來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用  作者：第二炮兵工程學(xué)院 王文進 劉代志 高科技研究所 王 超 王永明

摘要：以TMS320C6701為例，說明在實時圖像處理系統(tǒng)中使用DMA的必要性，同時給出DMA在實時圖像處理中幾種典型的應(yīng)用例子。

關(guān)鍵詞：DMA 實時圖像處理 DSP

引言

實時圖像處理系統(tǒng)要求系統(tǒng)必須在有限的時間內(nèi)完成大量數(shù)據(jù)的運算。DSP以其獨特的哈佛總線結(jié)構(gòu)和并行的存儲塊結(jié)構(gòu)，將乘法操作與加法操作統(tǒng)一考慮，可以在一個指令周期完成般處理器的多次運算；并且指令系統(tǒng)采用多級流水線操作方式，保證了系統(tǒng)對實時性的要求，因此得以在實時圖像處理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。圖像處理系統(tǒng)的最大特點就是運算數(shù)據(jù)量大。大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)量遠遠大于片內(nèi)存儲器容量，計算過程中必須進行數(shù)據(jù)的交換。合理使用DMA可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，取得事半功倍的效果。本文以TMS320C6701（簡稱C6701）為例，介紹DMA在圖像處理中的幾種典型應(yīng)用。

1 圖像處理系統(tǒng)特點與使用DMA的必要性

前面已經(jīng)提到，圖像處理系統(tǒng)的最大特點是就是運算數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)量往往大于片內(nèi)存儲器容量。不僅如此，圖像處理系統(tǒng)之中，運算過程產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)往往與源數(shù)據(jù)大小相當(dāng)，這也限制了片內(nèi)高速存儲區(qū)的使用。然而為了提高處理的速度，計算源數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)必須盡可能多地在片內(nèi)高速存儲區(qū)進行，因此，必須使用DMA在片內(nèi)高速存儲區(qū)與片外低速存儲區(qū)之間進行數(shù)據(jù)交換，以提高數(shù)據(jù)處理速度。

另外，數(shù)據(jù)的排列往往不符合程序的要求；必須對數(shù)據(jù)進行重排達到程序要求；使用DMA對數(shù)據(jù)重排，可以滿足程序要求。與數(shù)據(jù)重排如出一轍，圖像處理中許多操作的基礎(chǔ)都是對多重數(shù)組的操作，也就是矩陣運算。諸如求逆、取子圖等圖像處理中經(jīng)常用到的運算，也可以通過DMA完成。這些運算當(dāng)然可用C語言編程實現(xiàn)，但是，如果程序?qū)崿F(xiàn)是一個多重循環(huán)，不利于軟件流水，而且隨著數(shù)據(jù)量的增加，消耗的時鐘周期也會成比例增加；即使使用并行匯編在時鐘消耗上可以有所減少，這都是不符合系統(tǒng)實時性要求的。如果通過DMA數(shù)據(jù)重排，可以輕而易舉地實現(xiàn)，而且這個過程CPU只占有一個時鐘周期，通過巧妙程序安排，安全可以使數(shù)據(jù)的傳輸過程在CPU的后臺進行，根本感覺不到DMA的存在。

2 C6x系列DMA簡介

TMS320C6701S是TMS320C6000系列的高速浮點數(shù)字信號處理信號，是TI公司20世紀(jì)90年代后期的最新一代DSP產(chǎn)品。C6701有4個通道自加載的DMA通道，用于數(shù)據(jù)的DMA傳輸；另外，1個輔助DMA通道，負責(zé)與主機通信。DMA通道可以在沒有CPU參與下完成映射空間的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)的傳輸可以是片內(nèi)存存儲器、片內(nèi)外圍部件或外部器件之間的傳輸。

2.1 DMA控制寄存器

對于C6x系列的DMA，在使用任何一個DMA通道進行數(shù)據(jù)傳輸前，都必須設(shè)置以下幾組寄存器。各寄存器及其功能如下：

*主控寄存器（primary control register）——用于控制DMA狀態(tài)及傳輸類型；

*副控寄存器（secondary control register）——用于使能CPU中斷，監(jiān)視DMA通道狀態(tài)；

*傳輸計數(shù)寄存器（transfer control register）——用于記錄傳輸?shù)膯挝粩?shù)目；

*源地址寄存器（source control register）——傳輸?shù)钠鹗嫉刂?BR>

*目標(biāo)地址寄存器（destination control register）——傳輸?shù)哪康牡刂罚?BR>

此外，DMA通道可以使用以下全局DMA寄存器，以完成比較復(fù)雜的傳輸過程：

*全局地址寄存器組（global address register A、B、C和D）;

*全局索引寄存器組（global index register A和register A和B）。

全局地址寄存器組共有4個32位寄存器，其作為分裂地址或地址重載值。全局索引寄存器2個32位寄存器。每個寄存器含2個控制域，其中高16位為幀索引域（FRAME INDEX），其值為幀間的地址偏移量，也就是傳輸完1幀后，地址的調(diào)整量；低16位為數(shù)據(jù)單元索引域（ELEMENT INDEX），其值為幀內(nèi)地址偏移量，也就是每傳輸完1個數(shù)據(jù)單元的地址調(diào)整量。全局計數(shù)重載計數(shù)器與全局索引寄存器結(jié)構(gòu)一樣，用于重載DMA通道的傳輸計數(shù)寄存器。全局DMA寄存器可以為任意DMA通道使用，而且同一寄存器可以同時被一個以上的DMA通道使用。

2.2 DMA工作過程簡介

DMA是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，限于篇幅，這里只簡要介紹DMA的工作過程。

在C6000系列DMA中，把所傳輸?shù)囊欢〝?shù)量的數(shù)據(jù)單元（ELEMENT）稱為幀（FRAME），幀的