摘 要： 以太網(wǎng)接口因其具有標(biāo)準(zhǔn)開放、易于擴(kuò)展,、低成本等優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,。傳輸性能是以太網(wǎng)接口的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，在一些時(shí)間敏感的領(lǐng)域設(shè)計(jì)中要予以考慮,。通過(guò)使用DMA方式提升以太網(wǎng)接口的性能,，并用PING包試驗(yàn)的方式進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,，通過(guò)使用DMA可以顯著地提升以太網(wǎng)接口的性能,。
關(guān)鍵詞： DMA；Cache,；以太網(wǎng),；性能
0 引言
以太網(wǎng)作為一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)組網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn),，具有標(biāo)準(zhǔn)開放、高傳輸帶寬,、低成本,、易于擴(kuò)展和維護(hù)等特點(diǎn)，是當(dāng)今應(yīng)用最為普遍的局域網(wǎng)技術(shù)[1-3],。伴隨著當(dāng)今社會(huì)信息化程度的提高,，人們需要處理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，以太網(wǎng)接口的性能成為應(yīng)用中需要考慮的關(guān)鍵因素之一[4],。本文研究了DMA技術(shù)對(duì)于以太網(wǎng)接口性能提升的作用,，試驗(yàn)平臺(tái)采用了S3C2410A處理器和AX88796以太網(wǎng)MAC芯片。
1 系統(tǒng)組成
試驗(yàn)系統(tǒng)采用了S3C2410A處理器和AX88796以太網(wǎng)MAC芯片,。
S3C2410是Samsung公司生產(chǎn)的一款基于ARM公司ARM920T架構(gòu)的通用處理器,，其具有低成本、低功耗和高性能等優(yōu)點(diǎn),，適用于對(duì)成本和功耗比較敏感的領(lǐng)域,，如手持設(shè)備。該處理器片上集成了豐富的外設(shè)資源,，包括Timer,、UART、DMA,、LCD控制器和NAND閃存控制器等,，最高可運(yùn)行主頻為203 MHz[5]。
AX88796是一款基于IEEE802.3/IEEE802.3u局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的NE2000兼容型快速以太網(wǎng)控制器芯片,，內(nèi)部集成有10/100 Mb/s自適應(yīng)的物理層收發(fā)器和8 KB×16位的SRAM,，支持MCS-51系列、80186系列以及MC68K系列等CPU,。由于提供了與NE2000寄存器級(jí)兼容的接口,，其驅(qū)動(dòng)程序可以很方便地移植[6]。AX88796的功能框圖如圖1所示,。
基于S3C2410和AX88796的以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)如圖2所示,。
2 基于DMA的性能提升設(shè)計(jì)
DMA（Direct Memory Access）是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的一種重要特性，它可以不依賴CPU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中不同硬件子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換,。如果不使用DMA,，中央處理器需要首先將數(shù)據(jù)從源地址拷貝到內(nèi)部暫存器，然后再將其復(fù)制到目的地址,。這個(gè)過(guò)程會(huì)一直占用CPU資源,，CPU無(wú)法處理其他工作。而DMA方式直接在兩個(gè)子系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù),，不需要CPU的介入,，CPU只負(fù)責(zé)啟動(dòng)而不參與數(shù)據(jù)傳送過(guò)程,，整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程完全由DMA控制器硬件實(shí)現(xiàn)。這時(shí),，CPU可以同時(shí)做其他的工作而互不影響,，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。不難看出,，在同等程度的處理器負(fù)擔(dān)下,，DMA是一種快速的數(shù)據(jù)傳送方式。在實(shí)現(xiàn)DMA傳輸時(shí),，總線應(yīng)該由DMA控制器直接控制,，因此，在使用DMA時(shí)存在總線控制權(quán)轉(zhuǎn)移問(wèn)題,。在DMA開始前,，CPU要把總線控制權(quán)交給DMA控制器，在DMA數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后再把總線控制權(quán)交還給CPU,。
為了提升以太網(wǎng)接口的性能,，本設(shè)計(jì)引入了DMA數(shù)據(jù)傳輸方式,，并將使用DMA與不使用DMA的性能進(jìn)行了對(duì)比分析,。本設(shè)計(jì)使用VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)，軟件開發(fā)環(huán)境為Tornado2.2,。DMA主要應(yīng)用于以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)收發(fā)部分,。為了對(duì)比性能，分別對(duì)使用DMA與不使用DMA方式進(jìn)行了試驗(yàn),。不使用DMA的數(shù)據(jù)收發(fā)程序如下：
for（Count=0,；Count<（length>>1）；Count++）
{
*pData=*（pDrvCtrl->base+ENE_DATA）,；
pData+=2,；
}
for（count=0；count<（length>>1）,；count++）
{
*（pDrvCtrl->base+ENE_DATA）=*pData,；
pData+=2；
}
使用PING包試驗(yàn)測(cè)試該驅(qū)動(dòng)程序的性能,，效果如圖3所示,。
為了提升以太網(wǎng)接口的傳輸性能，在驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中使用了DMA方式,，這樣可以在不太耗費(fèi)CPU資源的情況下完成系統(tǒng)和以太網(wǎng)接口的數(shù)據(jù)交換,，從而顯著地提升系統(tǒng)的性能。S3C2410片上集成了四通道的DMA引擎,，可以完成系統(tǒng)總線和外設(shè)總線間的直接數(shù)據(jù)傳輸,。S3C2410的各個(gè)DMA引擎支持單字節(jié)和4字節(jié)兩種傳輸大小,。為了效率最大化，本設(shè)計(jì)中采用了4字節(jié)傳輸模式,，其傳輸時(shí)序如圖4所示,。
S3C2410的DMA引擎既可以通過(guò)軟件方式啟動(dòng)，也可以通過(guò)外部DMA請(qǐng)求引腳啟動(dòng),。本設(shè)計(jì)中采用軟件方式啟動(dòng),。要實(shí)現(xiàn)DMA傳輸，需要進(jìn)行如下的一系列操作：
?。?）配置DMA引擎的數(shù)據(jù)源初始地址,，將數(shù)據(jù)源初始地址寫入寄存器DISRC。對(duì)于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收,，數(shù)據(jù)源初始地址就是AX88796的數(shù)據(jù)寄存器地址,；而對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)源初始地址就是包含待發(fā)送數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址,。
?。?）配置DMA引擎的數(shù)據(jù)源控制寄存器，包括數(shù)據(jù)源設(shè)備所在的總線（系統(tǒng)總線或者外設(shè)總線）以及地址增長(zhǎng)方式,。在本設(shè)計(jì)中,，發(fā)送和接收的源設(shè)備都在系統(tǒng)總線上。而對(duì)于地址增長(zhǎng)方式,，在接收時(shí),，源地址為AX88796的數(shù)據(jù)寄存器地址，是固定不變的,，所以要配置成不變的,；在發(fā)送時(shí)，源地址在內(nèi)存中,，其地址是遞增的,，所以要配置成遞增式。
?。?）配置DMA引擎的初始目的地址,，將初始目的地址寫入寄存器DIDST。對(duì)于數(shù)據(jù)接收,，初始目的地址就是內(nèi)存中用于存儲(chǔ)接收數(shù)據(jù)的地址,；而對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)送，初始目的地址就是AX88796的數(shù)據(jù)寄存器地址,。
?。?）配置DMA引擎的目的地址控制寄存器，包括目的地址所在的總線（系統(tǒng)總線或者外設(shè)總線）以及地址增長(zhǎng)方式,。這里的配置可以參考數(shù)據(jù)源控制寄存器的配置,。
?。?）配置DMA引擎控制寄存器，配置包括傳輸單元大?。? bit或者4 bit,，本設(shè)計(jì)中使用4 bit）、觸發(fā)方式（軟件方式或者外部硬件引腳觸發(fā),，本設(shè)計(jì)中使用的軟件觸發(fā)方式）以及傳輸次數(shù),。
（6）配置DMA引擎的觸發(fā)寄存器以啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸,。
具體的驅(qū)動(dòng)代碼如下：
【數(shù)據(jù)接收】
DMA_DISRC=（pDrvCtrl->base+ENE_DATA）,；
DMA_DISRCC=1；
DMA_DIDST=pData,；
DMA_DIDSTC=0,；
DMA_DCON=（0x48500000|dataShortCount）；
DMA_DMASKTRI=0x3,；
【數(shù)據(jù)發(fā)送】
DMA_DISRC=pData,；
DMA_DISRCC=0；
DMA_DIDST=（pDrvCtrl->base+ENE_DATA）,；
DMA_DIDSTC=1,；
DMA_DCON=（0x48500000|dataShortCount）,；
DMA_DMASKTRI=0x3,；
為了檢驗(yàn)DMA傳輸方式的性能,，這里同樣采用了PING包試驗(yàn)的方式，具體PING包結(jié)果如圖5所示,。
由圖可見，采用DMA傳輸方式后,，以太網(wǎng)接口的性能得到了顯著的提升,。
3 結(jié)論
傳輸性能是以太網(wǎng)接口的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要予以考慮,。本設(shè)計(jì)中引入了DMA方式以提升以太網(wǎng)接口的性能,，通過(guò)PING包試驗(yàn)證明了DMA可以顯著地提升以太網(wǎng)接口的性能。
參考文獻(xiàn)
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