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杭州三汇将DMA技术成功应用于数字中继语音卡

2007/01/30

　　三汇新一代大容量PCI/cPCI数字中继语音卡全面换装了功能更为强大的PCI接口芯片，该接口芯片能够支持对PCI总线进行MASTER模式操作，从而实现了真正的DMA操作，也就是实现了大流量的语音数据通过PCI总线时不需要占用CPU时间。

　　DMA技术的成功运用，并不仅仅是换一个芯片这么简单，而是对数据流处理方式的一系列重大改变。电话语音卡的数据传输主要是在主机CPU和板载的DSP之间进行，用来实现语音录放和控制命令和状态的交互。传统的由CPU进行直接I/O操作的数据传送方式，主机CPU可以直接访问DSP的内存数据，就可以直接读写每个语音通道的各类数据，包括录放音缓冲及其指针，命令/状态寄存器等，相对来说实现起来比较简单。但是采用了DMA之后，这种工作方式就行不通了。

　　先从DMA的工作原理说起：DMA（Direct Memory Access） ，即直接存储器存取，是一种快速传送数据的机制。数据传递可以从适配卡到内存，或是从一段内存到另一段内存。利用它进行数据传送时不需要CPU的参与。每台电脑主板上都有DMA控制器，通常计算机对其编程，这些程序控制DMA传送数据。一旦控制器初始化完成，数据开始传送，DMA就可以脱离CPU，独立完成数据传送。利用DMA传送数据的另一个好处是，数据直接在源地址和目的地址之间传送，不需要中间媒介。如果通过CPU把一个字节从适配卡传送至内存，需要两步操作。首先，CPU把这个字节从适配卡读到内部寄存器中，然后再从寄存器传送到内存的适当地址。DMA控制器将这些操作简化为一步，它操作总线上的控制信号，使读写字节一次完成。这样就大大提高了计算机运行速度和工作效率。

　　计算机发展到今天，DMA已不再用于内存到内存的数据传送，因为CPU速度非常快，做这件事，比用DMA控制器还要快，但要在适配卡和内存之间传送数据，仍然是非DMA莫属。要从适配卡到内存传送数据，DMA同时触发从适配卡读数据总线(即I/O读操作)和向内存写数据的总线。激活I/O读操作就是让适配卡把一个数据单位(通常是一个字节或一个字)放到PC数据总线上，因为此时内存写总线也被激活，数据就被同时从总线上拷贝到内存中。

　　在DMA工作期间，主机CPU仍然可以处理其他事务，这是基于以下两点：首先是现代计算机在CPU内部或是外部配备了容量较大的高速缓存(Cache）,当DMA控制器占用内存时，CPU仍可利用Cache中的程序和数据继续运行；其次是采用周期挪用或交替访问等技术，实现了DMA控制器和CPU同时访问内存。因此，采用DMA技术，既可以加快数据传送速度，又可以减少对CPU的占用。

　　然而，要充分利用DMA传输的优势，就必需实现数据的“大块传输”，这是因为每一次DMA的初始化，仍需要一定的额外开销，如果每次传送的数据量过少，则这个开销所占的比例就会相当大，DMA的优势就不纯在了。这个要求在显卡，网卡等设备上很容易实现，因为需要传送的数据本来就是大块的，但对多通道异步工作的语音卡来说，就很很困难了。为此三汇研发人员重新设计了数据结构，将原来分散传输的数据重新按照消息队列的方式组织起来，人为构造了“大块数据”，从而成功地解决了这个难题。

　　成功应用了DMA技术之后，三汇新一代大容量数字中继语音卡在性能上有了质的飞跃，满负荷时的CPU占用率成倍下降，使得应用软件跑起来更为顺畅，并且极大地提高了单机实用容量，使得原先难以用板卡实现的1000路以上的满负荷录放音运行的单机系统成为现实，并且在部分录放音负荷的情况下，更是可以达到CTI系统的极限4096个通道。

　　下表是三汇SHD-120A-CT/PCI数字中继卡（未采用DMA技术）和SHD-240D-CT/PCI数字中继卡（采用DMA技术）在相同的配置环境下的测试结果：

杭州三汇公司供稿　CTI论坛编辑