一. AXI DMA简介

AXI DMA IP核提供了AXI4内存之间或AXI4-Stream IP之间的内存直接访问，可选为分散收集工作模式，初始化，状态和管理寄存器等通过AXI4-Lite 从机几口访问，结构如图1所示，AXI DMA主要包括Memory Map和Stream两部分接口，前者连接PS段，后者连接带有流接口的PL IP核。

AXI DMA的特性如下：

1. AXI4协议

2. 支持 Scatter/Gather DMA

不需要CPU的控制
独立于数据总线获取或更新传输描述符
运行描述符放在任何内存映射的位置，如：描述符可以放在block RAM中
支持循环工作模式

3. 直接寄存器模式

只需很少的FPGA资源就可以使用Scatter Gather引擎，在这种模式下，设置源地址(如MM2S)和目的地址(如S2MM)，然后设置数据长度的寄存器。

4. AXI4支持多种数据位宽：32,64,128,256,512和1024位；

5. AXI4-Stream数据位宽支持：8,16,32,64,128,256,512和1024位；

6. 支持超过512字节重对齐。

1.1 开发环境

Windows 10 64位
Vivado 2018.2
XC7Z010-1-CLG400

1.2 例程简介

首先构建AXI DMA例程使用的硬件环境，在这个设计中，我们用DMA将内存中的数据传输到IP模块中，然后传输会内存，原则上这个IP模块可以是任意类型的数据产生模块，如ADC/DMA，在本例程中，我们使用FIFO来作为环路进行测试。如图2所示。

如图2所示，我们在PL中使用AXI DMA和AXI Data FIFO模块，AXI Lite总线用来配置AXI DMA，AXI_S2MM和AXI_MM2S用于内存和DMA控制器之间的通信。

2. 工程创建

2.1 添加AXI DMA

1. 打开Vivado模板工程，在Block Design中点击"Add IP",搜索AXI Direct Memory Access模块，双击添加到工程中。

2. 连接AXI总线。点击"Run Connection Automation"，点击"OK"，vivado会自动将AXI DMA连接到ZYNQ PS端，连接后如下图所示。

3. 现在，我们要连接AXI DMA控制器的M_AXI_SG, M_AXI_MM2S和M_AXI_S2MM到一个PS端的高性能AXI从机接口。模板工程中并没有这样的从机接口，所以，双击ZYNQ IP,配置该模块，选择PS-PL Configuration，勾选HP Slave AXI Interface > S AXI HP0 Interface，如下图所示。

4. 高性能AXI从机接口在模块原理图中显示如图，点击"Run Connection Automation"，选择"processing_system7_0/S_AXI_HP0".

5. 此时，根据辅助设计提示，点击"Run Connection Automation",全选All Automation，默认即可。DMA连接完成后如下图所示。

6. 取消SG模式。双击axi_dma模块，取消"Enable Scatter Gather Engine"。配置如下

2.2 添加FIFO

1. 点击"Add IP"，搜索"AXI-Stream Data FIFO".

2. 这里只能手动连接AXI总线。连接data FIFO的"S_AXIS"到AXI DMA的M_AXIS_MM2S。

3. 连接data FIFO的“M_AXIS”到 AXI DMA的"S_AXIS_MM2S"。

4. data FIFO的s_axis_aresetn和s_axis_aclk到AXI DMA的axi_resetn和s_axi_lite_aclk。

5. 连接DMA中断到PS。连接AXI DMA的mm2s_introut到xlconcat_0的In0,连接s2mm_introut到xlconcat_0的In1.

6. 点击Tools -> Validate Design，确认无误后最终原理图如下。

编译综合，生成bitstream，导出到SDK中进行软件设计。

3. SDK软件测试

1.1 创建SDK工程

新建AXIDMA_bsp工程，在system.mss的Peripheral Drivers中，点击Import Examples，导入Xilinx官方例程。

选择xaxidma_example_simple_intr例程。

1.2 编辑代码

dma_intr.h文件

#ifndef SRC_DMA_INTR_H_
#define SRC_DMA_INTR_H_#include "xaxidma.h"
#include "xparameters.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xdebug.h"
#include "xscugic.h"/************************** Constant Definitions *****************************/
#define DMA_DEV_ID          XPAR_AXIDMA_0_DEVICE_ID
#define MEM_BASE_ADDR       0x01000000
#define RX_INTR_ID          XPAR_FABRIC_AXIDMA_0_S2MM_INTROUT_VEC_ID
#define TX_INTR_ID          XPAR_FABRIC_AXIDMA_0_MM2S_INTROUT_VEC_ID#define TX_BUFFER_BASE      (MEM_BASE_ADDR + 0x00100000)
#define RX_BUFFER_BASE      (MEM_BASE_ADDR + 0x00300000)
#define RX_BUFFER_HIGH      (MEM_BASE_ADDR + 0x004FFFFF)
#define INTC_DEVICE_ID      XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID#define INTC                XScuGic
#define INTC_HANDLER        XScuGic_InterruptHandler/* Timeout loop counter for reset*/
#define RESET_TIMEOUT_COUNTER   10000#define TEST_START_VALUE   0xC
/** Buffer and Buffer Descriptor related constant definition*/
#define MAX_PKT_LEN         0x100#define NUMBER_OF_TRANSFERS    10/** Flags interrupt handlers use to notify the application context the events.*/
extern volatile int TxDone;
extern volatile int RxDone;
extern volatile int Error;int SetupIntrSystem(INTC * IntcInstancePtr,XAxiDma * AxiDmaPtr, u16 TxIntrId, u16 RxIntrId);
void DisableIntrSystem(INTC * IntcInstancePtr,u16 TxIntrId, u16 RxIntrId);/************************** Function Prototypes ******************************/
int CheckData(int Length, u8 StartValue);
void TxIntrHandler(void *Callback);
void RxIntrHandler(void *Callback);#endif /* SRC_DMA_INTR_H_ */

dma_intr.c

#include "dma_intr.h"/** Flags interrupt handlers use to notify the application context the events.*/
volatile int TxDone;
volatile int RxDone;
volatile int Error;/*****************************************************************************/
/*
*
* This function checks data buffer after the DMA transfer is finished.
*
* We use the static tx/rx buffers.
*
* @param   Length is the length to check
* @param   StartValue is the starting value of the first byte
*
* @return
*       - XST_SUCCESS if validation is successful
*       - XST_FAILURE if validation is failure.
*
* @note        None.
*
******************************************************************************/
int CheckData(int Length, u8 StartValue)
{u8 *RxPacket;int Index = 0;u8 Value;RxPacket = (u8 *) RX_BUFFER_BASE;Value = StartValue;/* Invalidate the DestBuffer before receiving the data, in case the* Data Cache is enabled*/
#ifndef __aarch64__Xil_DCacheInvalidateRange((UINTPTR)RxPacket, Length);
#endiffor(Index = 0; Index < Length; Index++) {if (RxPacket[Index] != Value) {xil_printf("Data error %d: %x/%x\r\n",Index, RxPacket[Index], Value);return XST_FAILURE;}Value = (Value + 1) & 0xFF;}return XST_SUCCESS;
}/*****************************************************************************/
/*
*
* This is the DMA TX Interrupt handler function.
*
* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any
* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt
* is present, then sets the TxDone.flag
*
* @param   Callback is a pointer to TX channel of the DMA engine.
*
* @return  None.
*
* @note        None.
*
******************************************************************************/
void 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;}
}/*****************************************************************************/
/*
*
* This is the DMA RX interrupt handler function
*
* It gets the interrupt status from the hardware, acknowledges it, and if any
* error happens, it resets the hardware. Otherwise, if a completion interrupt
* is present, then it sets the RxDone flag.
*
* @param   Callback is a pointer to RX channel of the DMA engine.
*
* @return  None.
*
* @note        None.
*
******************************************************************************/
void RxIntrHandler(void *Callback)
{u32 IrqStatus;int TimeOut;XAxiDma *AxiDmaInst = (XAxiDma *)Callback;/* Read pending interrupts */IrqStatus = XAxiDma_IntrGetIrq(AxiDmaInst, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);/* Acknowledge pending interrupts */XAxiDma_IntrAckIrq(AxiDmaInst, IrqStatus, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);/** 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 could fail and hang* NEED a way to handle this or do not call it??*/XAxiDma_Reset(AxiDmaInst);TimeOut = RESET_TIMEOUT_COUNTER;while (TimeOut) {if(XAxiDma_ResetIsDone(AxiDmaInst)) {break;}TimeOut -= 1;}return;}/** If completion interrupt is asserted, then set RxDone flag*/if ((IrqStatus & XAXIDMA_IRQ_IOC_MASK)) {RxDone = 1;}
}/*****************************************************************************/
/*
*
* This function setups the interrupt system so interrupts can occur for the
* DMA, it assumes INTC component exists in the hardware system.
*
* @param   IntcInstancePtr is a pointer to the instance of the INTC.
* @param   AxiDmaPtr is a pointer to the instance of the DMA engine
* @param   TxIntrId is the TX channel Interrupt ID.
* @param   RxIntrId is the RX channel Interrupt ID.
*
* @return
*       - XST_SUCCESS if successful,
*       - XST_FAILURE.if not succesful
*
* @note        None.
*
******************************************************************************/
int SetupIntrSystem(INTC * IntcInstancePtr,XAxiDma * AxiDmaPtr, u16 TxIntrId, u16 RxIntrId)
{int Status;XScuGic_Config *IntcConfig;/** Initialize the interrupt controller driver so that it is ready to* use.*/IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);if (NULL == IntcConfig) {return XST_FAILURE;}Status = XScuGic_CfgInitialize(IntcInstancePtr, IntcConfig,IntcConfig->CpuBaseAddress);if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}XScuGic_SetPriorityTriggerType(IntcInstancePtr, TxIntrId, 0xA0, 0x3);XScuGic_SetPriorityTriggerType(IntcInstancePtr, RxIntrId, 0xA0, 0x3);/** 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)TxIntrHandler,AxiDmaPtr);if (Status != XST_SUCCESS) {return Status;}Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, RxIntrId,(Xil_InterruptHandler)RxIntrHandler,AxiDmaPtr);if (Status != XST_SUCCESS) {return Status;}XScuGic_Enable(IntcInstancePtr, TxIntrId);XScuGic_Enable(IntcInstancePtr, RxIntrId);/* Enable interrupts from the hardware */Xil_ExceptionInit();Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler)INTC_HANDLER,(void *)IntcInstancePtr);Xil_ExceptionEnable();return XST_SUCCESS;
}/*****************************************************************************/
/**
*
* This function disables the interrupts for DMA engine.
*
* @param   IntcInstancePtr is the pointer to the INTC component instance
* @param   TxIntrId is interrupt ID associated w/ DMA TX channel
* @param   RxIntrId is interrupt ID associated w/ DMA RX channel
*
* @return  None.
*
* @note        None.
*
******************************************************************************/
void DisableIntrSystem(INTC * IntcInstancePtr,u16 TxIntrId, u16 RxIntrId)
{XScuGic_Disconnect(IntcInstancePtr, TxIntrId);XScuGic_Disconnect(IntcInstancePtr, RxIntrId);
}

main.c文件

#include "xaxidma.h"
#include "xparameters.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xdebug.h"
#include "xscugic.h"#include "dma_intr.h"static XAxiDma AxiDma;     /* Instance of the XAxiDma */
static INTC Intc;           /* Instance of the Interrupt Controller *//*****************************************************************************/
/**
*
* Main function
*
* This function is the main entry of the interrupt test. It does the following:
*   Initialize the DMA engine
*   Set up Tx and Rx channels
*   Set up the interrupt system for the Tx and Rx interrupts
*   Submit a transfer
*   Wait for the transfer to finish
*   Check transfer status
*   Disable Tx and Rx interrupts
*   Print test status and exit
*
* @param   None
*
* @return
*       - XST_SUCCESS if example finishes successfully
*       - XST_FAILURE if example fails.
*
* @note        None.
*
******************************************************************************/
int axi_dma_test()
{int Status;XAxiDma_Config *Config;int Tries = NUMBER_OF_TRANSFERS;int Index;u8 *TxBufferPtr;u8 *RxBufferPtr;u8 Value;TxBufferPtr = (u8 *)TX_BUFFER_BASE ;RxBufferPtr = (u8 *)RX_BUFFER_BASE;xil_printf("\r\n--- Entering main() --- \r\n");Config = XAxiDma_LookupConfig(DMA_DEV_ID);if (!Config) {xil_printf("No config found for %d\r\n", DMA_DEV_ID);return XST_FAILURE;}/* Initialize DMA engine */Status = XAxiDma_CfgInitialize(&AxiDma, Config);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Initialization failed %d\r\n", Status);return XST_FAILURE;}if(XAxiDma_HasSg(&AxiDma)){xil_printf("Device configured as SG mode \r\n");return XST_FAILURE;}/* Set up Interrupt system  */Status = SetupIntrSystem(&Intc, &AxiDma, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Failed intr setup\r\n");return XST_FAILURE;}/* Disable all interrupts before setup */XAxiDma_IntrDisable(&AxiDma, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);XAxiDma_IntrDisable(&AxiDma, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);/* Enable all interrupts */XAxiDma_IntrEnable(&AxiDma, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);XAxiDma_IntrEnable(&AxiDma, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK,XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);/* Initialize flags before start transfer test  */TxDone = 0;RxDone = 0;Error = 0;Value = TEST_START_VALUE;for(Index = 0; Index < MAX_PKT_LEN; Index ++) {TxBufferPtr[Index] = Value;Value = (Value + 1) & 0xFF;}/* Flush the SrcBuffer before the DMA transfer, in case the Data Cache* is enabled*/Xil_DCacheFlushRange((UINTPTR)TxBufferPtr, MAX_PKT_LEN);
#ifdef __aarch64__Xil_DCacheFlushRange((UINTPTR)RxBufferPtr, MAX_PKT_LEN);
#endif/* Send a packet */for(Index = 0; Index < Tries; Index ++) {Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(UINTPTR) RxBufferPtr,MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA);if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}Status = XAxiDma_SimpleTransfer(&AxiDma,(UINTPTR) TxBufferPtr,MAX_PKT_LEN, XAXIDMA_DMA_TO_DEVICE);if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}/** Wait TX done and RX done*/while (!TxDone && !RxDone && !Error) {/* NOP */}if (Error) {xil_printf("Failed test transmit%s done, ""receive%s done\r\n", TxDone? "":" not",RxDone? "":" not");goto Done;}/** Test finished, check data*/Status = CheckData(MAX_PKT_LEN, 0xC);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Data check failed\r\n");goto Done;}}xil_printf("Successfully ran AXI DMA interrupt Example\r\n");/* Disable TX and RX Ring interrupts and return success */DisableIntrSystem(&Intc, TX_INTR_ID, RX_INTR_ID);Done:xil_printf("--- Exiting main() --- \r\n");return XST_SUCCESS;
}int main(void)
{axi_dma_test();return XST_SUCCESS;
}

1.3 编译调试。

下载bitstream文件后，运行app程序，在终端中显示如下。

通过断点调试观察内存状态。

在数据发送前，先赋值发送数据包，此时发送数据为0~255而接收数据位无效数据。

在下面位置打断点，观察接收数据内存数据。

可以看到接收的数据与发送的数据一致。

4 Linux驱动AXI DMA

4.1 安装devicetree生成工具

在Vvivado安装目录下创建一个空文件夹，这里命名为Tools/devicetree，用git下载device_tree-generator。

git clone https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx.git device_tree-generator

在Xilinx SDK软件中，点击Xilinx-> Repositories，在Local Repositories添加上面的路径。

4.2 创建设备树文件

创建BSP工程，点击File -> New -> Board Support Package, 在Board Support Package框中选择device_tree.

在bootargs中输入：console=ttyPS0，115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw rootfstype=ext4 earlyprintk rootwait

此时，创建的工程中pl.dtsi是PL侧的设备树信息。

打开pl.dtsi内容如下，可以看到axi_dma添加了两个通道，一个读和一个写通道。

/ {amba_pl: amba_pl {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;compatible = "simple-bus";ranges ;axi_dma_0: dma@40400000 {#dma-cells = <1>;clock-names = "s_axi_lite_aclk", "m_axi_mm2s_aclk", "m_axi_s2mm_aclk";clocks = <&clkc 15>, <&clkc 15>, <&clkc 15>;compatible = "xlnx,axi-dma-7.1", "xlnx,axi-dma-1.00.a";interrupt-names = "mm2s_introut", "s2mm_introut";interrupt-parent = <&intc>;interrupts = <0 29 4 0 30 4>;reg = <0x40400000 0x10000>;xlnx,addrwidth = <0x20>;xlnx,sg-length-width = <0xe>;dma-channel@40400000 {compatible = "xlnx,axi-dma-mm2s-channel";dma-channels = <0x1>;interrupts = <0 29 4>;xlnx,datawidth = <0x20>;xlnx,device-id = <0x0>;};dma-channel@40400030 {compatible = "xlnx,axi-dma-s2mm-channel";dma-channels = <0x1>;interrupts = <0 30 4>;xlnx,datawidth = <0x20>;xlnx,device-id = <0x0>;};};};
};

制作BOOT.bin启动镜像。

4.3 编译Linux系统文件

配置Linux内核使其支持AXI DMA。在linux kernel根目录下执行：

# make menuconfig

选择Device Drivers > DMA Engine support > Xilinx DMA Engines --->

勾选Xilinx AXI DMA Engine。

编辑设备树文件：pl.dtsi文件中添加以下内容。

axidma_chrdev: axidma_chrdev@0 {compatible = "xlnx,axidma-chrdev";dmas = <&axi_dma_0 0 &axi_dma_0 1>;dma-names = "tx_channel", "rx_channel";
};

将devicetree工程中的设备树源文件复制到Ubuntu中。

编译设备树：

# ./scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o /home/biac/workspace/AXIDMA\ devicetree/devicetree.dtb /home/biac/workspace/AXIDMA\ devicetree/system-top.dts

其中./scripts/dtc/dtc为Zturn board Linux内核目录下的文件，终端在该目录下打开。

将本文生成的以下文件复制到SD卡中，启动Linux系统。

BOOT.bin， devicetree.dtb, 7z010.bit

参考资料

[1] http://www.fpgadeveloper.com/2014/08/using-the-axi-dma-in-vivado.html

[2] https://blog.csdn.net/shichaog/article/details/51771247

欢迎关注亦梦云烟的微信公众号: 亦梦智能计算

ZYNQ学习之路11.AXI DMA相关推荐

ZYNQ学习之路17.自定义SDSoC硬件平台
前言在前面的学习中,我们已经学会了使用Vivado及SDK开发环境,熟悉了硬件开发与Linux软件驱动之间的联系及开发流程.本系列教程我们学习SDSoc的开发,在SDSoc IDE中,Xilinx为 ...
ZYNQ学习之路13.创建PetaLinux工程
在前面的学习中,我们知道如何根据PetaLinux BSP设计去创建一个工程,现在,我们结合Vivado设计我们自己PetaLinux系统. 开发环境:Ubuntu16 64bit, PetaLinu ...
ZYNQ学习之路3. 定制AXI IP核
ZYNQ最大的优点就是硬核A9处理器与FPGA的结合,处理器可以扩展出任何使用者想要的外设(数字逻辑外设),FPGA与处理器通过AXI高速总线进行连接,提供了处理器到FPGA的高速带宽(ZYNQ700 ...
ZYNQ学习之路16.SDSoC开发环境介绍
本节教程介绍如何使用SDSoC软件创建硬件平台,并且使用它来加速程序函数. 开发环境: 操作系统: windows10 64bit SDSOC:2018.2 串口: USB-TTL, CP210x 开 ...
ZYNQ学习之路4.ZYNQ通过GP口读取PL内部RAM数据
实验环境:window 7 64 bit, vivado 2017.1, ZTURN board. 参考手册:Xilinx Distributed Memory Generator 在ZYNQ开发中, ...
ZYNQ学习之路19.在SDx中使用xfOpenCV图像加速处理
简介 Xilinx的reVISION栈包含了一系列开发平台.算法和应用的开发资源,它支持流行的神经网络包括AlexNet, GoogleLeNet, VGG, SSD和FCN等,并且该视觉库提供了用于 ...
ZYNQ学习之路(三)：自定义IP实现PL处理PS写入BRAM的数据
目录一.实验简介二.vivado部分处理三.SDK编程四.实验测试五.总结一.实验简介 ZYNQ系列嵌入式FPGA可以使PS将数据写入PL部分BRAM,PL可以将数据读取后再重新写入BRA ...
Qt学习之路(11): MainWindow
尽管Qt提供了很方便的快速开发工具QtDesigner用来拖放界面元素,但是现在我并不打算去介绍这个工具,原因之一在于我们的学习大体上是依靠手工编写代码,过早的接触设计工具并不能让我们对Qt的概念突飞 ...
GO语言学习之路11
2022/02/02package mainimport ("fmt""math/rand""time" )func test(arr *[ ...

ZYNQ学习之路11.AXI DMA