[发明专利]一种点到多点数据分配DMA控制器实现方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及把数据从一个源端口向多个目标端口同步转发和定制的实现方法，适用于需要实时传输过程量采集数据的电力系统继电保护领域和实时工业过程控制领域，以及在其他需要共享数据源并对点到多点的数据分配的响应速度有严格要求的场合，如在千兆以太网数据交换设备中实现数据多点转发和定制的应用等。具体地说，本发明涉及一种点到多点的数据分配DMA(直接存储存取方式)控制器的实现方法。

二、背景技术

在实时数据分配系统设计时，为了有效共享数据和系统提高响应速度，需要将同一个数据源按不同应用要求同步转发到不同应用接口同时完成数据定制。

目前现有的点到多点的数据分配方法主要包括以下两种方法：1.为每个定制的应用设计一个查找表，利用MCU将数据源读出，按照各个查找表对数据的定制要求，确定是否转发数据元素到该应用。2.利用SGDMA(scatter-gather DMA)或链表式DMA依次将一个数据源重复复制到不同的应用接口。

目前现有的点到多点的数据分发方法的不足之处：

1.MCU在处理数据搬移时由于要执行大量的循环操作和查表及比较操作，效率比较低，而且利用MCU处理数据分配任务时不能保证多个应用接口并发处理，只能串行处理。为了满足实时性，需要MCU具有很高的主频和带宽，增加主频和带宽意味着增加系统成本。

2.SGDMA或链表式DMA可以实现从一个源到多个目标的简单数据分配，但不能对特定的数据元素进行屏蔽和筛选，而且其数据分配策略是从一个端口到另一个端口串行进行的，不能保证数据向多个应用同步写入。

参考文献：

1.谢俊赵峰实时图像处理系统中DMA控制器的设计和验证电子技术应用2007年第1期

2.唐威刘佑宝，刘军华.DMA控制器件的设计和仿真.微电子学和计算机，2002，(12).

3.柳利军 周敏锋 千兆以太网交换芯片DMA单元的FPGA实现光通信技术2006，(5)

4.蔡菲娜 曹祁 利用FPGA实现DMA方式的高速数据采集微电子学与计算机2005.3.

5.刘煌峰 高雪莲 一种多通道DMA控制器的IP核设计中国电力教育2007

6.Altera corporation Scatter-Gather DMA Controller Core Quartus IIhandbook，volume 5 may 2007

三、发明内容

本发明目的是提出一种由一个数据源向多个应用接口进行实时分配的方法。

本发明是通过这样方案实现的：

(1)构建一个DMA读端口，从外部数据空间读入数据到DMA内部缓冲器，该读端口包含一个描述符表，通过配置DMA读端口的描述符，实现多次DMA读传输过程(每次DMA传输包含多个外部存储器的读时序，数量由描述符确定)。

(2)构建多个DMA写端口，使每个写端口对应于一个应用接口，DMA写端口负责将DMA控制器的内部缓冲器的数据写入到各自的应用接口，每个写端口包含一个独立的描述符表。

(3)通过为DMA写端口配置不同描述符，控制写端口的目标地址增加方式和屏蔽对特定地址写操作实现数据定制。

(4)构建一个状态机统一控制DMA控制器的读端口描述符和各个写端口描述符的加载及DMA的启动和停止，在读端口读周期结束后立即启动所有写端口的总线写周期，根据写端口描述符产生相应的外部写时序，实现点到多点的数据同步转发。

点到多点的数据分配DMA控制器实现方法适合需要将一个数据源高速同步并且可定制地分配到多个应用接口的场合。

本发明的特点：(1).具有一个读端口和多个写端口，所有的写端口共享数据总线，简化设计逻辑，通过描述符控制某个写端口屏蔽对特定地址的写操作，实现数据元素按应用要求定制并同步写入到多个不同的应用端口；(2).利用同一个状态机控制DMA读端口和所有的写端口的接口启停和传输过程，状态机设计简单；

(3).读写端口的描述符表分开采用不同的描述符表指针，但所有的描述符表指针都由一个统一的描述符表地址计数器生成，具有严格的相关性，保证读写端口之间描述符读取同步；

(4).DMA读写端口配置同时从各自的描述符表读取配置，DMA描述符执行速度快。

(5).通过对写端口描述符的配置实现应用接口对数据元素的定制，而且多个写端口并发工作，数据吞吐量大。