1. 求解：外存與內存間數據交換的具體過程
摘 要： 直接內存存取（DMA）是DSP晶元中用於快速數據交換的重要技術，對AD公司的浮點系列晶元ADSP2106x中的DMA的應用進行了詳細介紹，並給出實際應用中的一些例子。
關鍵詞： DMA 浮點系列晶元ADSP2106x
1 DMA概述
直接內存存取（DMA）對計算機系統是非常重要的。它可以使CPU在運行指令的同時，系統能實現從外部存儲器或設備中存取數據，也可以在CPU不參與的情況下，由專用的DMA設備存取數據。
對於浮點DSP晶元來講，DMA的作用更是重要。眾所周知，DSP晶元主要是面向實時的信號處理，其核心的運算部件具有很高的運算速度，常以MFLOPS（每秒百萬次浮點運算）來衡量。ADSP2106x為120MFLOPS，但該速度是以存儲在晶元內部存儲器中的程序和數據為前提的。在DSP內部往往採用多匯流排的哈佛結構，數據匯流排和程序匯流排相互獨立，即指令的存取和數據的存取並行不悖；另外在ADSP2106x內部還有各種介面匯流排，用以提高數據的流通能力。但在晶元的外部，所有的匯流排都合並在一起了。因此為了發揮DSP核心運算單元的高速運算能力，首先必須把程序和數據傳輸到晶元的內存中，這通常需要DMA操作來實現。
另一方面，DSP系統總要與各種外部信號打交道，它從外部輸入數字信號，經過各種演算法的處理後，再輸出給其他設備。不僅如此，對於浮點DSP系統，數據的輸入和輸出常常是連續不斷的。試想，如果用DSP的核心部件來完成數據的輸入和輸出，它高速的運算能力又如何發揮得出來呢？所以，浮點系列的DSP晶元大都把DMA控制部分直接集成到了晶元上，用DMA來完成數據的輸入和輸出。
高效的DSP系統通常採用圖1所示的結構。在內存中開辟出四塊緩存區，兩個作為輸入緩存，兩個作為輸出緩存，用來實現輸入、輸出的乒乓切換。核心處理單元直接從輸入緩存中取數運算，然後把運算結果寫入輸出緩存；而數據從外部介面的輸入和輸出則完全由DMA來實現，不需核心處理單元的參與。只要核心處理單元的運算速度和DMA的數據率滿足要求，圖1所示的結構就可以完成連續的數據流輸入和輸出。當然，從外部看，數據的輸入和輸出是連續的，但在晶元內部卻是分段處理的。分段處理雖然帶來一些誤差，但只要緩存的數據足夠長，就可以使誤差降到允許的范圍。因為間隔越長，前後數據間的相關性越小，相互間的影響就越小，故分段處理是可行的。由於分段處理，也給DSP晶元的結構帶來了一個重要影響，那就是盡可能地增加其內部存儲器的容量。對於ADSP21060，其內部的SRAM容量達4Mbit，可以滿足大多數分段處理的需要。
下面首先對ADSP2106x中的DMA做概要介紹，然後對幾種典型的DMA操作進行詳細分析。
2 ADSP2106x中的DMA
ADSP2106x中的片內DMA控制器可以同時控制10個通道的DMA，完成下列類型的數據傳輸操作：
·內存外存或外部存儲器映射設備
·內存其他ADSP2106x的內存
·內存主機介面
·內存串列口
·內存Link口
·內存外部設備
·外存外部設備
豐富的數據流向可以使ADSP2106x實現對各種外設的介面；另外，由於ADSP2106x的內存是雙口SRAM，因此在進行上述DMA操作的同時，核心處理單元仍可以讀寫內存，使DMA操作與內部運算處理達到高度的並行性。當然，應盡量避免二者同時對同一內存地址進行讀寫。
每個DMA通道都有一個（或兩個）用FIFO實現的數據緩存器，最大的緩沖深度為6級，用以提高DMA數據傳輸率。所有的DMA數據傳輸都是通過這10個數據緩存器來完成的，這些緩存器如表1所示。其中通道1、3、6、7都是兩個緩存器共用一個DMA通道。所有數據緩存器作為I/O寄存器被映射到內存的前256個地址中。
DMA的編程是通過內部核心處理單元或外部主機對片內有關的I/O寄存器設置來實現的，這些I/O口寄存器也被映射到內存的前256個地址上。與DMA操作有關的I/O寄存器除了前面的數據緩存器外，主要還包括：
·DMA控制寄存器：DMAC6～9，LCTL，STCTL0～1，SRCTL0～1。
·地址－計數寄存器：II0～9，IM0～9，C0～9，EI6～9，EM6～9，EC6～9。
·鏈式操作指針寄存器：CP0～9。
·二維操作寄存器（也可作DMA通用寄存器）：GP0～9，DA0～5，DB0～5。
·DMA狀態寄存器：DMASTAT。
DMA設置傳輸過程一般如下：
（1）設置對應通道的地址－計數寄存器。
（2）設置對應通道的DMA控制寄存器，並將其中的DMA使能位設為有效。
（3）開始DMA數據傳輸。
（4）DMA傳輸結束後，產生對應的中斷，程序對中斷進行處理。
3 幾種常用的DMA操作
在基於ADSP2106x的DSP系統的開發過程中，最常用到以下幾種DMA操作：內存與外存、內存與主機、內存與外設、內存與Link口間的數據交換。
3.1 內存與外存間的DMA
內存與外存間的DMA傳輸可用DMA通道6～9這四個通道中的任一個。這里用一個例子來說明，假如要把內存地址0x26000～0x263ff中的1024個數用DMA通道6傳送到外存0x400000～4003ff中，可用下面的編程來實現：
／*設置內存地址－計數寄存器*／
R0=0x26000;
DM(II6)=R0; ／*設置內存起始地址*／
R0=1
DM(IM6)=R0; ／*設置內存地址增加值*／
R0=1024;
DM(C6)=R0 ／*設置內存讀數次數*／
／*設置外存地址－計數寄存器*／
R0=0x400000;
DM(E16)=R0; ／*設置外存起始地址*／
R0=1；
DM(EM6)=R0; ／*設置外存地址增加值*／
R0=1024；
DM(EC6)=R0； ／*設置外存寫數次數*／
R0=0x0205;
DM(DMAC6)=R0;；／*設置DMA控制寄存器
DMAC6*／
／*設置為Master和從內存讀數方
式，並使能DMA*／
／*DMA通道6開啟DMA傳數操作*／
這里需要說明兩點：（1）I/O寄存器不能用立即數來直接賦值，而要通過通用寄存器R0～15或USTAT0～1來賦值；（2）在ADSP2106x中，由於數據的寬度有8、16、32和48幾種方式，通過DMA傳輸時，內存和外部介面上的寬度可以不同，因此對應的讀寫次數可能不同，故內部計數器和外部計數器要分別設置。
對於外部存儲器映射設備，其介面地址是固定的，此時內存與該外設間DMA的編程更加簡單。比如某外設的地址設在0x400000，要把內存0x26000～0x263ff中的1024個數用DMA通道6傳送到該外設介面上，只需把上面程序中的EM6設為0即可。
3.2 內存與主機間的DMA
在ADSP2106x晶元上包含了一個主機（host）介面，可以使其方便地與通用16位或32位計算機相連接，此時，通用計算機就作為ADSP2106x的主機，它可對ADSP2106x的片內存儲器進行訪問。通常情況下，為了減少主機對ADSP2106x定址的地址線根數，以降低硬體復雜性，主機往往只對ADSP2106x的I/O寄存器（有256個）定址，定址的地址線只需8根1。BittWare公司的ADSP2106xEZ－LAB開發板即採用了此種方式。在這種情況下，主機與ADSP2106x內存間的數據交換大多是通過DMA完成的。下面通過運行在微機上的一段C語言程序來說明，此時EZ－LAB板插入微機的ISA匯流排插槽上，微機作為ADSP2106x的主機，ADSP2106x的I/O寄存器可由微機通過ISA匯流排上的I/O口來訪問。該程序把數據d[1024]通過DMA通道6載入到ADSP2106x內存0x26000～0x263ff中。具體程序如下：
#injclude"conio.h"
#include "def21060.h" /*ADSP I/O寄存器地址定義文件*／
#include :stdio.h"
#define ADDR 0X402 ／*定義ADSP地址線對應
的ISA匯流排I/O口地址*／
#define DATA 0x404 ／*定義ADSP數據線對應
的ISA匯流排I/O口地址*／
main()
{int n,d[1024];
／*設置ADSP中DMA通道6的地址－計數寄存器及控制寄存器*／
outpw(ADDR,II6); ／*定址起始地址寄存器II6*／
outpw(DATA,0x6000)；／*設置II6的低16位*／
outpw(DATA,0x2)； ／*設置II6的高16位*／
outpw(ADDR,IM6); ／*定址地址增加寄存器IM6*／
outpw(DATA,1); ／*設置IM6的低16位*／
outpw(DATA,0); ／*設置IM6的高16位*／
outpw(ADDR,C6); ／*定址計數寄存器C6*／
outpw(DATA,1024); ／*設置C6的低16位*／
outpw(DATA,0); ／*設置C6的高16位*／
outpw(ADDR,DMAC6); ／*定址DMA控制寄存器
DMAC6 *／
outpw(DATA,0x41);／*設置DMAC6的低16位*／
outpw(DATA,0); ／*設置DMAC6的高16位*／
／*ADSP的DMA通道6設為16／32位模式，
並開啟就緒，等待微機傳數*／
／*微機向DMA通道6的數據緩存器EPB0中連續寫入數據d[．]*／
outpw(ADDR,EPB0）; ／*定址DAM通道6的數
據緩存器EPB0*/
for(n=0;n＜1024;n++)
{outpw(DATA,d[n]）； ／*寫數據d[n]*／
outpw(DATA,0); ／*高16位寫0*／
}
}
對以上程序需要說明的有兩點：（1）ADSP2106x的地址線和數據線是通過ISA匯流排上兩個I/O口地址（ADDR和DATA）來訪問的；（2）ISA匯流排為16位，而ADSP2106x的I/O寄存器和內存的數據都為32位，因此微機要用高、低16位分別傳輸，同時把DMA6設置為16／32位模式。關於EZ-LAB的詳細情況可參見文獻[1]。
3.3 內存與外設間的DMA
對於某些外部設備，其輸入或輸出是與某個外部時鍾同步的，而與ADSP2106x的讀寫時鍾不相干。當這樣的設備與ADSP2106x介面時，通常的做法是在介面端加FIFO或雙口RAM，把ADSP2106x的讀寫與該外設的輸入或輸出時鍾隔離開來。但ADSP2106x晶元本身提供了更靈活、更高效的方式，即DMA通道7和8的握手DMA方式（Handshake），可以完全省去FIFO或RAM，其典型應用電路如圖2所示。
圖中以8位數據線寬度為例，以DMA通道7為輸出，對應的握手信號為DMAR1和DMAG1；以DMA通道8為輸入，對應的握手信號為DMAR2和DMAG2。整個電路只用到了最常用的74273和74374晶元，外設的讀寫時鍾最高可達40MHz。在這種握手DMA方式中，外設不佔用ADSP2106x的外部地址匯流排。關於上面電路的詳細情況，在此不再贅述。
下面給出設置握手DMA的對應程序。這里假設要從外設2中輸入1024個數據到內存0x26000～0x264ff中，則需對DMA通道8進行如下編程：
／*設置內存地址－計數寄存器*／
R0=0x26000;
DM(II8)=R0; /*設置內存起始地址*／
R0=1；
DM(IM8)=R0； ／*設置內存地址增加值*／
R0=1024；
DM(C8)=R0； ／*設置內存寫數次數*／
／*設置外存計數寄存器*／
R0=1；
DM(EM8)=R0； ／*設置外存地址增加值*／
R0=1024；
DM(EC8)=R0； ／*設置外存輸入次數*／
R0=0x401；
DM(DMAC8)=R0； ／*設置DMA控制寄存器
DMAC8*／
／*設置為Handshake和向內存寫數方式，並使能DMA*／
／*DMA通道8開啟，等待外設的輸入時鍾，每接 收到一個時鍾，輸入一次*／
對上面程序需要說明的是：雖然電路中沒有用到外存地址，但外存計數寄存器EM7和EC7也必須設置。
如果要向外設1中輸入數據，則需要對DMA7進行類似的編程。
3.4 內存與Link口間的DMA
ADSP2106x具有很強的並行工作能力，不需加任何外部仲裁電路，6片ADSP2106x和一個主機就可以很方便連在一起並行工作。它們之間的數據交換既可以通過共享的外部數據、地址匯流排來實現，也可採用點對點的Link口來完成。6個Link口是ADSP2106x晶元所獨有的高速數據介面；每個Link口包含4根數據線、一個時鍾線和一個應答信號線，最高的數據傳輸率為40Mbyte/s。
用Link口進行片間數據交換，通常情況下都要採用DMA方式，這樣才能將其優點充分發揮。在使用DMA方式進行Link口通訊時，除了要進行地址－計數寄存器的設置外，還要進行傳輸速率選擇寄存器（LCOM）和緩存－口配對寄存器（LAR）的設置；最後設置DMA控制寄存器LCTL，並開啟DMA操作。
假設有兩片ADSP2106x，它們相互間用Link5口相連；我們要把第一片內存0x26000～0x263ff中的1024個數用Link5口傳輸到第二片的內存0x23000～0x23fff處，則兩片ADSP2106x的DMA編程設置如下：
／*第一片*／
r0=0X3f000;
dm(LCOM)=r0； ／*把Link口設為2x clock*／
r0=0xfff7f；
dm(LAR)=r0； ／*link port5－－＞ link buffer2，
對應DMA通道4*／
r0=0X26000；
dm(II4)=r0； ／*設置起始地址*／
r0=1024；
dm(C4)=r0； ／*設置讀數次數*／
r0=1；
dm(IM4)=r0； ／*設置地址增加值*／
r0=0Xb00;
dm(LCTL)=r0; /*enable output DMA*/
／*第二片*／
r0=0X3f000；
dm(LCOM)=r0； ／*把Link口設為2x clock*／
r0=0xfff7f；
dm(LAR)=r0; /*link port5－－＞link buffer 2，對
應DMA通道4*／
r0=0x23000；
dm(II4)=r0； ／*設置起始地址*／
r0=1024；
dm(C4)=r0； ／*設置讀數次數*／
r0=1；
dm(IM4)=r0； ／*設置地址增加值*／
r0=0x300；
dm(LCTL)=r0； ／*enable input DMA*／
對於上面的兩段程序，應分別載入到兩片ADSP2106x中。需要說明的是：Link Buffer 2對應DMA通道4。如果把其他的Link Buffer與Link口5配對，則需設置與該Buffer對應的DMA通道。
ADSP2106x中DMA操作功能強大，形式多樣，除了本文所介紹的部分外，還有鏈式DMA、二維DMA等，因此要全部掌握並熟練應用是有一定難度的。通過對各種DMA的應用，可以使數據進出晶元變得更加流暢，也可以使其核心處理單元的運算能力發揮到極致
(本文轉自電子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/designarticles/embed/200605/2612.html)
2. 計算機外存是指什麼外設和外存有什麼區別
計算機外存既是輸出設備，也是輸入設備。
外存儲器的功能是長期存放程序和數據。外存上的信息主要由操作系統來管理，外存一般只和內存進行信息交換。
計算機處理完成的結果可以存放到外存，計算機也可以通過內存將數據、指令信息從外存調人主機。
外設和外存區別如下：
1、處理對象不同。
內存和外存的本質區別是，一個是內部運行提供緩存和處理的功能，也可以理解為協同處理的通道；而外存主要是針對儲存文件、圖片、視頻、文字等信息的載體，也可以理解為儲存空間。
2、處理功能不同。
內存是計算機中重要的部件之一，它是與CPU進行溝通的橋梁。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的，因此內存的性能對計算機的影響非常大。
內存（Memory）也被稱為內存儲器，其作用是用於暫時存放CPU中的運算數據，以及與硬碟等外部存儲器交換的數據。
3、分工不同。
只要計算機在運行中，CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算，當運算完成後CPU再將結果傳送出來，內存的運行也決定了計算機的穩定運行。內存是由內存晶元、電路板、金手指等部分組成的。
而外存為了擴大存儲容量，在計算機中還配備了存儲容量更大的磁碟存儲器和光碟存儲器，稱為外存儲器，簡稱外存。此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬碟、軟盤、光碟、U盤等。
(2)內存數據如何變成外存擴展閱讀
計算機外存的特點：
外存儲器的特點是容量大，作為內存儲器的補充，就像紙和筆記本對大腦的補充一樣。它把大量的暫時不直接參與運算的數據、指令和中間結果存放起來，當需要時可以成批地補充給內存儲器，以參加運算。
正如我們的大腦可記住的東西有限，而筆記本可記錄的東西卻可以足夠多一樣，計算機外存儲器的容量也是足夠大的。
今天，計算機的外存儲器一般由磁碟機、磁帶機和軟磁碟機等擔任。充當外存儲器的磁帶機和軟磁碟機與我們所熟悉的錄音機原理一樣。
假如有一台錄音機，就可以用它錄制許許多多存儲數據的。一片軟盤或一盤磁帶滿了，可以再換一盤。這樣，就使得它的存儲能力相當大。
3. 外存與內存之間的數據傳輸是並行傳輸嗎
兩者不是並行傳輸。
內存和外存之間的數據傳輸是通過匯流排進行的，匯流排的數據傳輸方式是串列傳輸。在串列傳輸中，數據一位一位地依次傳輸，不是同時傳輸多個位。外存與內存之間的數據傳輸是通過單一的匯流排進行的，是串列傳輸。外存與內存之間的數據傳輸不是並行傳輸，內存內部和CPU內部，數據傳輸可以是並行的，以提高數據處理的效率。