ARM紧致内存TCM的L1DMA

L1 DMA用于后台大数据量访问TCM时。通过CP15寄存器来设置读写方向，以及源和目标的起始地址和结束地址。

DMA设置用到的地址都是虚地址，所以DMA要做虚地址到物理地址的翻译，以及权限检查。具体实现可以利用TLB以提高性能，但要保证TLB和页表的一致性。权限错误可以配置成通过中断来报告给处理器。DMA操作的完成也可以通过此中断报告给处理器。

DMA进行状态也在CP15的相关寄存器中得到反应。

L1 DMA限制：

• DMA通道最多2个
• 只能有一个处于活动状态
• DMA只限于TCM和外部RAM之间
• 如果是应用级DMA，外部RAM必须是共享的

使用CP15寄存器11操作L1 DMA:
ARM指令
MCR p15, 0, Rd, c11, CRm, Opcode2
MRC p15, 0, Rd, c11, CRm, Opcode2

CP15寄存器11是个接口，它还有相关的辅助寄存器，如下表所示：

Register                            CRm      Opcode 2                       Function
Identification/Status        0            Present/Queued/            Privileged only: RO
                                                       Running/Interrupting  
User Accessibility             1            0                                     Privileged only: RW
Channel Number              2            0                                      Read/Write
Enable                              3            Stop/Start/Clear              Write-only
Control                             4            0                                       Read/Write
Internal Start Address     5            0                                       Read/Write
External Start Address    6            0                                       Read/Write
Internal End Address       7            0                                       Read/Write
Channel Status                8            0                                       Read-only
RESERVED SBZ/UNP        9-14      0                                       Read/Write
Context ID                       15          0                                       Privileged only: R/W

其中，4、5、6、7、8、15号辅助寄存器都是每个DMA通道有一个，由2号通道编号寄存器来决定当前使用的是哪一个。

下面是对每个寄存器的解释：

标识／状态寄存器（0）
这是一组寄存器，由opcode2来标识：
0：present寄存器
1：queued寄存器
2：Running寄存器
3：interrupting寄存器

这几个寄存器的结构一样，从最低位起，每一位表示每个DMA通道的相应状况，即：

• 是否实现
• 是否有排队
• 是否有DMA操作正在运行
• 是否正在给处理器发中断

ARM指令：
MRC p15, 0, Rd, c11, c0, n ; where n is 0, 1, 2, or 3

用户可访问寄存器（1）
每一通道有一位（U位），表明该通道是否允许用户态访问其寄存器。

通道编号寄存器（2）
此寄存器的内容决定当前的DMA通道。

使能寄存器（3）
操作此辅助寄存器可以开始、停止或清楚当前的DMA通道。具体操作由opcode2决定：
Opcode2 Operation
0 Stop
1 Start
2 Clear
3-7 Reserved

ARM指令：
MCR p15, 0, Rd, c11, c3, n ; where n is 0, 1, or 2

START命令开始DMA传输，如果当前没有进行中的DMA传输，那么DMA传输开始，状态进入到运行状态，否则进入到队列等待状态。DMA通道处于进行中是指该通道要么正在传输、正在等待、或发生了错误号大于0b01000的错误，并且传输已停止。
STOP命令将尽快终止DMA传输，并使DMA进入空闲状态，开始地址寄存器被设置为DMA传输终止时的值，可用于继续此次传输。对于无副作用的传输，STOP发出后，DMA可以扔掉手中的数据，立即停止；但如果源或目标地址的读写具有副作用，比如读写的是标记为外设的存储区域，那么DMA必须处理完手中的数据后，才停止。STOP命令可以用于在调试器命令处理器停止运行的情况下，因为L1 DMA开始传输后，不受处理器的其它部分影响，处理器其它部分停止，L1 DMA可以继续运行。
CLEAR命令把DMA从错误状态转置于空闲状态，并清除可能的中断标记（在控制寄存器中设置的）。开始地址寄存器的内容不改变。

控制寄存器
TR[31] RT[30] IC[29] IE[28] FT[27] UM[26] UNP/SBZ[25-20] ST[19-8] UNP/SBZ[7-2] TS[1-0]
ARM指令：
MCR p15, 0, Rd, c11, c4, 0
MRC p15, 0, Rd, c11, c4, 0

TS：Transaction Size，传输的单位长度，00：字节，01：半字，10：字，11：双字
ST：Stride，跨度，正整数或0，以字节为单位。是指每单位传输外部地址的增量，内部地址不受影响。为0时，每次传输后外部地址不增加，这可用于对FIFO传输。
UM：User Mode，置1时表明用户态传输。
FT：Full Transfer，完全传输。传输方向是从TCM到外部存储时，FT＝0，只传输那些自上次FT＝0的DMA或复位后TCM中改变的内容，即执行增量式传输，把传输量降为最低。；FT＝1，传输所有DMA范围中的数据。 在FT＝0的DMA后，TCM需要记录那些内容改变了，而对FT＝1的DMA则不必记录变化。
IE：Interrupt on Error，传输发生错误时产生中断。受U位制约，如果U＝0，IE＝0，那么DMA发生错误时不产生中断；如果U＝1，或者IE＝1，那么发生错误时，产生中断。中断由启动操作或清除操作清楚。
IC：Interrupt on Completion，DMA完成时产生中断。中断的清楚需要清除操作。0：不产生完成中断；1：反之。
DT：Direction of Transfer，传输方向。0：从L2存储到TCM，1：反方向
TR：Target TCM，目标TCM。0代表数据TCM，1代表指令TCM

内部起始地址寄存器
地址是虚拟地址，并随传输过程而变化，当传输结束时，该寄存器内容是结束地址。起始地址必须根据传输单位大小对齐。因为是虚拟地址，所以MMU会根据页表进行地址翻译，并应用页表中的权限位。也许会产生权限不足引发的中断。
ARM指令：
MCR p15, 0, Rd, c11, c5, 0
MRC p15, 0, Rd, c11, c5, 0

外部起始地址寄存器
与内部起始地址寄存器的描述基本相同。
ARM指令：
MCR p15, 0, Rd, c11, c6, 0
MRC p15, 0, Rd, c11, c6, 0

内部结束地址寄存器
这个寄存器的内容是DMA结束传输的位置，即DMA不传输这个地址，
ARM指令：
MCR p15, 0, Rd, c11, c7, 0
MRC p15, 0, Rd, c11, c7, 0

通道状态寄存器
包含最新DMA的状态，格式：
UNP/SBZ[31-12] ES[11-7] IS[6-2] Status[1-0]
ARM指令：
MCR p15, 0, Rd, c11, c8, 0

Status：状态。00：空闲，01：排队，10：运行，11：错误／完成
IS：内部地址错误状态。编码如下：
0b00xxx = No Error (reset value)
0b01000 = TCM out of range
0b11100 =External Abort on Translation of 1st Level Page Table
0b11110 = External Abort on Translation of 2nd Level Page Table
0b10101 = Translation fault (Section)
0b10111 = Translation fault (Page)
0b11001 = Domain fault (Section)
0b11011 = Domain fault (Page)
0b11101 = Permission fault (Section)
0b11111 = Permission fault (Page).

ES：外部地址错误。编码如下：
0b00xxx = No Error (reset value)
0b01001 = Unshared Data Error
0b11010 = External Abort (can be imprecise)
0b11100 = External Abort on Translation of 1st Level Page Table
0b11110 = External Abort on Translation of 2nd Level Page Table
0b10101 = Translation fault (Section)
0b10111 = Translation fault (Page)
0b11001 = Domain fault (Section)
0b11011 = Domain fault (Page)
0b11101 = Permission fault (Section).
0b11111 = Permission fault (Page).

这些错误基本上是MMU做地址转换时动态产生的。

发生错误时，出错的地址反映在相应的起始地址寄存器中，除非是外部错误（0b11010）。非共享数据错发生在用户态程序访问非共享存储区时。

当一个DMA无错误完成时，如果有排队的DMA，则由排队状态转为运行状态。

上下文标识寄存器
该寄存器包含使用此DMA通道的进程标识。一般在初始化DMA通道时写此寄存器。此寄存器的低8位在地址翻译时也要用到，以允许不同的虚拟地址映射共存。此寄存器只能被特权模式程序读写。
ARM指令：
MCR p15, 0, Rd, c11, c15, 0
MRC p15, 0, Rd, c11, c15, 0