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杭州三匯將DMA技術成功應用于數(shù)字中繼語音卡

2007/01/30

　　三匯新一代大容量PCI/cPCI數(shù)字中繼語音卡全面換裝了功能更為強大的PCI接口芯片，該接口芯片能夠支持對PCI總線進行MASTER模式操作，從而實現(xiàn)了真正的DMA操作，也就是實現(xiàn)了大流量的語音數(shù)據(jù)通過PCI總線時不需要占用CPU時間。

　　DMA技術的成功運用，并不僅僅是換一個芯片這么簡單，而是對數(shù)據(jù)流處理方式的一系列重大改變。電話語音卡的數(shù)據(jù)傳輸主要是在主機CPU和板載的DSP之間進行，用來實現(xiàn)語音錄放和控制命令和狀態(tài)的交互。傳統(tǒng)的由CPU進行直接I/O操作的數(shù)據(jù)傳送方式，主機CPU可以直接訪問DSP的內(nèi)存數(shù)據(jù)，就可以直接讀寫每個語音通道的各類數(shù)據(jù)，包括錄放音緩沖及其指針，命令/狀態(tài)寄存器等，相對來說實現(xiàn)起來比較簡單。但是采用了DMA之后，這種工作方式就行不通了。

　　先從DMA的工作原理說起：DMA（Direct Memory Access） ，即直接存儲器存取，是一種快速傳送數(shù)據(jù)的機制。數(shù)據(jù)傳遞可以從適配卡到內(nèi)存，或是從一段內(nèi)存到另一段內(nèi)存。利用它進行數(shù)據(jù)傳送時不需要CPU的參與。每臺電腦主板上都有DMA控制器，通常計算機對其編程，這些程序控制DMA傳送數(shù)據(jù)。一旦控制器初始化完成，數(shù)據(jù)開始傳送，DMA就可以脫離CPU，獨立完成數(shù)據(jù)傳送。利用DMA傳送數(shù)據(jù)的另一個好處是，數(shù)據(jù)直接在源地址和目的地址之間傳送，不需要中間媒介。如果通過CPU把一個字節(jié)從適配卡傳送至內(nèi)存，需要兩步操作。首先，CPU把這個字節(jié)從適配卡讀到內(nèi)部寄存器中，然后再從寄存器傳送到內(nèi)存的適當?shù)刂�。DMA控制器將這些操作簡化為一步，它操作總線上的控制信號，使讀寫字節(jié)一次完成。這樣就大大提高了計算機運行速度和工作效率。

　　計算機發(fā)展到今天，DMA已不再用于內(nèi)存到內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳送，因為CPU速度非�？�，做這件事，比用DMA控制器還要快，但要在適配卡和內(nèi)存之間傳送數(shù)據(jù)，仍然是非DMA莫屬。要從適配卡到內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)，DMA同時觸發(fā)從適配卡讀數(shù)據(jù)總線(即I/O讀操作)和向內(nèi)存寫數(shù)據(jù)的總線。激活I/O讀操作就是讓適配卡把一個數(shù)據(jù)單位(通常是一個字節(jié)或一個字)放到PC數(shù)據(jù)總線上，因為此時內(nèi)存寫總線也被激活，數(shù)據(jù)就被同時從總線上拷貝到內(nèi)存中。

　　在DMA工作期間，主機CPU仍然可以處理其他事務，這是基于以下兩點：首先是現(xiàn)代計算機在CPU內(nèi)部或是外部配備了容量較大的高速緩存(Cache）,當DMA控制器占用內(nèi)存時，CPU仍可利用Cache中的程序和數(shù)據(jù)繼續(xù)運行；其次是采用周期挪用或交替訪問等技術，實現(xiàn)了DMA控制器和CPU同時訪問內(nèi)存。因此，采用DMA技術，既可以加快數(shù)據(jù)傳送速度，又可以減少對CPU的占用。

　　然而，要充分利用DMA傳輸?shù)膬?yōu)勢，就必需實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“大塊傳輸”，這是因為每一次DMA的初始化，仍需要一定的額外開銷，如果每次傳送的數(shù)據(jù)量過少，則這個開銷所占的比例就會相當大，DMA的優(yōu)勢就不純在了。這個要求在顯卡，網(wǎng)卡等設備上很容易實現(xiàn)，因為需要傳送的數(shù)據(jù)本來就是大塊的，但對多通道異步工作的語音卡來說，就很很困難了。為此三匯研發(fā)人員重新設計了數(shù)據(jù)結構，將原來分散傳輸?shù)臄?shù)據(jù)重新按照消息隊列的方式組織起來，人為構造了“大塊數(shù)據(jù)”，從而成功地解決了這個難題。

　　成功應用了DMA技術之后，三匯新一代大容量數(shù)字中繼語音卡在性能上有了質(zhì)的飛躍，滿負荷時的CPU占用率成倍下降，使得應用軟件跑起來更為順暢，并且極大地提高了單機實用容量，使得原先難以用板卡實現(xiàn)的1000路以上的滿負荷錄放音運行的單機系統(tǒng)成為現(xiàn)實，并且在部分錄放音負荷的情況下，更是可以達到CTI系統(tǒng)的極限4096個通道。

　　下表是三匯SHD-120A-CT/PCI數(shù)字中繼卡（未采用DMA技術）和SHD-240D-CT/PCI數(shù)字中繼卡（采用DMA技術）在相同的配置環(huán)境下的測試結果：

杭州三匯公司供稿　CTI論壇編輯