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一.描述符概述

1.0 前言

對于DWC Ethernet QoS驅動的編寫來說,初始化完成之后,核心操作就是DMA的描述符鏈表配置(linked list of descriptors)。DMA根據描述符鏈表自動在FIFO和用戶指定的緩存之間搬運數據。對于熟悉新思的IP的用戶來說，這種套路會有似曾相識的感覺,沒錯新思的大部分高速IP的數據流都是這么處理的，比如在DWC2 USB的IP中就是Scatter/Gather DMA，叫法不一樣,實現和思想基本是一樣的。這種方式可以解放CPU，使用DMA根據描述符鏈表搬運數據，對于高速數據流的流式處理有利，相對單個描述符的DMA，鏈表式描述符一次可以處理更多數據更高效，且能夠實現環形不間斷流式處理。

參考手冊《21 Descriptors》

1.1描述符類型

Normal Descriptor: 描述要傳輸的數據包和其控制信息。包含兩個緩沖區和兩個地址指針，這種設計以實現較大的靈活性,支持不同的內存管理方案。

Context Descriptor: 描述要傳輸的數據包的控制信息。

注意:單個數據包可以使用的描述符數量沒有限制，雖然這里沒有限制，但是受限于Ring_Length寄存器,描述符鏈表實際最多只能配置為0x3FF即1024個描述符。

1.2描述符結構

描述鏈表整體看是一個環形結構即到了描述符的末尾可以繞回.

有一些寄存器對該環形描述符進行定義

1.2.1描述符的顆粒(間隙)

收發都是一樣的

上述描述Descriptor n本身的大小是固定的即RDES0~RDES3,4個WORD(根據不同的總線寬度和大小端,有不同的layout，但是其大小總是4個WORD大小，見后面說明).

還支持描述符之間有間隙,間隙的單位根據總線寬度而定,即32，64，128位總線寬度分別對應 Word, Dword, Lword為單位，寄存器DMA_CH(#i)_Control的DSL位域即用于描述該間隙。

再次提醒注意，這里的單位是根據總線寬度而定，不是固定為WORD。

比如這里DSL=0，則表示描述符之間沒有間隙，

設置為1，如果是32位總線則間隙為1 WORD。

1.2.2描述符的個數

收發分別由如下寄存器指定

DMA_CH(#i)_TxDesc_Ring_Length

DMA_CH(#i)_RxDesc_Ring_Length

1.2.3描述符的首末地址

1)發由以下寄存器決定:

基地址

DMA_CHi_Tx_Control的ST=0,即TX停止時才能修改以下寄存器。

DMA_CH(#i)_TxDesc_List_HAddress 發送描述符鏈表基地址的高位,只有40，48位地址模式才使用。

DMA_CH(#i)_TxDesc_List_Address 發送描述符鏈表基地址的低位,必須根據總線寬度按照Word, Dword,Lword對齊，DMA會自動根據總線寬度忽略低位。

尾地址

DMA_CH(#i)_TxDesc_Tail_Pointer 發送描述符鏈表尾地址,必須根據總線寬度按照Word, Dword,Lword對齊。

這里為什么沒有高位寄存器了呢,因為不需要了，高位和DMA_CH(#i)_TxDesc_List_HAddress一樣。

2)收由以下寄存器決定 :

基地址

DMA_CH(#i)_RX_Control 的SR=0,即RX停止時才能修改以下寄存器。

DMA_CH(#i)_RxDesc_List_HAddress 接收描述符鏈表基地址的高位,只有40，48位地址模式才使用。

DMA_CH(#i)_RxDesc_List_Address

接收描述符鏈表基地址的低位,必須根據總線寬度按照Word, Dword,Lword對齊，DMA會自動根據總線寬度忽略低位。

尾地址

DMA_CH(#i)_RxDesc_Tail_Pointer接收描述符鏈表尾地址,必須根據總線寬度按照Word, Dword,Lword對齊。

這里為什么沒有高位寄存器了呢,因為不需要了，高位和DMA_CH(#i)_RxDesc_List_HAddress一樣。

1.2.4當前處理的Buffer地址

以下只讀寄存器可以調試使用，確認當前處理的描述符對應的Buffer地址，reset時這些寄存器會清零。

發送Buffer

DMA_CH(#i)_Current_App_TxBuffer_H 地址高位

DMA_CH(#i)_Current_App_TxBuffer 地址低位

接收Buffer

DMA_CH(#i)_Current_App_RxBuffer_H

DMA_CH(#i)_Current_App_RxBuffer

需要有收發數據才會更新當前處理的Buffer地址。

1.2.5當前描述符指針

以下只讀寄存器可以調試使用，確認當前處理的描述符，reset時這些寄存器會清零。

發送

DMA_CH(#i)_Current_App_TxDesc

接收

DMA_CH(#i)_Current_App_RxDesc

Current寄存器是什么時候更新的呢，測試可以知道是寫Base寄存器時更新

進一步測試可知是在DMA停止，即DMA_CH(#i)_RX_Control的SR為0時寫DMA_CH(#i)_RxDesc_List_Address 時Current寄存器會自動設置為DMA_CH(#i)_RxDesc_List_Address的值。如果SR=1則不會。

TX也類似。在DMA工作之后，該寄存器更新為當前正在處理的描述符。

1.3描述符的內存布局

描述符的大小總是4x4字節的，但是其布局和總線寬度和大小端有關。

且必須根據總線寬度Word, DWord,或 LWord 對齊。

三種總線寬度，2種大小端模式一共有6種組合

32位的大端和小端

64位小端

64位大端

128位小端

128位大端

1.4描述鏈表的工作過程

1.4.1環形結構

前面介紹的描述符首末地址,當前描述符指針和描述符個數這幾個寄存器決定了鏈表的行為。

DMA可以處理的描述符范圍是:[Base,Tail)

注意[]表示包括本身,()表示不包括本身,即包括Base寄存器對應的描述符,不包括Tail寄存器對應的描述符。

當前描述符指針則從Base到Tail-1的位置遍歷，當Current=Tai時DMA停止工作。

同時還受描述符個數寄存器限制,

如果描述個數設置為N,則Current到Base~N-1的位置之后會繞回到Base，即以N個為單位回環，這里假設Tail是在N個描述符之后的，如果在之前則回環之前就Current=Tail停止了。

1.4.2停止條件:

Current=Tail

或者Current的位置沒有就緒的描述符，即不是Owned by DMA的描述符。

所以Tail至少要大于base才能傳輸。

1.4.3重啟條件

重啟條件即保證current處的描述符就緒，且current%N

寫Tail寄存器時會觸發一次硬件的重啟條件檢測，來檢測上述條件。

所以停止了之后讀寫 都需要寫Tail寄存器才能重啟 。

1.4.4幾種情況分析

Tail 指向 N-1位置之后,此時current不可能達到tail，因為到N-1時就繞回了,

所以停止條件只能是current處的描述符未就緒，即不是Owned by DMA。

此時current不斷回環遍歷，只要軟件能保證current處的描述符一直就緒，DMA就一直傳輸處理，形成了不間斷的持續流處理。

Tail剛好指向N-1位置或者更向前

則當current=current后停止。

或者current處的描述符未就緒即停止。

此時沒法形成持續的流，因為current到了tail之后就會停止。

1.4.5驅動的設計

為了充分利用上述描述符的回環模式，能夠連續不斷的收發，需要保證DMA處理完之前就更新好后續描述符。使得DMA一直有描述符能處理，不至于current處描述符未就緒而導致停止，且tail設置為在N個描述符之后，這樣current始終不會因為=tail而停止。

要保證連續不斷的流，需要軟件準備描述符的速度大于等于DMA處理描述符的速度。

即current處始終有描述符可以處理，所以軟件準備好的描述符在current及其之后，需要軟件維護一個變量index記錄當前軟件準備好的描述到了哪。

即current追趕index。

當index>current時,[current,index)之間是已經準備好的描述符待DMA處理的，[index,Tail)

[base,current)這兩部分是DMA已經處理完，軟件需要更新的描述符。

當index<=current時,[index,current)是DMA已經處理完，軟件需要更新的描述符。

[current,Tail),[Base,index)這兩部分是DMA未處理的部分。

所以驅動處理流程如下

初始化時先盡可能多的填充好描述符，對于接收可以初始化所有描述符為接收狀態，對于發送當然剛開始可能并不需要發送很多數據，那么就需要發送多少就準備多少描述符。

然后接收中斷中處理DMA已經接收完的描述符，應用處理完對應的數據后再將這些描述符設置為接收狀態。

對于發送則查詢哪些描述符DMA已經發送完就可將其更新為發送狀態進行發送。

比如如下開始準備了n個描述符

然后啟動DMA傳輸，

此時有兩種情況，一種是硬件處理DMA比如軟件更新描述符塊，還有一種是相反。

后者軟件總是在current追不上index，即軟件更新描述符速度大于硬件處理描述符速度

一段時間后可能就是如下所示

而前者軟件準備的慢則current會追上index此時DMA會停止，軟件需要重新準備描述符并重新配置Tail來重啟DMA。

具體的驅動代碼后面再詳講。

1.5總結

以上介紹了描述符鏈表，尤其需要了解環形鏈表的工作模式何時啟動，何時停止，軟件和硬件如何配合使用環形鏈表。以及相關寄存器的值的含義和何時更新。了解以上機制后后面就可以開始編寫驅動代碼進行收發。下回再詳講。

審核編輯 黃宇