摘要：在分析傳統(tǒng)DMA控制器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對實時圖象處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求，提出了多端口模塊設(shè)計、增加RoundRobin通道優(yōu)先級仲裁算法和優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸通道等優(yōu)化方法，以提高數(shù)據(jù)傳輸速度，并改進(jìn)了地址產(chǎn)生模式來滿足圖像算法的要求。

　　數(shù)字圖像處理是嵌入式系統(tǒng)最為廣泛的應(yīng)用之一。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)無論在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)或管理部門中都得到越來越多的應(yīng)用。而目標(biāo)跟蹤、機(jī)器人導(dǎo)航、自動駕駛、交通監(jiān)視等應(yīng)用也極大地促進(jìn)了實時圖像處理技術(shù)的發(fā)展。

　　數(shù)字圖像處理的特點是數(shù)據(jù)量大、運(yùn)算復(fù)雜、實時性強(qiáng)。通常，數(shù)據(jù)量往往大于片內(nèi)的存儲容量，對于片內(nèi)存儲資源有限的處理系統(tǒng)來說，一般需要借用外部存儲空間。為了提高系統(tǒng)的實時處理能力，必須在片內(nèi)高速存儲區(qū)和外部存儲空間之間使用直接存儲方式（DMA）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而使處理器只專注于數(shù)據(jù)的計算。

　　1傳統(tǒng)DMA控制器的設(shè)計和分析

　　1.1DMA控制器的模塊結(jié)構(gòu)

　　DMA控制器一般具有如下功能：在不同的存儲介質(zhì)之間實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳輸;獨(dú)立于處理器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換;提供多個DMA通道以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿卸?支持?jǐn)?shù)據(jù)爆發(fā)傳輸模式;具有通道優(yōu)先級可編程的仲裁機(jī)制。

　　圖1是DMA控制器的模塊框圖。從圖中可以看出，DMA控制器主要由以下幾個模塊組成：

　　圖1DMA控制器的模塊圖

　　（1）寄存器控制模塊：為軟件程序員提供可編程接口，以控制DMA的工作狀態(tài);根據(jù)各配置位的不同設(shè)置，控制各DMA通道和各端口的工作狀態(tài)。

　?。?）通道控制模塊：DMA控制器中有6個可以獨(dú)立工作的DMA通道，根據(jù)相應(yīng)控制寄存器的配置位提出DMA申請，通過端口模塊訪問存儲介質(zhì)。

　　（3）端口控制模塊：它是DMA控制器與存儲介質(zhì)之間的接口模塊，提供訪問存儲介質(zhì)的地址、數(shù)據(jù)和控制信號線。

　?。?）FIFO控制模塊：DMA控制器中共有6個32字節(jié)的緩存隊列，分別為每個通道所占用，在爆發(fā)式的傳輸中，可以緩存慢速存儲設(shè)備中的數(shù)據(jù)，從而提高DMA控制器的傳輸速度。

　?。?）通道優(yōu)先級仲裁模塊：當(dāng)多個DMA通道同時提出DMA申請時，需要進(jìn)行通道的優(yōu)先級仲裁，在這里使用硬件優(yōu)先級仲裁。

　　此外，還有中斷和事件響應(yīng)模塊，用以保證DMA的實時傳輸。

　　1.2傳統(tǒng)DMA在實時圖像處理應(yīng)用中的局限

　　首先，在傳統(tǒng)的DMA設(shè)計中，端口模塊只采用一組數(shù)據(jù)線、地址線和控制線，連接DMA需要連接的所有存儲介質(zhì);并且當(dāng)多個通道需要同時占用數(shù)據(jù)線、地址線和控制線時，只采用硬件優(yōu)先級仲裁的方式來處理。這樣，對于大量DMA應(yīng)用的實時圖像處理系統(tǒng)，DMA的傳輸效率并不高，影響了整個系統(tǒng)的圖像處理效果。所以，需要對DMA的端口模塊和優(yōu)先級仲裁模塊做一些改進(jìn)，以便有效地改善DMA的數(shù)據(jù)傳輸速率。而且，DMA的數(shù)據(jù)傳輸路徑也可以改進(jìn)。

　　其次，圖像數(shù)據(jù)本身的一些格式特點和所要求的圖像處理算法決定了一個實時圖像處理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸并不是一種簡單的數(shù)據(jù)傳輸，而是要求DMA的數(shù)據(jù)傳輸同時具有矩陣傳輸、翻轉(zhuǎn)傳輸?shù)裙δ?，來加快圖像處理的速度和滿足一些圖像處理算法的要求。而普通DMA的地址產(chǎn)生模塊并沒有這樣的設(shè)計。