精簡ISA總線接口是一種8-bit寬度的雙向并行擴展總線，其特點是地址數據分時復用8位總線，加上4條總線控制信號，即可實現對外部數據的快速讀寫。若再使能一條總線時鐘信號（共13條信號），就可實現高達10MB/s以上的數據傳輸。精簡ISA總線作為英創主板的特色功能之一，在ESM6802、ESM7000、ESM7100、ESM335x等多款型號中均有配置。

　　關于對精簡ISA總線接口的應用編程的基本方法，請參考《精簡ISA總線編程 – Part 1》。本文介紹由應用程序啟動基于DMA的數據塊讀寫，即MemCpy方式的DMA。采用DMA進行ISA總線數據傳送的目的，是為了降低高速傳送大量數據時的CPU開銷。MemCpy方式的DMA是指軟件線程啟動DMA，然后該線程掛起等待DMA操作完成。在多線程環境中，其他線程即可在DMA執行過程中得以并行運行。

　　ISA總線信號定義如下：

　　本文以下部分，將以ESM7000 Linux平臺為例，介紹具體的編程方法。

DMA總線訪問API

　　應用啟動DMA數據傳輸，需要使用數據結構struct isa_transfer的傳遞參數和數據，structisa_transfer的結構定義如下：

structisa_transfer
{
       void              *rx_buf;                /* != NULL: buffer for bus read */
       void              *tx_buf;                /* != NULL: buffer for bus write */
       unsigned     len;                      /* buffer length in byte */
       unsigned     offset;                  /* offset，port address on isa bus */
       unsigned     inc;                      /* = 0: fixed offset, = 1: offset+1 after r/w */
};

　　每一個總線周期的操作只能是讀或寫，因此在isa_transfer結構中只能有一個buffer指針不為NULL。以下是執行32字節數據塊寫的代碼，寫入地址為0x4040。順序的數據可方便時序的觀察。

unsignedchargbuf[64 * 1024];
unsignedint i, value;
structisa_transfer      t;
unsignedchar   *pBuf8;
 
// write data block
memset(&t, 0, sizeof(structisa_transfer));
t.offset = 0x4040;
t.len = 32;            // max len<= 16KB = 16 * 1024
t.tx_buf = gbuf;
// fill data
value = 0x55;             // initialvalue
pBuf8 = (unsignedchar*)t.tx_buf;
for(i = 0; i<t.len; i++){
       *pBuf8 = (unsignedchar)(value + i);
       pBuf8++;
}
isa_write_buf(fd, &t);

　　注意offset必須是0x4000 – 0x40FF，驅動程序才會啟動MemCpy方式的DMA傳輸。若從0x4040讀入32字節數據，實現代碼則為：

unsignedchargbuf[64 * 1024];
structisa_transfer      t;
 
// read data block
memset(&t, 0, sizeof(structisa_transfer));
t.offset = 0x4040;
t.len = 32;                   // max len<= 16KB = 16 * 1024
t.rx_buf = gbuf;
isa_read_buf(fd, &t);

DMA傳輸總線時序說明

　　圖1、圖2分別為MemCpy方式DMA讀總線時序概要、寫總線時序概要。

圖1　DMA讀總線時序

圖2　DMA寫總線時序

　　從上面的時序可見，DMA也是16字節一組，連續4個總線周期組成，每組之間有一定間隔。DMA讀操作的總線速率大約為11.8MB/s，DMA寫操作的總線速率大約為11.2MB/s。

　　展開DMA寫的總線時序可看到：

圖3　DMA寫總線時序—第1組起始部分

圖4　DMA寫總線時序—第1組結束部分

圖5　DMA寫總線時序—第2組起始部分

圖6　DMA寫總線時序—第2組結束部分

　　在每個總線周期中，地址遞增4。這樣當傳輸長度超過256字節時，ISA地址及會循環。這意味著當采用MemCpy方式DMA進行數據傳輸時，數據端口譯碼不能采用普通的組合電路地址譯碼方式，而必須采用BCLK+ ADV#的同步電路譯碼方式。具體方式就是每個周期的第一個BCLK下降沿鎖存到有效ADV#，標志同步周期的開始，之后經過連續7個BCLK下降沿后同步周期結束。

DMA傳輸時的CPU負載率

　　與純軟件的同步總線周期傳輸相比，DMA傳輸最大的優點是有效降低了總線傳輸的CPU開銷，使應用程序的其它線程能同步運行。基本的測試代碼如下：

#define MAX_DMA_LEN         (16*1024)
unsignedchar gbuf[64 * 1024];
 
unsignedint i, count = 1;
struct isa_transfer     t;
unsignedchar   *pBuf8;
longdouble a[4], b[4], loadavg;    //for CPU utilization calculation
FILE *fp;
constchar *bus_type_name[] = {"async-cpu","async-dma-mem","async-dma-ext", "sync-cpu","sync-dma-mem","sync-dma-ext"};
 
// fill data
pBuf8 = (unsignedchar*)gbuf;
for(i = 0; i < MAX_DMA_LEN; i++){
       *pBuf8 = (unsignedchar)(value + i);
       pBuf8++;
}
memset(&t, 0, sizeof(struct isa_transfer));
 
// get initial values for calculating CPU usage in %
fp = fopen("/proc/stat","r");
fscanf(fp,"%*s %Lf %Lf %Lf %Lf",&a[0],&a[1],&a[2],&a[3]);
fclose(fp);
 
// write data block loop
while(count) {
       i = (count < MAX_DMA_LEN)? count : MAX_DMA_LEN;
       t.offset = offset;
       t.len = i;
       t.tx_buf = gbuf;
       isa_write_buf(fd, &t);
       count -= i;
}
 
// get end values for calculating CPU usage in %
fp = fopen("/proc/stat","r");
fscanf(fp,"%*s %Lf %Lf %Lf %Lf",&b[0],&b[1],&b[2],&b[3]);
fclose(fp);
 
// calculate CPU usage in %
loadavg = ((b[0]+b[1]+b[2]) - (a[0]+a[1]+a[2])) / ((b[0]+b[1]+b[2]+b[3]) - (a[0]+a[1]+a[2]+a[3]));
loadavg *= 100;
i = (offset >> 12) & 0xf;
printf("%s bus write, CPU utilization is : %Lf%%\n",bus_type_name[i], loadavg);

　　使用100M數據長度來測試總的CPU負載率的情況如下：

　　ESM7000使用的是具有雙核CPU的iMX7D，總CPU負載率50%，表示某個CPU核的負載已經100%。DMA的使用對提高系統整體的性能是非常顯著的。

　　進一步可測試應用層實際的傳輸速率如下：

　　若把每個周期傳輸的字節數從4個提升到8個，傳輸率則可有50%的提升。

　　以上是對精簡ISA總線基本讀寫的介紹，有興趣的客戶可與英創公司技術聯系，索取完整的測試代碼源碼。技術支持郵箱：support@www.jsjflaw.com。