2.3通道數據傳輸路徑

　　DMA通道的數據傳輸分為單個傳輸和爆發傳輸兩種類型。

　　在通常的DMA控制器設計中，每個通道通過一個FIFO緩存讀入數據。在讀訪問階段，數據從源端口傳輸到通道的FIFO中;在寫訪問階段，數據從通道的FIFO傳輸到目的端口。這樣，當端口連接的存儲介質為慢速設備時，可以大大提高DMA通道的傳輸速度。但是當通道的傳輸類型為單個傳輸時，如果傳輸的數據還要經過FIFO緩存，則每個數據單元的傳輸至少浪費1個時鐘周期，因此對數據通路要進行適當的優化。

　　DMA數據傳輸的路徑如圖4所示。當傳輸類型為單個傳輸時，增加一個數據單元的前向反饋路徑，數據不必經過FIFO緩存，從源端口讀到后，直接寫入目的端口中，可以減少1個時鐘周期的傳輸延遲。

　　圖4DMA數據傳輸的路徑

　　2.4地址生成模塊

　　在很多實時圖像處理系統的應用中（如子圖抽取和圖像翻轉等應用），DMA通道的數據傳輸并不是簡單的地址遞增、遞減或不變傳輸，而是要求DMA通道以一些特殊的地址增長模式進行傳輸，如圖5（a）所示的矩陣傳輸和圖5（b）所示的翻轉傳輸。

　　圖5DMA通道的矩陣傳輸和翻轉傳輸

　　當DMA數據傳輸只是連續地址（memory）或是不變地址（外設的FIFO）的數據傳輸時，只需要有一種地址調整方式，即基本調整方式。基本調整方式是指地址根據數據字長和通道控制寄存器的相應位來選擇連續遞增、連續遞減或不變的方式［2］。而這種方式不支持傳輸數據源地址和目的地址不連續或不變的情況（如圖5所示）。用軟件編程實現這些功能，會浪費大量的CPU時間。

　　本文設計的DMA控制器引入了二維數據傳輸的思想。為了支持矩陣傳輸和翻轉傳輸功能，需要增加另外一種地址調整方式——索引調整方式。另外需增加四個寄存器：幀計數寄存器、單元計數寄存器、單元索引寄存器和幀索引寄存器。并在通道的控制寄存器中增加指示地址模式的mode位（包括遞增、遞減、不變和索引）。索引調整方式的計算過程如圖6所示。將傳輸的數據分成二維，一次傳輸的總數據塊由若干個幀組成，而每個傳輸幀又由多個數據單元構成，每個數據單元根據控制寄存器中的數據字長可以是字節、字或是長字。相應的傳輸計數寄存器也有兩個，即幀計數寄存器和單元計數寄存器。與基本調整方式不同，索引調整方式可以根據傳輸的數據單元是否是當前幀的最后一個數據單元進行不同的地址調整。單元索引寄存器中存放普通調整值，幀索引寄存器中存放幀尾調整值。每一幀除了最后一次數據傳輸以外，其余的傳輸都由單元索引決定地址寄存器的增量。如果讀寫的是該幀的最后一個數據單元，則用幀索引做地址調整。當幀計數寄存器和單元計數寄存器都為0時，DMA傳輸結束。

　　圖6地址索引計算方式的實現

　　雖然這樣的改進不會提高DMA數據的傳輸速率，但是可以節省整個系統的時間。如果通過軟件的方式完成矩陣傳輸和翻轉傳輸等功能要求，需要執行額外的CPU運算時間。現通過設置通道寄存器，可以在DMA傳輸的同時，完成矩陣地址計算和翻轉地址計算等功能要求，并且不占用額外的CPU時間，提高了整個系統的效率。