Trong nhiều ứng dụng, dữ liệu sau khi được xử lý trên FPGA cần được gửi về máy tính Host để hiển thị, ghi log, hoặc thực hiện các phân tích phức tạp hơn. Mặc dù có thể dùng các Control/Indicator trên Front Panel, phương pháp này không hiệu quả cho các luồng dữ liệu lớn do tốn tài nguyên và có thông lượng thấp. Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng **DMA (Direct Memory Access)**.
Cơ chế Hoạt động của DMA
DMA là một cơ chế phần cứng cho phép FPGA ghi dữ liệu trực tiếp vào bộ nhớ RAM của Host (và ngược lại) mà không cần sự can thiệp của CPU Host. Một “bộ điều khiển DMA” chuyên dụng sẽ quản lý việc truyền dữ liệu này. Điều này mang lại hai lợi ích lớn:
- Thông lượng Cực cao: Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới hàng trăm MB/s hoặc thậm chí GB/s, gần bằng băng thông của bus hệ thống (PCIe).
- Giảm tải cho CPU: CPU Host được giải phóng khỏi nhiệm vụ sao chép dữ liệu, có thể tập trung vào các tác vụ khác.
Trong LabVIEW, cơ chế DMA được trừu tượng hóa thành một đối tượng gọi là “Host Interface FIFO” hay “DMA FIFO”.
Các Thực hành Tốt nhất để Tối ưu hóa DMA
Để đạt được thông lượng cao và ổn định, bạn cần cấu hình và sử dụng DMA FIFO một cách chính xác:
- Kích thước Bộ đệm (Buffer Size): DMA FIFO bao gồm hai bộ đệm: một trên FPGA (thường là BRAM) và một trên RAM của Host. Hãy cấu hình bộ đệm trên Host đủ lớn (ví dụ, gấp 5-10 lần kích thước khối dữ liệu bạn đọc/ghi mỗi lần) để hấp thụ các dao động về thời gian xử lý của hệ điều hành.
- Thứ tự Khởi động (Priming):
- FPGA-to-Host: Trên Host, hãy gọi hàm `Start` hoặc `Read` **trước khi** FPGA bắt đầu ghi dữ liệu vào FIFO. Điều này “mồi” cho kênh DMA sẵn sàng nhận dữ liệu, tránh tình trạng FIFO trên FPGA bị đầy ngay lập tức.
- Host-to-FPGA: Trên Host, hãy ghi một lượng dữ liệu vào FIFO **trước khi** FPGA bắt đầu đọc. Điều này đảm bảo FPGA luôn có dữ liệu để xử lý.
- Đọc/Ghi theo Khối (Block Read/Write): Luôn đọc và ghi dữ liệu theo các khối lớn thay vì từng phần tử một. Điều này làm giảm overhead của mỗi lần giao tiếp và tăng hiệu quả sử dụng bus.