可编程DMA控制器IP设计

　　1、简介

　　IPOntellectualPIDperty）是随着EDA（ElectroniDesignAn－tomation）技术发展而提出的新概念。随着微电子工业的飞速革命，集成电路的设计规模越来越大，以满足日渐复杂的电子系统的需要，同时又由于上市时间厂linetoMarket）的要求，必须花费尽可能少的时间来证明部件和系统的可靠性。所以，从共享的角度来看待问题，对已经过设计验证的功能模块的重用无疑是解决这个瓶颈的最佳方案。

　　当前的设计思想是类似软件的面向对象的概念，采用虚拟插座VS（VirtuaS0ckets）的概念，把多个不同来源的电路模块组合起来达到要求的功能，并将其集成在一块硅片上。IP就是实现这种功能模块的混合、吗配和重用以实现片上系统（SystemonACh响设计的最好方法。这将使系统级IC集成设计成为切实可行的技术方向。

　　IP就其本质来讲即是一个能提供正确接口信号的功能模块。MentorGraPhics所下的定义是可重用的部件（ReusableComPOnentS）。具体在ASIC／IC设计中，通常指的是一个软核，是一个通过具体电路验证（Silicon－Verified）的功能模块，它以可综合的寄存器传输级RWRegisterTranslationbevel）文件给出，通过库文件调用可实现它的重用。

　　2、可编程DMA控制器

　　DMA直接存储器存取脏制器是用于微处理器系统的外围接口电路芯片。它能够增强系统外部设备同主存储器之间信息传送的性能，从而增强数据吞吐量。

　　8237A是Intel公司推出的8位DMA控制器，提供了大量的可编程控制特性，同时可以允许程序动态编程控制而优化系统。它主要配合微控制器，完成外围设备与存储器之间的大量高速数据传输工作，并且它也提供存储器到存储器的传送功能。当前存在着大量采用8237A作为外围接口电路芯片的微控制电路，所以8237A的IP设计对于这些系统片上集成具有重要意义。

　　8237A的IP包含以下几个特点：

　　（1）包含了四个通道，每个通道可以有四种工作模式，可以单字节传送、块传送房求传送、级连工作。每个通道可以通过级连模式连接附加的控制器芯片而扩展成为任意通道数，其它的三个模式可以由用户编程为外围器件提供DMA传送服务。

　　（2）通道编程设置为自动初始化，每当传送结束或者EOP信号有效时，通道可以自动初始化。由于每个通道的地址和字寄存器都是16位，所以具有64K地址以及字计数能力。

　　（3）提供通道优先权控制，进行固定和循环优先权调度。8237A最突出的特点是具有对多种传输方式的控制。

　　3、电路功能模块设计

　　整个系统设计成为全同步电路。根据Intel提供的器件时序，设计在系统时钟CLK的下降沿将状态翻转，给出相应控制信号；而系统的数据通道在系统时钟CLK的上升沿进行数据传递。通过对文献间所进行的逻辑分析，所设计的IP电路划分为如下模块：接口模块、通道请求优先级及屏蔽控制模块。中央控制模块、通道地址和计数器控制模块、命令寄存器模块、状态寄存器模块。如图1。

　　

　　3.1接口模块

　　接口电路的主要功能是实现与CPU和存储器以及外部设备的连接。接收CPU写入的命令字、地址、字节数、模式控制率等；向CPU提供状态字以及各个寄存器的内容。对于存储器和外设的接口一般都是提供传输数据的当前地址，在存储器至存储器传输工作模式下，还要使用临时寄存器Temp对传输的数据进行暂存。

　　3.2通道请来优先级及屏蔽控制模块

　　这个模块利用边沿检测器和或逻辑实现了对DREQ（DMARequest晴求的沿触发以及电平触发的检测。同时通过优先级设置和屏蔽寄存器的设置判定对应请求是否有效，之后将有效的请求送给中央控制模块，由中央控制模块对相应的通道进行处理，并且发送DACK（DMAcknowle吃小向应信号通知外设撤消DREQ请求。优先级可以用命令方式设置为固定优先级和循环优先级。

　　3.3中央控制模块

　　这是整个IP设计的核心部分，该模块作为DMA控制器的主要工作模块，相应地执行各种控制命令，负责在空闲（id由周期响应CPU操作；在执行（ActiVe调期，协调DMA内部的其它模块，接管总线控制，提供数据传输所需要的所有地址、数据暂存控制，并向外提供读写时序信号。

　　8237A的工作过程可以分为7个状态，即SI，SO，S1，S2，S3，S4和Sw。它的状态转移如图2所示。该模块的主要构成部分就是系统状态机，而其中的引，SZ，S4状态对于数据通道进行主要操作，8237A是一个同步电路，所以中央控制模块就设计成一个同步状态机，每个状态都是一个时钟周期的宽度。