AXI MCDMA 仿真与工作流程分析

说明

关于背景知识，可以先看 https://www.cnblogs.com/xingce/p/16386108.html

引用一段官方的说明，AXI MCDMA存在的主要目的是为了节约资源，我们想要使用这个模块的主要目的也是为了降低资源消耗，从而可以将系统部署在更小面积的FPGA芯片上，当然，具体的效果还需要进一步的测试，先对该IP做一些仿真和在线测试吧。

FPGAs have been providing DMA engines in the Programmable Logic for many years. To add to the existing DMA offering, Xilinx added a Multichannel DMA IP into the Xilinx IP Catalog to provide additional channels. Additional DMA channels provide a hardware segregation of data that ultimately provides more efficient management of data streams. This leads to an overall savings of Programmable Logic, while maintaining data movement throughput.

下图是IP的接口和配置界面，更详细的描述请移步官方手册 https://docs.xilinx.com/v/u/en-US/pg288-axi-mcdma

初步目标

在开始之前，先确定一个目标，我们希望通过该仿真的学习，搞清楚IP的基本配置、工作流程，然后去创建自己的仿真工程

官方仿真范例

选择打开IP的example design，查看其仿真工程

先来看看顶层的*tb.v 仿真文件，里面生成了1个200M的基准时钟，然后发送了start开始信号，并检测结束done信号与status信号，根据status的状态输出测试结论，核心的测试代码不在这个文件里面

再来直接看DUT的顶层文件，先搞清楚对应的额层级关系

下图表明axi_traffic_gen_0 用作mcdma的axi lite master模块，完成对mcdma 寄存器的配置

AXI MCDMA会读出BRAM_CTL_0 中的数据，那么BRAM 0中的数据怎么才知道是不是对的，又需要一个模块写入测试数据，这个测试数据由axi4_write_master.vhd模块完成，在系统复位解除后，就开始写入测试数据

与读出通道对应，AXI MCDMA会向BRAM_CTL_1写入测试数据，检查数据正确性的时候，测试逻辑是直接检查的写入信号，并不是将BRAM 1中写入的数据读出做校验，这一点需要查看仿真波形，有可能设计人员偷懒，所以这样写的

descriptor信息预先存储在BRAM_CTL_3中，由AXI MCDMA的AXI SG接口将对应的信息读出，对应的descripto信息存储在"sg_mem.mem" 文件中

从以上信息基本可以看清整个仿真逻辑了，接下来再结合仿真信号看看真实的工作流程。

仿真信号查看

首先，根据IP手册，AXI MCDMA开始工作之前，需要配置对应寄存器

先看S2MM 写操作对应的流程，MM2S也是对应的流程，这里不介绍了，可以看仿真的时序和IP手册的说明

这是IP手册建议的流程

首先，需要先将MCDMA的S2MM 对应channels Run起来

向0x500 寄存器写入控制数据

对应仿真时序图如下，其中基地址为0x500 ,写入数据为0x000202f1

使能对应通道

向0x508寄存器写入对应参数，当disable的时候，并非真的stop了，而是当descriptor 链表对应也执行到含EOF标志的链表时才真正停止。

（这里有个问题就需要注意，如果是读出操作，我们丢弃不需要的数据，如果是写入操作，如何结束呢？）

应该向0x008写入0x1 使能MM2S的channel 0，仿真实际写入的是0x3,这个是由于仿真代码是设定的2个通道，2个通道是合理的，因为只有这样才能体现出Multichannel DMA的意义

配置descriptor 对应的地址

IP根据配置的descriptor地址去memory中fetch对应的descriptor链表，然后执行对应的axi读写操作

下面描述了对应channel 0 1的descriptor地址，由于我们是32bit 地址区间，所以只需要对应配置LSB 32bit地址即可，MSB 是在超过32bit地址空间的空间才有效

配置通道控制寄存器

每个通道都有自己的配置寄存器，这些寄存器第0个bit是开启descriptor的featch，其它bit基本都是和中断的产生相关的，仿真范例对S2MM和MM2S 通道进行了不同的设置，这个可以从仿真波形观察得到

BD descriptor的读取

通过观察寄存器写入的值，可以看出S2MM 的channel 0 对应写入的current BD 地址为0x100 , nexr BD 地址为0x140

下图是对应的时序，图中不能看出具体的地址，如果想看的话可以自己仿真，然后放大观察

BD descriptor 描述，下图描述了MM2S对应的descriptor描述，S2MM也是类似的内容，AXI MCDMA对应的通道会根据这个descriptor完成对应的dma操作

在这个仿真范例中，我们看一下

SG从0x100地址读指定 8*32bit的descriptor数据，然后根据descriptor去读取数据

整体看下来，这个仿真demo是非常简易的，不能覆盖真实的工况，下一步需要上机测试才能更好的模拟真实工作场景