可編程DMA控制器IP設計

　　1、簡介

　　IPOntellectualPIDperty）是隨著EDA（ElectroniDesignAn－tomation）技術發(fā)展而提出的新概念。隨著微電子工業(yè)的飛速革命，集成電路的設計規(guī)模越來越大，以滿足日漸復雜的電子系統(tǒng)的需要，同時又由于上市時間廠linetoMarket）的要求，必須花費盡可能少的時間來證明部件和系統(tǒng)的可靠性。所以，從共享的角度來看待問題，對已經過設計驗證的功能模塊的重用無疑是解決這個瓶頸的最佳方案。

　　當前的設計思想是類似軟件的面向對象的概念，采用虛擬插座VS（VirtuaS0ckets）的概念，把多個不同來源的電路模塊組合起來達到要求的功能，并將其集成在一塊硅片上。IP就是實現這種功能模塊的混合、嗎配和重用以實現片上系統(tǒng)（SystemonACh響設計的最好方法。這將使系統(tǒng)級IC集成設計成為切實可行的技術方向。

　　IP就其本質來講即是一個能提供正確接口信號的功能模塊。MentorGraPhics所下的定義是可重用的部件（ReusableComPOnentS）。具體在ASIC／IC設計中，通常指的是一個軟核，是一個通過具體電路驗證（Silicon－Verified）的功能模塊，它以可綜合的寄存器傳輸級RWRegisterTranslationbevel）文件給出，通過庫文件調用可實現它的重用。

　　2、可編程DMA控制器

　　DMA直接存儲器存取臟制器是用于微處理器系統(tǒng)的外圍接口電路芯片。它能夠增強系統(tǒng)外部設備同主存儲器之間信息傳送的性能，從而增強數據吞吐量。

　　8237A是Intel公司推出的8位DMA控制器，提供了大量的可編程控制特性，同時可以允許程序動態(tài)編程控制而優(yōu)化系統(tǒng)。它主要配合微控制器，完成外圍設備與存儲器之間的大量高速數據傳輸工作，并且它也提供存儲器到存儲器的傳送功能。當前存在著大量采用8237A作為外圍接口電路芯片的微控制電路，所以8237A的IP設計對于這些系統(tǒng)片上集成具有重要意義。

　　8237A的IP包含以下幾個特點：

　　（1）包含了四個通道，每個通道可以有四種工作模式，可以單字節(jié)傳送、塊傳送房求傳送、級連工作。每個通道可以通過級連模式連接附加的控制器芯片而擴展成為任意通道數，其它的三個模式可以由用戶編程為外圍器件提供DMA傳送服務。

　　（2）通道編程設置為自動初始化，每當傳送結束或者EOP信號有效時，通道可以自動初始化。由于每個通道的地址和字寄存器都是16位，所以具有64K地址以及字計數能力。

　?。?）提供通道優(yōu)先權控制，進行固定和循環(huán)優(yōu)先權調度。8237A最突出的特點是具有對多種傳輸方式的控制。

　　3、電路功能模塊設計

　　整個系統(tǒng)設計成為全同步電路。根據Intel提供的器件時序，設計在系統(tǒng)時鐘CLK的下降沿將狀態(tài)翻轉，給出相應控制信號；而系統(tǒng)的數據通道在系統(tǒng)時鐘CLK的上升沿進行數據傳遞。通過對文獻間所進行的邏輯分析，所設計的IP電路劃分為如下模塊：接口模塊、通道請求優(yōu)先級及屏蔽控制模塊。中央控制模塊、通道地址和計數器控制模塊、命令寄存器模塊、狀態(tài)寄存器模塊。如圖1。

　　3.1接口模塊

　　接口電路的主要功能是實現與CPU和存儲器以及外部設備的連接。接收CPU寫入的命令字、地址、字節(jié)數、模式控制率等；向CPU提供狀態(tài)字以及各個寄存器的內容。對于存儲器和外設的接口一般都是提供傳輸數據的當前地址，在存儲器至存儲器傳輸工作模式下，還要使用臨時寄存器Temp對傳輸的數據進行暫存。

　　3.2通道請來優(yōu)先級及屏蔽控制模塊

　　這個模塊利用邊沿檢測器和或邏輯實現了對DREQ（DMARequest晴求的沿觸發(fā)以及電平觸發(fā)的檢測。同時通過優(yōu)先級設置和屏蔽寄存器的設置判定對應請求是否有效，之后將有效的請求送給中央控制模塊，由中央控制模塊對相應的通道進行處理，并且發(fā)送DACK（DMAcknowle吃小向應信號通知外設撤消DREQ請求。優(yōu)先級可以用命令方式設置為固定優(yōu)先級和循環(huán)優(yōu)先級。

　　3.3中央控制模塊

　　這是整個IP設計的核心部分，該模塊作為DMA控制器的主要工作模塊，相應地執(zhí)行各種控制命令，負責在空閑（id由周期響應CPU操作；在執(zhí)行（ActiVe調期，協(xié)調DMA內部的其它模塊，接管總線控制，提供數據傳輸所需要的所有地址、數據暫存控制，并向外提供讀寫時序信號。

　　8237A的工作過程可以分為7個狀態(tài)，即SI，SO，S1，S2，S3，S4和Sw。它的狀態(tài)轉移如圖2所示。該模塊的主要構成部分就是系統(tǒng)狀態(tài)機，而其中的引，SZ，S4狀態(tài)對于數據通道進行主要操作，8237A是一個同步電路，所以中央控制模塊就設計成一個同步狀態(tài)機，每個狀態(tài)都是一個時鐘周期的寬度。