устройство пересылает очередное слово из своей внутренней памяти (буфера) в оперативную память ПК по адресу, находящемуся на адресной шине. Контроллер DMA увеличивает адрес памяти ПК и выставляет его на адресную шину, уменьшает значение своего счётчика байтов, снова отправляет запрос на чтение данных из внутренней памяти (буфера) устройства. После окончания цикла устройство инициирует прерывание процессора, сообщающее о завершении переноса данных. Появление технологии ПДП позволило разгрузить процессор и избавить его от большого объема рутинной работы по пересылке данных между оперативной памятью и устройствами, расположенными на материнской плате или подключенными к ней. Особенно важно использование разновидности технологии ПДП – Ultra DMA в винчестерах на основе интерфейса IDE, что позволяет значительно ускорить обмен данными между накопителем IDE и материнской платой.

Для настройки канала с номером x в контроллере DMA, необходимо выполнить следующую последовательность действий. С помощью клавиш Стрелка Вверх и Стрелка Вниз найдите вкладку или меню, связанное с настройками устройств и дискового контроллера. Также особенностью этой поддержки является использование новых команд протокола IDE/ATA, а значит, и требование поддержки DMA не только контроллером, но и самим жёстким диском. В операционных системах со страничной виртуальной памятью, таких, как Windows и семейство UNIX, непрерывный регион виртуальных адресов может быть реализован разрывно расположенными физическими страницами. Современные операционные системы, такие как MS Home Windows, умеют управлять режимом ПДП для многих устройств. В частности, пользователь имеет возможность включить или выключить режим DMA для жестких дисков.

Dma И Виртуальная Память, Iommu И Agp Gart

Следующая таблица содержит информацию об отображении запросов DMA от периферийных устройств на каналы контроллера DMA2. Размещённая ниже таблица содержит полную информацию об отображении запросов DMA от периферийных устройств на каналы контроллера DMA. На следующем рисунке изображена блок-схема, поясняющая отображение линий запроса DMA от периферийных устройств на каналы контроллера DMA1 (аналогичным образом организовано подключение устройств к каналам контроллера DMA2, если он имеется). Сетевые адаптеры также могут иметь совместимость проблемы с DMA mode, особенно, если используется старая модель сетевой карты. В таких случаях, рекомендуется использовать режим «PIO» (Programmed Input/Output) вместо DMA mode для передачи данных. В жестких дисках с интерфейсом IDE технология ПДП получила свое развитие в виде дополнительных режимов ПДП, получивших название Extremely риск ликвидности DMA (UDMA).

Проблемы Безопасности Dma

Таким образом, DMA берет на себя нагрузку ЦП, чтобы гарантировать, что рутинная передача данных выполняется самостоятельно, освобождая ЦП для задач с более высоким приоритетом. DMA используется в потоках данных с высокой пропускной способностью, таких как Bluetooth, гироскоп, акселерометр и т. DMA обеспечивает бесперебойный поток данных между ОЗУ и периферийными устройствами. Содержимое регистра уменьшается на 1 после каждой DMA передачи (после каждой транзакции). Когда значение регистра достигает zero, передача останавливается (в нециклическом режиме) или регистр автоматически перезагружается первоначально записанным в него значением и передача продолжается (в циклическом режиме). Зачастую при выполнении программ, значительная часть процессорного времени затрачивается на копирование данных из одной области памяти в другую.

• Благодаря возможности передачи данных с использованием режима DMA, устройства могут обеспечить высокую скорость передачи данных и эффективную работу системы в целом.
• Результаты показаны на Рисунок three, где оба процесса сравнивались по среднему энергопотреблению и времени, необходимому для записи 15,872 XNUMX байт из оперативной памяти на карту microSD.
• DMA запрос может задержать доступ процессора к системной шине на несколько тактов в случае, если процессор и контроллер DMA адресуют одного и того же получателя данных (память или периферийное устройство).
• Количество DMA каналов ограничено, в связи с этим, каждый канал используется для подачи DMA запросов от нескольких периферийных устройств (сигналы от нескольких устройств на одном канале просто объединяются логической операцией ИЛИ).
• Определенные типы устройств, такие как старые CD приводы, могут быть несовместимы с DMA mode из-за ограничений аппаратной или программной природы.

Если этот бит установлен, передача данных начинается сразу после программной установки бита включения EN в регистре DMA_CCRx. Прежде всего, механизм ПДП инициализировался самим процессором, однако в ход процесса передачи данных он не вмешивался, занимаясь в это время другими задачами. После того, как обмен информацией между устройством и ОЗУ завершался, то процессор получал соответствующее прерывание, которое отсылал ему контроллера DMA. Передача данных происходит на четвертом этапе, когда контроллер DMA генерирует адреса памяти и сигналы управления для чтения/записи данных напрямую между памятью и устройством ввода/вывода.

В шинах MicroChannel, SBus, разработанной под их большим влиянием PCI и её концептуальных производных AGP и PCI-X, используется иная реализация DMA. Эти шины позволяют любому устройству заявить о возникновении потребности к захвату шины, таковая потребность удовлетворяется так называемым арбитром при первой возможности. Устройство, успешно осуществившее захват шины, самостоятельно выставляет на шину сигналы адреса и управления и исполняет в течение какого-то времени ту же ведущую роль на шине, что и ЦП. DMA также полезен при параллельной работе, в зависимости от архитектуры микроконтроллера, и улучшает скорость реагирования в реальном времени. В долгосрочной перспективе это приводит к увеличению срока службы батареи, что является важной функцией в маломощных приложениях, таких как смарт-часы, дроны и т. Регистр состояния прерывания, содержит набор флагов (по 4 флага на канал DMA), которые устанавливаются аппаратно при наступлении соответствующего события.

Прямой доступ к памяти могут использовать любые устройства, расположенные в слотах расширения  материнской платы, или подключенные к ней при помощи внутренних шин. Это могут быть, например, жесткие диски, накопители для оптических дисков, видеокарты, звуковые и сетевые карты, и т.д. Кроме того, технология DMA может использоваться как внутри процессоров – для передачи данных между отдельными ядрами, так и внутри самой оперативной памяти – для дма это обмена данными между различными участками памяти.

Direct Memory Entry (DMA) является ключевой функцией в современных вычислениях, позволяющей эффективно переносить данные между различными аппаратными компонентами без значительной нагрузки на центральный процессор (CPU). Это улучшает производительность системы, ускоряет обработку данных и обеспечивает сбалансированное распределение нагрузки в компьютерных системах. Данное тщательное исследование углубляется в механику DMA, его практическое применение, присущие проблемы безопасности и стратегии их устранения. Некоторые устройства, такие как некоторые видеокарты или звуковые карты, могут не требовать использования DMA mode, так сервис для торговли на бирже как они выполняют все необходимые операции обработки данных непосредственно внутри самих устройств. На первом этапе ЦП инициализирует контроллер DMA, программируя его регистры с адресом источника, адресом назначения, количеством байтов/слов для передачи, направлением передачи и режимом передачи. В то время как направление памяти может быть либо чтением из памяти, либо записью в память, режим передачи может быть одиночным, блочным или по требованию.