精簡ISA總線實現高速大容量數據采集
《精簡ISA總線編程接 – Part2》介紹了英創工控主板ESM7000在DMA驅動的同步總線周期，在應用層可獲得：
| 模式 | 傳輸速率 | CPU負載 |
| MemCpy DMA同步總線讀 | 8.67MB/s | 6.01% |
| MemCpy DMA同步總線寫 | 7.93MB/s | 5.71% |
本文在《精簡ISA總線編程 – Part2》的基礎上，進一步優化總線參數，總線同步時鐘BCLK從30MHz提高到40MHz，同時采用mmap存儲器映射方法在應用層讀取ISA總線采集的數據，使應用層的讀取速度達到16MB/s。
為達到優化目標，首先需要預留1MB的DDR空間，作mmap使用。對客戶來說，就是配置特別的DTB文件（imx7d-esm7000-isa-v2.dtb）。ISA讀取數據的流程很簡單，基本是初始化mmap指針，把需要采集的長度等參數填到struct isa_transfer結構中，然后就是調用讀取函數。以下介紹核心的代碼。
Mmap指針初始化代碼如下：
void* mmap_base(unsigned long mem_phys, unsigned int size)
{
void *base = NULL;
int fd;
fd = open("/dev/mem", O_RDWR|O_SYNC);
if(fd < 0) {
printf("%s open failed %d\n", __func__, fd);
goto cleanup;
}
/* mmap mem */
base = mmap(
NULL, //Any adddress in our space will do
size, //Map length
PROT_READ|PROT_WRITE, //Enable reading & writting to mapped memory
MAP_SHARED, //Shared with other processes
fd, //File to map
mem_phys //Offset to DMTimer peripheral
);
close(fd);
cleanup:
return base;
}通過mmap驅動ISA數據的核心函數：
int mmap_dma_mem_read(int fd, struct isa_transfer *tp, void* mmapbuf, unsigned int mmapbuf_size)
{
int rc = 0;
unsigned int rem_len, mmap_len, pack_len;
u_int8_t *sbuf[2], *cbuf;
unsigned int sbuf_len, sbuf_count, sbuf_idx;
u_int8_t dbuf[256];
unsigned dbuf_len = sizeof(dbuf);
struct pollfd fds[1];
rem_len = tp->len;
if(!rem_len) {
rc = -EINVAL;
goto cleanup;
}
// init variables
sbuf[0] = (u_int8_t*)mmapbuf;
sbuf_len = mmapbuf_size / 2;
sbuf[1] = sbuf[0] + sbuf_len;
sbuf_count = 0;
sbuf_idx = 0;
cbuf = sbuf[sbuf_idx];
memset(fds, 0, sizeof(fds));
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
// start dma process
rc = ioctl(fd, ISA_IOCTL_START, (unsigned long)tp);
if(rc < 0) {
printf("%s start dma-mmap failed %d\n", __func__, rc);
goto cleanup;
}
while(rem_len) {
// wait data ready with timeout
rc = poll(fds, 1, POLL_TIMEOUT);
if(rc == -1) {
perror("poll failed!\n");
ioctl(fd, ISA_IOCTL_STOP, (unsigned long)tp);
return rc;
}
else if(rc == 0) {
// timeout
continue;
}
// setup source buffer length
mmap_len = sbuf_len;
if(mmap_len > rem_len) {
mmap_len = rem_len;
}
// get data from mmap buffer
while(mmap_len) {
pack_len = dbuf_len;
if(pack_len > mmap_len) {
pack_len = mmap_len;
}
memcpy(dbuf, sbuf[sbuf_idx] + sbuf_count, pack_len);
sbuf_count += pack_len;
mmap_len -= pack_len;
if(INFINITE != rem_len)
rem_len -= pack_len;
}
// switch to next mmap buffer
sbuf_idx = (sbuf_idx + 1) % 2;
sbuf_count = 0;
}
// well done
rc = tp->len - rem_len;
cleanup:
return rc;
}上面的代碼中fd是打開設備/dev/em_isa的文件句柄。
應用層調用：
#define MMAP_BASE_PHYS 0xBFF00000
#define MMAP_SIZE 0x80000 //512KB
struct isa_transfer t;
double elapsed, data_rate;
unsigned int data_length;
void *mmapbuf;
unsigned int mmapbuf_size;
//………
// get mmap buffer
mmapbuf = mmap_base(MMAP_BASE_PHYS, MMAP_SIZE);
if(!mmapbuf) {
printf("failed to get mmap buffer\n");
break;
}
printf("mmap range(0x%08x, 0x%x) => %p\n", MMAP_BASE_PHYS, MMAP_SIZE, mmapbuf);
memset(&t, 0, sizeof(struct isa_transfer));
t.rx_buf = (void*)MMAP_BASE_PHYS;
t.offset = offset;
t.len = count;
rc = mmap_dma_mem_read(fd, &t, mmapbuf, MMAP_SIZE);
if(rc < 0) {
printf("mmap_dma_mem_read failed %d\n", rc);
break;
}
data_length = rc;采用64MB數據長度，對上述代碼測試應用層數據：
| 模式 | 傳輸速率 | CPU負載 |
| MemCpy DMA同步總線讀 | 16.06MB/s | 38.7% |
函數mmap_dma_mem_read是軟件啟動DMA執行同步總線讀周期，其基本的總線時序與《精簡ISA總線編程 – Part2》的時序圖是一致的，不同之處僅僅是總線同步時鐘BCLK的周期從過去的33ns縮短到25ns。客戶的FPGA應盡可能靠近主板CN2布局，以保證總線信號的完整性。
DMA-MEM同步總線讀時序
測試程序test_isa包括了完整的ISA總線的讀寫測試，其中執行mmap dma-mem讀操作的命令為：
./test_isa D1000000 4000
命令中參數”D”表示mmap dma-mem讀操作，后續的是16進制的讀取字節數，0x1000000表示16MB，第二個參數是16進制的ISA總線地址偏移量，0x4000用于告訴驅動程序執行dma-mem操作，有關地址偏移量的說明可參考《精簡ISA總線編程 – Part1》。
對測試程序干興趣的客戶可來郵件（suppport@www.jsjflaw.com）索取test_isa的源代碼。目前在Linux平臺上的開發環境是多種多樣，推薦使用微軟開源的Visual Studio Code作為基本的IDE環境，通過簡單的配置就可把ESM7000的SDK編譯工具加入環境，就可Build應用程序。再通過NFS的掛載，就可直接在ESM7000目標板上跑客戶的應用程序了。