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鶴壁市浩天電氣有限公司 2026/01/24 13:58:37
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MM2SMemory Map to Stream從內(nèi)存讀數(shù)據(jù) → 發(fā)送到 Stream 輸出端典型用途把圖像幀從 DDR 讀出 → 發(fā)給 HDMI 顯示模塊? S2MMStream to Memory Map從 Stream 輸入端收數(shù)據(jù) → 寫入指定內(nèi)存地址典型用途攝像頭數(shù)據(jù)流 → 存入 DDR 緩沖區(qū)這兩個通道可以完全并行運行意味著你能同時做“采集 回放”、“接收 轉(zhuǎn)發(fā)”真正做到全雙工。而且它們都有自己的控制邏輯、描述符隊列、中斷機制互不干擾。數(shù)據(jù)是怎么跑起來的三步走流程AXI DMA 不是上電就自動干活的得先告訴它“你要搬什么從哪來到哪去搬多少” 整個流程分三步第一步CPU 下達任務(wù)初始化通過 AXI Lite 接口CPU 向 DMA 寫入關(guān)鍵參數(shù)// 示例寄存器操作 dma_write(CMDR, 0x04); // 復(fù)位 dma_write(SA, src_phys_addr); // 源地址物理 dma_write(DA, dst_phys_addr); // 目標地址 dma_write(LEN, data_size); // 數(shù)據(jù)長度 dma_write(CMDR, 0x01); // 啟動注意這里的地址必須是物理連續(xù)且 cache 一致的內(nèi)存否則可能因緩存污染導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯亂。Linux 下推薦使用dma_alloc_coherent()分配。第二步DMA 自動執(zhí)行搬運一旦啟動DMA 控制器就開始自主工作MM2S 通道發(fā)起 AXI 讀事務(wù)從 DDR 取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)被打包成 AXI4-Stream 格式送往 PL 中的功能模塊S2MM 通道接收外部 Stream 數(shù)據(jù)按描述符寫回內(nèi)存所有過程無需 CPU 干預(yù)。如果啟用了Scatter-Gather分散-聚集模式DMA 還能自動加載下一個任務(wù)描述符形成“流水線式”連續(xù)傳輸極大減少中斷次數(shù)。第三步完成通知中斷上報當一幀數(shù)據(jù)傳完DMA 會產(chǎn)生中斷信號通過 IRQ_F2P 引腳送至 PS 端的 GIC通用中斷控制器。應(yīng)用層捕獲中斷后即可調(diào)度后續(xù)處理例如- 圖像處理線程開始分析新幀- 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧解析剛收到的數(shù)據(jù)包- 觸發(fā)下一幀采集。?? 小貼士頻繁中斷也會累。建議啟用中斷合并Interrupt Coalescing比如每 4 幀報一次中斷平衡實時性與 CPU 占用。在 Zynq SoC 中它是怎么連的現(xiàn)在我們進入重頭戲AXI DMA 在典型的 SoC 架構(gòu)中到底怎么連接以下以 Xilinx Zynq-7000 或 Zynq UltraScale 為例畫一張“文字拓撲圖”幫你建立空間感[Application Processor Unit (APU)] ↓ [AXI GP0 / GP1] ←→ [GIC, Timer, UART...] ↗ ↘ (Control) (Interrupt) ↓ ↓ [AXI Interconnect] ←→ [DDR Ctrl] ←→ [L3 Cache / OCM] ↑ ↑ (High-Performance Port) (Shared Memory) ↓ [Programmable Logic (PL)] ↓ [AXI DMA Core] ↙ ↘ [MM2S] [S2MM] ↓ ↑ [data out] [data in] ↓ ↑ [FIFO / Video IP] [Sensor / MAC / ADC]關(guān)鍵路徑詳解 MM2S 數(shù)據(jù)路徑內(nèi)存 → 外設(shè)CPU 配置 MM2S 源地址DDR 地址、長度DMA 發(fā)起 AXI 讀請求 → 經(jīng) AXI HP 接口 → DDR 控制器返回數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)經(jīng) FIFO 緩沖 → 轉(zhuǎn)為 AXI4-Stream → 送給 PL 中的輸出模塊如 HDMI TX S2MM 數(shù)據(jù)路徑外設(shè) → 內(nèi)存外設(shè)如攝像頭發(fā)送 AXI4-Stream 數(shù)據(jù)流進入 S2MM 接口DMA 接收數(shù)據(jù)并緩存于內(nèi)部 FIFO當滿足突發(fā)條件時發(fā)起 AXI 寫事務(wù) → 將數(shù)據(jù)寫入 DDR 指定地址寫完成成后觸發(fā)中斷通知 CPU。 控制與中斷路徑控制通道CPU 通過 AXI GP 主端口訪問 AXI Lite 接口進行配置中斷通道DMA 的中斷信號接入 IRQ_F2P[n]由 PS 端 GIC 統(tǒng)一管理。實戰(zhàn)代碼用戶空間也能玩轉(zhuǎn) AXI DMA很多人以為操作 DMA 必須寫內(nèi)核驅(qū)動其實對于快速驗證完全可以使用UIOUserspace I/O框架在用戶態(tài)直接控制。下面是一個精簡版的 C 程序展示如何通過/dev/uio0控制 AXI DMA 發(fā)起一次 S2MM 傳輸#include stdio.h #include stdlib.h #include fcntl.h #include unistd.h #include sys/mman.h #define DMA_BASE 0x40400000 #define S2MM_CTRL 0x30 #define S2MM_DA 0x48 #define S2MM_LENGTH 0x58 int main() { int fd; void *reg_base; fd open(/dev/uio0, O_RDWR); if (fd 0) { perror(open uio); return -1; } reg_base mmap(NULL, 64*1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); // 1. 復(fù)位 *((volatile uint32_t*)(reg_base S2MM_CTRL)) 0x04; usleep(1000); *((volatile uint32_t*)(reg_base S2MM_CTRL)) 0x00; // 2. 設(shè)置目標地址需提前分配DMA一致性內(nèi)存 uint32_t buf_phys 0x18000000; *((volatile uint32_t*)(reg_base S2MM_DA)) buf_phys; // 3. 設(shè)置傳輸長度1MB *((volatile uint32_t*)(reg_base S2MM_LENGTH)) 1024 * 1024; // 4. 啟動 *((volatile uint32_t*)(reg_base S2MM_CTRL)) | 0x01; printf(S2MM transfer started, waiting for interrupt... ); // 5. 等待中斷read阻塞直到中斷發(fā)生 read(fd, NULL, 0); printf(Transfer completed! ); munmap(reg_base, 64*1024); close(fd); return 0; }重點提醒- 物理地址必須真實存在且可寫- 使用uio_pdrv_genirq驅(qū)動綁定設(shè)備- 內(nèi)存要用dma_alloc_coherent或cma分配避免 cache 問題- 中斷只能等待一次循環(huán)傳輸需重新映射或使用 epoll。這套方法非常適合原型開發(fā)、算法驗證甚至某些對延遲要求不極端的工業(yè)場景。設(shè)計中常見的“坑”與應(yīng)對策略即便理論清晰實際落地時仍有不少陷阱。以下是幾個高頻問題及解決方案? 坑點1數(shù)據(jù)丟包 or 錯位現(xiàn)象圖像花屏、音頻斷續(xù)、采樣點丟失原因- 外設(shè)時鐘與系統(tǒng)時鐘不同步如視頻 148.5MHz vs 系統(tǒng) 100MHz- 沒加異步 FIFO導(dǎo)致跨時鐘域亞穩(wěn)態(tài)?對策在 Stream 接口前插入ASYNC_FIFO深度至少 2~4 倍于最大突發(fā)長度。? 坑點2帶寬不夠傳輸卡頓計算示例4K30fps YUV422 視頻 ≈ 3840×2160×2×30 ≈497 MB/s若 AXI 總線為 64-bit 100MHz → 帶寬 800 MB/s勉強夠用但若有多個通道并發(fā)很容易擠爆總線。?對策- 升級到 128-bit 總線- 使用 AXI ACE 接口支持緩存一致性- 合理設(shè)置 QoS 優(yōu)先級保障關(guān)鍵流。? 坑點3Cache 污染導(dǎo)致數(shù)據(jù)看不到經(jīng)典錯誤DMA 寫完了CPU 讀內(nèi)存卻發(fā)現(xiàn)全是舊數(shù)據(jù)這是因為 CPU 緩存了之前的副本而 DMA 修改的是實際物理內(nèi)存。?正確做法- 使用dma_alloc_coherent()分配內(nèi)存自動 uncached non-buffered- 或手動調(diào)用__builtin___clear_cache()/__cpuc_flush_dcache_area()- 在多核環(huán)境下尤其要注意 SMP barrier。? 最佳實踐清單項目推薦做法內(nèi)存分配dma_alloc_coherent()或預(yù)留 CMA 區(qū)域傳輸模式高吞吐選 Scatter-Gather低延遲選 Circular Buffer中斷管理啟用 Interrupt Coalescing如 coalescing_count4跨時鐘域所有 Stream 接口前加 ASYNC_FIFOQoS 設(shè)置對視頻/實時流設(shè)置更高 ARQoS/AWQoS調(diào)試手段使用 ILA 抓波形確認 TVALID/TREADY 是否拉滿它都在哪些地方發(fā)光發(fā)熱AXI DMA 看似低調(diào)實則無處不在。以下是幾個典型應(yīng)用場景 場景1機器視覺采集系統(tǒng)CMOS Sensor → Video-In IP → AXI DMA (S2MM) → DDRGPU / NPU 從 DDR 讀取 → AI 推理實現(xiàn)“采集-推理” pipeline全程零拷貝 場景2智能網(wǎng)卡加速Ethernet MAC 收包 → AXI DMA → 報文池用戶態(tài)程序如 DPDK-like直接消費避免 Linux 協(xié)議??截愰_銷提升吞吐 場景3高速數(shù)據(jù)采集DAQADC 100MSPS → LVDS → PL → AXI DMA → DDR持續(xù)錄制數(shù)分鐘原始信號供后期分析支持環(huán)形緩沖永不丟點? 場景4圖形顯示合成多個圖層渲染結(jié)果 → 分別通過 MM2S 寫入顯存DisplayPort/HDMI 控制器讀取顯存 → 輸出支持動態(tài)切換分辨率、刷新率寫在最后AXI DMA 的未來不止于“搬運工”今天的 AXI DMA 已不僅僅是“搬數(shù)據(jù)”的工具。隨著邊緣計算、AIoT 的發(fā)展它正在演變?yōu)楦悄艿臄?shù)據(jù)通路中樞結(jié)合SMMU實現(xiàn)安全隔離的 DMA 訪問集成AXI Firewall防止非法內(nèi)存訪問支持虛擬化環(huán)境下的多租戶 DMA 調(diào)度與 NoCNetwork-on-Chip融合構(gòu)建片上海量數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)??梢哉f掌握 AXI DMA不只是學(xué)會了一個IP核的使用更是掌握了現(xiàn)代SoC數(shù)據(jù)流設(shè)計的核心思維。下次當你面對一個高吞吐需求的設(shè)計時不妨先問問自己“這部分數(shù)據(jù)真的需要CPU來搬嗎能不能交給 AXI DMA 去做”也許答案就在那條靜靜流淌的 AXI 總線上。如果你在項目中用到了 AXI DMA歡迎留言分享你的架構(gòu)設(shè)計或踩過的坑
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