xilinx DMA IP核(一) —— loop测试 代码注释

　　本篇笔记中的代码来自：米联科技的教程“第三季第一篇的DMA_LOOP环路测试”

　　硬件的连接如下图所示：

图：DMA Loop Block Design

橘色的线就是DMA加FIFO组成的一个LOOP循环，红色圈圈是AXI_LITE的控制和两个读写完成的中断。

　　米联科技教程提供的该测试代码文件是以下四个，我删除了其中关于OLED的部分。

图：DMA Loop 测试源码结构

 1.重要的结构体

　　1.1.中断设备：static XScuGic Intc; //GIC

　　在main.c文件中，sataic用来修饰全局变量，形成静态全局变量，static修饰的函数/全局变量属于内链接，Intc可以在当前main.c文件内部范围内进行链接。

/**
 * The XScuGic driver instance data. The user is required to allocate a
 * variable of this type for every intc device in the system. A pointer
 * to a variable of this type is then passed to the driver API functions.
 */
typedef struct
{
    XScuGic_Config *Config;  /**< Configuration table entry */
    u32 IsReady;         /**< Device is initialized and ready */
    u32 UnhandledInterrupts; /**< Intc Statistics */
} XScuGic;

　　XScuGic结构体中包含了XScuGic_Config 结构体类型指针Config。XScuGic_Config 结构体如下： 　

typedef struct
{
    u16 DeviceId;        /**< Unique ID  of device */
    u32 CpuBaseAddress;    /**< CPU Interface Register base address */
    u32 DistBaseAddress;    /**< Distributor Register base address */
    XScuGic_VectorTableEntry HandlerTable[XSCUGIC_MAX_NUM_INTR_INPUTS];/**<
                 Vector table of interrupt handlers */
} XScuGic_Config;

　　1.2.DMA设备：static  XAxiDma AxiDma;

/**
 * The XAxiDma driver instance data. An instance must be allocated for each DMA
 * engine in use.
 */
typedef struct XAxiDma {
    UINTPTR RegBase;        /* Virtual base address of DMA engine */

    int HasMm2S;        /* Has transmit channel */
    int HasS2Mm;        /* Has receive channel */
    int Initialized;    /* Driver has been initialized */
    int HasSg;

    XAxiDma_BdRing TxBdRing;     /* BD container management for TX channel */
    XAxiDma_BdRing RxBdRing[16]; /* BD container management for RX channel */
    int TxNumChannels;
    int RxNumChannels;
    int MicroDmaMode;
    int AddrWidth;          /**< Address Width */
} XAxiDma;

　　1.3.中断向量表

typedef struct {
    Xil_ExceptionHandler Handler;
    void *Data;
} XExc_VectorTableEntry;

2.代码结构

main()

|---- init_intr_sys();

　　|---- DMA_Intr_Init();　　// 初始化DMA

　　　　|---- XAxiDma_LookupConfig();　　// 查找DMA设备

　　　　|---- XAxiDma_CfgInitialize();　　　　// 初始化DMA设备

　　|---- Init_Intr_System();　　//初始化中断控制器

　　　　|---- XScuGic_LookupConfig();　　// 查找中断控制器设备；带的参数为设备ID，查看中断向量是否存在

　　　　|---- XScuGic_CfgInitialize();　　// 初始化中断控制器设备

　　|---- Setup_Intr_Exception();

　　　　|---- Xil_ExceptionInit();　　// 使能硬件中断

　　　　|---- Xil_ExceptionRegisterHandler();

　　　　|---- Xil_ExceptionEnable();

　　|---- DMA_Setup_Intr_System();　　// 设置DMA中断

　　　　|---- XScuGic_SetPriorityTriggerType();

　　　　|---- XScuGic_Connect();　　// 连接中断源

　　　　|---- XScuGic_Enable();

　　|---- DMA_Intr_Enable();

　　　　|---- XAxiDma_IntrDisable();

　　　　|---- XAxiDma_IntrEnable();

|----axi_dma_test();

 

2.1.比较重要的函数

2.1.1.中断注册函数 Xil_ExceptionRegisterHandler：

/*****************************************************************************/
/**
* @brief    Register a handler for a specific exception. This handler is being
*            called when the processor encounters the specified exception.
*
* @param    exception_id contains the ID of the exception source and should
*            be in the range of 0 to XIL_EXCEPTION_ID_LAST.
*            See xil_exception.h for further information.
* @param    Handler to the Handler for that exception.
* @param    Data is a reference to Data that will be passed to the
*            Handler when it gets called.
*
* @return    None.
*
* @note        None.
*
****************************************************************************/
void Xil_ExceptionRegisterHandler(u32 Exception_id,
                    Xil_ExceptionHandler Handler,
                    void *Data)
{
    XExc_VectorTable[Exception_id].Handler = Handler;
    XExc_VectorTable[Exception_id].Data = Data;
}

　　从上面可以看到Xil_ExceptionRegisterHandler()这个函数是把中断的句柄(第二个行参“Handler”)和中断的参数(第三个行参“Data”)放到了两个结构体XExc_VectorTableEntry类型的数组XExc_VectorTable当中 ，XExc_VectorTableEntry结构体类型如下：

XExc_VectorTableEntry XExc_VectorTable[XIL_EXCEPTION_ID_LAST + 1] =
{
    {Xil_ExceptionNullHandler, NULL},
    {Xil_UndefinedExceptionHandler, NULL},
    {Xil_ExceptionNullHandler, NULL},
    {Xil_PrefetchAbortHandler, NULL},
    {Xil_DataAbortHandler, NULL},
    {Xil_ExceptionNullHandler, NULL},
    {Xil_ExceptionNullHandler, NULL},
};

　　Xil_ExceptionRegisterHandler()函数的第二传参XScuGic_InterruptHandler，是一个函数指针，强制转化成了Xil_ExceptionHandler类型，XScuGic_InterruptHandler()函数如下。

void XScuGic_InterruptHandler(XScuGic *InstancePtr)
{

    u32 InterruptID;
        u32 IntIDFull;
        XScuGic_VectorTableEntry *TablePtr;

        /* Assert that the pointer to the instance is valid
         */
        Xil_AssertVoid(InstancePtr != NULL);

        /*
         * Read the int_ack register to identify the highest priority interrupt ID
         * and make sure it is valid. Reading Int_Ack will clear the interrupt in the GIC.
         * 读取 int_ack 寄存器以识别最高优先级的中断 ID， 并确保其有效。读取 Int_Ack 将清除 GIC 中的中断。
　　　　　*　然后看看读出来的中断 ID 是否大于最大的中断值。  
         */
        IntIDFull = XScuGic_CPUReadReg(InstancePtr, XSCUGIC_INT_ACK_OFFSET);
        InterruptID = IntIDFull & XSCUGIC_ACK_INTID_MASK;

        if(XSCUGIC_MAX_NUM_INTR_INPUTS < InterruptID){
        goto IntrExit;
        }

        /*
         * Execute the ISR. Jump into the Interrupt service routine based on the
         * IRQSource. A software trigger is cleared by the ACK.
         */
        TablePtr = &(InstancePtr->Config->HandlerTable[InterruptID]);
        if(TablePtr != NULL) {
            TablePtr->Handler(TablePtr->CallBackRef);
        }

    IntrExit:
        /*
         * Write to the EOI register, we are all done here.
         * Let this function return, the boot code will restore the stack.
         */
        XScuGic_CPUWriteReg(InstancePtr, XSCUGIC_EOI_OFFSET, IntIDFull);
}

　　通过程序开头 xilinx 给出的这个XScuGic_InterruptHandler()程序的注释可以知道： 这个函数是基本的中断驱动函数。 它必须 连接到中断源， 以便在中断控制器的中断激活时被调用。 它将解决哪些中断是活动的和启用的， 并调用适当的中断处理程序。 它使用中断类型信息来确定何时确认中断。 首先处理最高优先级的中断。 此函数假定中断向量表已预先初始化。 它不会在调用中断处理程序之前验证表中的条目是否有效。 当中断发生时，调用的就是上面的代码中的语句：TablePtr->Handler(TablePtr->CallBackRef)。那么这个Handler和CallBackRef到底是什么呢？也就是Handler和CallBackRef到底是和哪段要被执行的代码绑定在一起呢？
2.1.2.中断连接函数

　　我们在DMA_Setup_Intr_System()函数中调用了中断连接函数XScuGic_Connect();

int DMA_Setup_Intr_System(XScuGic * IntcInstancePtr,XAxiDma * AxiDmaPtr, u16 TxIntrId, u16 RxIntrId)
{
<...>
    /*
     * Connect the device driver handler that will be called when an
     * interrupt for the device occurs, the handler defined above performs
     * the specific interrupt processing for the device.
     */
    Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, TxIntrId,
                (Xil_InterruptHandler)DMA_TxIntrHandler,
                AxiDmaPtr);
    if (Status != XST_SUCCESS) {
        return Status;
    }

    Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, RxIntrId,
                (Xil_InterruptHandler)DMA_RxIntrHandler,
                AxiDmaPtr);
    if (Status != XST_SUCCESS) {
        return Status;
    }
<...>
}

　　可以看到XScuGic_Connect()函数的第三个传参是一个Xil_InterruptHandler类型的函数指针DMA_TxIntrHandler。XScuGic_Connect()内容如下。

s32  XScuGic_Connect(XScuGic *InstancePtr, u32 Int_Id,
                      Xil_InterruptHandler Handler, void *CallBackRef)
{
    /*
     * Assert the arguments
     */
    Xil_AssertNonvoid(InstancePtr != NULL);
    Xil_AssertNonvoid(Int_Id < XSCUGIC_MAX_NUM_INTR_INPUTS);
    Xil_AssertNonvoid(Handler != NULL);
    Xil_AssertNonvoid(InstancePtr->IsReady == XIL_COMPONENT_IS_READY);

    /*
     * The Int_Id is used as an index into the table to select the proper
     * handler
     */
    InstancePtr->Config->HandlerTable[Int_Id].Handler = Handler;
    InstancePtr->Config->HandlerTable[Int_Id].CallBackRef = CallBackRef;

    return XST_SUCCESS;
}

　　可以看到XScuGic_Connect()函数将传进来的第三个参数，Xil_InterruptHandler类型的“Handler”，绑定到InstancePtr->Config->HandlerTable[Int_Id].Handler中，第四个参数同理绑定。这里的InstancePtr是函数XScuGic_Connect()传进来的XScuGic结构体类型的指针变量，前面讲过，XScuGic结构体中还包含XScuGic_Config结构体类型的指针Config，进一步来说，XScuGic_Connect()函数将传进来的第三个参数Handler就是绑定到XScuGic_Config结构体类型的指针Config中的HandlerTable变量。这个HandlerTable变量是一个XScuGic_VectorTableEntry类型的结构体变量。至此，中断的Handler就绑定到main.c文件开头定义的设备static XScuGic Intc当中，同时设备 XScuGic Intc也因为函数Setup_Intr_Exception()跟硬件的异常向量表绑定到一起了。前文提到“Handler和CallBackRef到底是和哪段要被执行的代码绑定在一起呢？”，那么答案就在这里了，要执行的代码就在这里被绑定到一起来。

　　所以接下来看看这个形参Handler（对应的是调用XScuGic_Connect()函数传进来的实参DMA_TxIntrHandler）指向了什么东西？

　　函数指针DMA_TxIntrHandler指向的内容如下。下面代码是DMA Tx的，Rx的也差不多。

static void DMA_TxIntrHandler(void *Callback)
{

    u32 IrqStatus;
    int TimeOut;
    XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;

    /* Read pending interrupts */
    IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);

    /* Acknowledge pending interrupts */


    XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);

    /*
     * If no interrupt is asserted, we do not do anything
     */
    if (!(IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK)) {

        return;
    }

    /*
     * If error interrupt is asserted, raise error flag, reset the
     * hardware to recover from the error, and return with no further
     * processing.
     */
    if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_ERROR_MASK)) {

        Error = 1;

        /*
         * Reset should never fail for transmit channel
         */
        XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);

        TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER;

        while (TimeOut) {
            if (XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {
                break;
            }

            TimeOut -= 1;
        }

        return;
    }

    /*
     * If Completion interrupt is asserted, then set the TxDone flag
     */
    if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {

        TxDone = 1;
    }
}

 　　代码中，在dma_intr.h中声明了三个全局变量：TxDone，RxDone和Error。

dam_intr.h ：

extern volatile int TxDone;
extern volatile int RxDone;
extern volatile int Error;

　　在dma_intr.c文件的开头，定义了这三个全局变量。

#include "dma_intr.h"

volatile int TxDone;
volatile int RxDone;
volatile int Error;

可以看到用关键字volatile修饰，在此回顾一下朱有鹏老师在讲解C语言的时候，总结的volatile的用法：

(1)volatile的字面意思：可变的、易变的。C语言中volatile用来修饰一个变量，表示这个变量可以被编译器之外的东西改变。编译器之内的意思是变量的值的改变是代码的作用，编译器之外的改变就是这个改变不是代码造成的，或者不是当前代码造成的，编译器在编译当前代码时无法预知。譬如在中断处理程序isr中更改了这个变量的值，譬如多线程中在别的线程更改了这个变量的值，譬如硬件自动更改了这个变量的值（一般这个变量是一个寄存器的值）
(2)以上说的三种情况（中断isr中引用的变量，多线程中共用的变量，硬件会更改的变量）都是编译器在编译时无法预知的更改，此时应用使用volatile告诉编译器这个变量属于这种（可变的、易变的）情况。编译器在遇到volatile修饰的变量时就不会对改变量的访问进行优化，就不会出现错误。
(3)编译器的优化在一般情况下非常好，可以帮助提升程序效率。但是在特殊情况（volatile）下，变量会被编译器想象之外的力量所改变，此时如果编译器没有意识到而去优化则就会造成优化错误，优化错误就会带来执行时错误。而且这种错误很难被发现。
(4)volatile是程序员意识到需要volatile然后在定义变量时加上volatile，如果你遇到了应该加volatile的情况而没有加程序可能会被错误的优化。如果在不应该加volatile而加了的情况程序不会出错只是会降低效率。所以我们对于volatile的态度应该是：正确区分，该加的时候加不该加的时候不加，如果不能确定该不该加为了保险起见就加上。

计划在xilinx DMA IP loop测试(二)中结合DMA的AXI4总线时序，来记录一下DMA的数据收发。