本文主要介紹Infineon Aurix2G TC3XX系列芯片DMA模塊硬件原理，以及MCAL相關配置，和部分代碼實現。

1 模塊介紹

直接存儲器訪問（Direct Memory Access，DMA）是計算機系統中的一種機制，允許外部設備（如硬盤驅動器、網絡適配器等）直接訪問系統內存，而無需通過中央處理器（CPU）的干預。這可以提高數據傳輸的效率，因為數據可以直接在設備和內存之間傳輸，而不必通過CPU來中轉。 DMA通常用于大容量數據傳輸，如文件傳輸、網絡數據包處理等。
Aurix2G TC3XX系列中DMA模塊不僅能夠實現內存之間的數據搬運，還能支持外設數據的搬運，比如利用DMA進行SPI數據的異步發送。

2 功能介紹

2.1 模塊總覽

我們來通過框圖看DMA整體結構。

DMA的整體結構還是比較簡單的，首先看左下角的Configuration Interface，我們通過訪問外設寄存器完成對DMA的配置；然后是上面的DMA Channels，里面存放所有DMA通道的屬性；當存在軟硬件搬運請求時，DMA模塊會對請求隊列進行仲裁，然后通過右邊的Move Engine與內存總線進行交互，完成搬運。

DMA模塊同樣也會產生不同類型的中斷，發送到中斷路由模塊。而中斷路由模塊可以將所有其他模塊的中斷信號路由到DMA作為硬件觸發信號。

這里我們需要先了解一些縮寫：

CH：Channel，DMA通道；

ME：Move Engine，搬運引擎，負責與總線交互進行數據搬運；

RP：Resource Partition，資源分區，DMA支持分區權限管理，每個RP有指定的權限和內存區域，每個RP有自己的錯誤中斷；

TCS：Transaction Control Set，交換控制集；

和一些術語：

DMA Hardware Request：由中斷路由模塊發起的搬運請求稱為硬件請求；

DMA Move：DMA數據搬運，一次Move包含從源地址讀數據，和往目的地址寫數據；

DMA Transfer：一個Transfer包含1, 2, 3, 4, 5, 8, 9或16個Move；

DMA Transaction：一個DMA Transaction包含至少一個Transfer；

Linked List：一個鏈表包含同一個通道的多個Transaction；

所以DMA的一般結果是Transaction包含Transfer，Transfer包含Move，Move是數據處理的最小顆粒度；而Transfer是觸發的最小顆粒度，也就是說你可以選擇一次請求觸發一次Transaction，或者只觸發一個Transfer。如果你想搬運的數據并非連續或者規則的，比如有兩塊比較遠的內存，需要在一次操作中處理，這個時候你就需要配置Linked List，一個Linked List包含多個Transaction。

2.2DMA通道

DMA通道的請求有4種：

DMA Software Request：軟件請求，顧名思義就是軟件寫寄存器請求一次DMA搬運；

DMA Hardware Request：硬件請求，其他外設的中斷信號發送至中斷路由模塊IR，IR將信號路由至DMA模塊，請求一次DMA搬運；

DMA Daisy Chain Request：Daisy鏈請求，比如通道5使能了Daisy鏈配置，那它在完成之后會觸發通道4的搬運請求；

DMA Auto Start Request：用于Linked List，同一通道配置了多個TCS，第一個TCS完成之后會觸發下一個TCS的搬運請求；

然后根據請求和執行的情況，DMA通道有不同的狀態：

Idle State：當前通道空閑，TSR.CH=0；

Reset State：當前通道處于Reset狀態，TSR.CH=0；

Halt State：通道處于Halt狀態，不工作，TSR.HLTACK = 1；

Pending State：通道已經被請求，但是沒有被服務，TSR.CH=1；

Active State：通道的搬運正在執行；

前面提到DMA搬運觸發的最小顆粒度是Transfer，通過CHCFGR.RROAT寄存器來配置：

CHCFGR.RROAT=0：每個Transfer搬運完成之后請求即被清除；

CHCFGR.RROAT=1：Transaction中的最后一個Transfer搬運完成之后請求被清除；

2.2.1 DMA Software Request軟件請求

用戶可以通過寫寄存器進行軟件搬運請求，在進行軟件請求的時候需要通過將TSR.DCH寫1關閉硬件請求。

軟件請求的搬運流程如下圖所示，圖中有兩個部分，區別在于CHCFGR.RROAT。

我們可以看到，圖中上部分的搬運流程中，CHCFGR.RROAT=1，當軟件進行一次請求后，硬件會裝載Transfer Count寄存器的值CHSR.TCOUT，然后開始搬運，每搬運一個Transfer之后CHSR.TCOUNT的值便會減一，當TCOUT的值為0之后搬運完成，會向中斷路由模塊發送DMA通道搬運完成中斷。

下部分的搬運流程中CHCFGR.RROAT=0，這里僅有的區別是每次請求只執行一次Transfer的搬運。

2.2.2 DMA Hardware Request硬件請求

硬件請求相對于軟件請求多了一個硬件使能的相關配置，我們可以設置TSR.ECH=1來使能硬件請求，或者設置TSR.DCH=1來關閉硬件請求，通過只讀寄存器TSR.HTRE查看中斷使能狀態。

另外還有一個重要的配置是CHCFGR.CHMODE，當CHMODE=0時，為單次模式，每次Transaction完成之后硬件使能會被自動關掉，需要手動再打開，否則硬件請求不會被處理；當CHMODE=1時，則為連續模式，不會關閉硬件請求使能。

關于硬件請求，需要在中斷模塊中進行配置，把其他外設的中斷信號路由到DMA（SRC.TOS選擇DMA），優先級SRC.SRPN設置為對應的DMA通道號即可。

其他方面就和軟件請求一樣了，我們來看搬運流程圖。

圖中的兩個轉換流程都是單次模式，在上面的搬運流程中CHCFGR.RROAT=1，需要先使能硬件請求，然后一個硬件搬運請求觸發后，會完成整個Transaction，同樣的TCOUNT會自動遞減，歸零后觸發DMA通道完成中斷。

下面的搬運流程中CHCFGR.RROAT=0，每次硬件請求只會完成一次Transfer，需要不停地觸發；一個Transaction中的所有的Transfer完成之后硬件請求使能會被關閉。

連續模式下與上面的描述只有一個區別，就是硬件請求使能不會被硬件關閉，后續的硬件請求能夠連續執行。

2.2.3 DMA Daisy Chain Request Daisy鏈請求

用戶可以通過設置CHCFGR.PRSEL來配置Daisy鏈。當一個通道配置了Daisy鏈使能，在它的Transaction完成之后，會自動請求相鄰的低優先級的通道搬運（DMA通道號即優先級，越高優先級越高）。所以我們可以通過對多個相鄰的DMA通道配置使能Daisy鏈，完成多個DMA通道搬運的鏈式觸發。

另外在配置Daisy過程中，除了最低優先級的通道以外，其他通道需要關閉中斷使能，僅最后一個通道使能中斷，也就是說，中斷需要在Daisy鏈全部完成之后觸發。

2.2.4 通道請求丟失中斷

在以下兩種情況下，會發生中斷請求丟失（DMA Channel Transaction/Transfer Request Lost，TRL）事件：

當一個通道處于Pending狀態（TSR.CH=1）時收到了通道請求；

當一個通道未使能硬件請求，但是收到了硬件搬運請求；

發生TRL之后TSR.TRL會置位，如果此時使能了所在RP的錯誤中斷（TSR.ETRL=1），則會觸發所在RP的錯誤中斷。

2.2.5 請求仲裁

DMA仲裁單元會對所有處于Pending狀態的通道進行仲裁，然后選擇其中通道號最高的通道處理。如果有當前正在搬運的Transaction，而出現了高優先級的通道的Transaction，則會打斷低優先級的，但是打斷的最小顆粒度是Transfer，也就是正在處理的Transfer會完成。

Aurix2G的DMA模塊有兩個Move Engine，它們和通道的關系不是綁定的，而是選擇空閑的使用，仲裁勝出的通道會優先送往Engine1，如果非空閑則選擇Engine0。

2.3 搬運流程

當仲裁完成之后，DMA通道請求就會送到Move Engine去進行數據搬運，前面我們提到，Transaction包含多個Transfer，Transfer包含多個Move，而Move是搬運的最小顆粒度，也就是說，ME是按照Move逐個操作的，Move中定義源地址、目的地址，地址偏移等信息。

DMA的搬運源地址通過CHx.SADR寄存器設置，目的地是通過CHx.DADR設置。DMA每個Move在完成之后，源地址和目的地址都可以進行偏移，以支持我們搬運連續的內存空間，當然也可以原地保持不變，循環搬運。源地址和目的地址的偏移都是獨立計算的。

地址的偏移有兩種，一種是遞增或遞減，每次以固定的偏移值進行調節；另一種就是循環Buffer。

2.3.1 地址偏移模式

如果我們需要搬運的數據，它的地址是不連續的，比如ADC采樣的結果寄存器，每個結果寄存器我們只需要前16個Bit，而我們可能需要多個通道的采樣結果，那我們就需要通過設置Move的地址偏移，來進行搬運。

我們需要通過CHCFGR.CHDW設置Move的搬運寬度，數據寬度DataWidth=8*2^CHDW，單位是Bit，最大支持256Bit。在地址偏移模式中，每次Move完成之后偏移的地址值，是數據寬度的整倍數。

通道地址控制寄存器ADICR中包含了源地址、目的地址的偏移參數：

SMF：Source Address Modification Factor，源地址偏移參數；

INCS：Increment of Source Address，源地址偏移方向，遞增或遞減；

DMF：Destination Address Modification Factor，目的地址偏移參數；

INCD：Increment of Destination Address，目的地址偏移方向，遞增或遞減；

在地址偏移模式中，以上4個參數定義了地址偏移的格式。它的算法是這樣的，偏移值=2^SMF*DataWidth，INCS為1就是增加，INCS為0就是減（源地址和目的地址相同算法相同）。我們可以看下面這個實例：

在這個示例中，搬運Move的數據寬度為16Bit，源地址的SMF=3，INCS=1，則每次搬運之后地址增加2^3*16=128Bit。而目的地址DMF=2，INCD=0，那每次搬運之后地址減少2^2*16=64Bit。

我們再來看下一個示例，它將一段連續地址空間的數據搬運到帶間隙的地址空間上去。

這個示例中的數據寬度同樣也是16bit，源地址的SMF=0，INCS=1，所以每次搬運之后地址增加2^0*16=16Bit，也就是沒有間隙，依次讀取數據。而目的地址的DMF=1，INCD=1，所以每次搬運之后地址增加2^1*16=32Bit，實現了間隙式搬運。

這里需要注意的是，在一個Transaction搬運完成之后，源地址和目的地址并不會重置，而是停留在最后一次搬運所指向的地址，如果要開啟新一輪的搬運，則需要重新再設置地址。

2.3.2 循環Buffer模式

循環Buffer模式，和地址偏移模式的區別，就是增加了一個地址空間的上下限，超過這個限制就會按照設定的方向滾動。

同樣我們需要在ADICR寄存器中設置相關參數，除了地址偏移模式的位域以外，還有以下位域：

CBLS：Circular Buffer Length Source，源地址循環Buffer尺寸；

CBLD：Destination Circular Buffer Enable，目的地址循環Buffer尺寸；

SCBE：Source Circular Buffer Enable，源地址循環Buffer使能；

DCBE：Destination Circular Buffer Enable，目的地址循環Buffer使能；

首先我們按照需求來使能源地址或者目的地址的循環Buffer，然后和偏移地址模式一樣設置我們的偏移參數，最后通過CBLS或CBLD設置我們的Buffer尺寸。Buffer尺寸為2^CBLS，單位為Byte，最大為64kByte。

舉個例子，比如我源地址為0x7000CC40，CBLS=4，則循環Buffer尺寸為2^4=16Byte，在搬運完0x7000CC4C~0x7000CC4F的4字節之后（每個Move4字節），源地址回到0x7000CC40。

另外如果想要地址保持不變，則設置CBLS為0即可。

這里有一個需要注意的地方是，Buffer的上下限必須是按Buffer尺寸字節對齊的，比如Buffer尺寸為16字節，則源地址必須為16字節對齊，如果源地址為0x7000CC44，則前4個字節不會被搬運。

3 MCAL配置示例

下面我們結合示例來說明DMA模塊的原理，以及在MCAL中的相關配置。本實例是通過軟件觸發，把一塊內存的數據搬運到另一塊內存中。

3.1 DMA General

General界面沒有什么特別的配置，一般都是軟件相關接口使能。

3.2 Channel General

我們來到Channel之后，首先是一頁General配置，這里配置通道的基本屬性，比如通道ID等。

用戶也可以配置Notification函數，在DMA完成中斷中會觸發該函數。

3.3 DmaChannelTransactionSet

TransactionSet這里是通道的詳細配置，包括剛才提到的轉換配置，地址偏移等，我們一個個介紹。

DmaTcsIndex：這個參數是Transaction的Id，如果通道中只有一個，就是0就可以，如果有Linked List，存在多個Transaction，就需要依次排序；

DmaTcsSourceAddress & DmaTcsDestinationAddress：搬運的源地址和目的地址，這里可以使用地址值，也可以使用變量、寄存器名等，但是前提是下面的頭文件引用能夠包含該信息；

DmaUserHeaderFileWithExternDeclarations：引用頭文件；

DmaTcsMoveLength：Move搬運的數據寬度，這里我們一次搬運32bit；

DmaPatternMode：數據匹配模式，能夠進行數據匹配，這里未使用；

DmaTcsTransferLength：一個Transfer中Move的數量；這里我們選擇1；

DmaTcsTransactionLength：一個Transaction中Transfer的數量，這里我們配置4；

DmaTcsCircularBufferSourceEnable：源地址循環Buffer使能；

DmaTcsCircularBufferDestinationEnable：目的地址循環Buffer使能；

DmaTcsCircularBufferSourceLength：源地址循環Buffer尺寸，這里我們配置16字節循環；

DmaTcsCircularBufferDestinationLength：目的地址循環Buffer尺寸，這里我們配置16字節循環；

DmaTcsSourceAddressModificationFactor：源地址偏移值，這里我們配置1個Move寬度，不留間隙；

DmaTcsDestinationAddressModificationFactor：目的地址偏移值，這里我們配置1個Move寬度，不留間隙；

DmaTcsAppendTimeStamp：時間戳功能，不使用；

DmaTcsSourceAddressMovement：源地址偏移方向，這里配置為增加；

DmaTcsDestinationAddressMovement：目的地址偏移方向，這里配置為增加；

DmaTcsShadowRegisterConfiguration：影子寄存器配置，未使用；

DmaTcsTriggerFrequency：Transaction觸發頻率，也就是選擇一次觸發是完成一個Transfer還是完成一個Transaction，這里配置為Transaction；

DmaTcsHardwareTrigger：是否使用硬件觸發，單次還是連續；

DmaTcsDaisyChaining：是否配置為Daisy鏈，如果勾選則完成后觸發相鄰的低通道的請求，這里不使用；

3.4 示例代碼

示例代碼這里我們還是使用Infineon原廠MCAL代碼，首先是模塊初始化：

Dma_Init(&Dma_Config);

然后我們聲明轉換需要的源數據和目的數據，這里Buffer為16字節，所以我加了對齊：

#pragma align 16
uint32 DmaTestSrc[DMATEST_BUFFERLEN];
uint32 DmaTestDes[DMATEST_BUFFERLEN];
#pragma align restore

然后就在運行過程中請求轉換就可以了：

Dma_ChStartTransfer(19);    /* 入參為通道號 */

然后我們調試看結果，我這里DmaTestSrc源地址為0x7000CC40，目的地址DmaTestDes為0x7000CC30。啟動后將源數據進行了初始化：

然后我們啟動一次轉換，可以看到執行了4個Transfer，16字節數據全部搬運：

4 小結

本文介紹了Infineon Aurix2G DMA模塊的硬件原理和搬運流程，對搬運的數據結構和地址邏輯進行了說明，最后通過實例展示了DMA模塊的MCAL配置和使用方法，為讀者進行實操提供了參考。