睿擎平台 FPGA 高速通信：DSMC 总线读写实战

在工业控制和数据采集场景中，处理器与 FPGA 之间的高速数据交换是一个常见需求。传统方案通常采用 SPI（速度受限，一般 < 10Mbps）或 PCIE（带宽高但引脚多、设计复杂）。有没有一种方案，既能达到 几十 MB/s 的带宽，又只需要少量引脚，设计简单？

 

今天分享一个基于 睿擎派 RC3506 的方案——利用 RK3506 芯片内置的 DSMC（Double Data Rate Serial Memory Controller） 总线，与 PGL22GB FPGA 实现 高速通信，完整演示从硬件连接到代码验证的全流程。

 

一、DSMC 是什么？

DSMC（Double Data Rate Serial Memory Controller）是瑞芯微 SoC 内部的一种高速存储与本地总线控制器，支持通过 DDR（双倍数据速率）方式与外部 PSRAM 或 LocalBus 设备（如 FPGA）进行数据通信。

 

DSMC 核心特性

 

二、硬件准备

 

连接方式
 

RC-PI-3506 开发板与 FPGA 扩展板通过 DSMC 接口连接：

 

睿擎派 RC3506 与 PGL22GB FPGA 扩展板连接示意

睿擎派 RC3506 开发板

 

三、DSMC 读写原理

3.1 内存映射

DSMC 将外部设备映射到处理器的物理地址空间，软件可以通过直接读写内存地址的方式访问 FPGA：

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处理器地址空间    │    ├── 0xC0000000 ──→ DSMC CS0 区域（FPGA RAM）    │                   16KB 可读写    │    └── 其他外设...

3.2 读写流程

写入流程：

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1. 处理器执行 writel(data, 0xC0000000 + offset)2. DSMC 控制器将数据通过 DDR 串行总线发送给 FPGA3. FPGA LocalBus 接口接收数据，写入内部 RAM

读取流程：

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1. 处理器执行 readl(0xC0000000 + offset)2. DSMC 控制器向 FPGA 发送读请求3. FPGA LocalBus 接口从内部 RAM 读出数据，返回给 DSMC4. DSMC 控制器将数据返回给处理器

3.3 关键约束

4字节对齐访问：RK3506 的 DSMC 读写必须 4 字节对齐，即地址必须是 4 的倍数

默认频率 12MHz：可在设备树中修改，但需确保 FPGA 侧时序匹配

8 位宽模式：当前示例使用 8 线传输，可配置为 16 线提升带宽

 

四、代码实战

4.1 示例代码结构

完整示例代码位于 SDK 的 02_peripheral_dsmc 目录，核心逻辑如下：

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static int test_dsmc_read_write(void){    int i;    int err_count = 0;    rt_uint64_t t_start, t_end;    rt_uint64_t write_cycles, read_cycles;    const int WORD_NUM = 4 * 1024;          // 4K word = 16KB    uintptr_t BASE_ADDR = 0xC0000000;       // DSMC CS0 基地址    rt_uint32_t *write_buf = rt_malloc(WORD_NUM * 4);    rt_uint32_t *read_buf  = rt_malloc(WORD_NUM * 4);    if (!write_buf || !read_buf)    {        rt_kprintf("malloc failed!\n");        return -1;    }    // 准备测试数据    for (i = 0; i < WORD_NUM; i++)    {        write_buf[i] = 0x12345678 + i;    }    // ========== 写入测试 ==========    t_start = rt_hw_global_timer_get();    for (i = 0; i < WORD_NUM; i++)    {        writel(write_buf[i], BASE_ADDR + i * 4); // 4字节对齐写入    }    t_end = rt_hw_global_timer_get();    write_cycles = t_end - t_start;    // ========== 读取测试 ==========    t_start = rt_hw_global_timer_get();    for (i = 0; i < WORD_NUM; i++)    {        read_buf[i] = readl(BASE_ADDR + i * 4);    }    t_end = rt_hw_global_timer_get();    read_cycles = t_end - t_start;    // ========== 数据校验 ==========    for (i = 0; i < WORD_NUM; i++)    {        if (read_buf[i] != write_buf[i])        {            err_count++;            rt_kprintf("ERR[%d]: R=0x%08X W=0x%08X\n",                        i, read_buf[i], write_buf[i]);            if (err_count > 10)            {                rt_kprintf("......\n");                break;            }        }    }    // ========== 性能统计 ==========    float write_time_us = (float)write_cycles / 24.0f;  // 24MHz 定时器    float read_time_us  = (float)read_cycles  / 24.0f;    float total_bytes = WORD_NUM * 4.0f;    float write_speed = (total_bytes / (1024 * 1024)) / (write_time_us / 1e6);    float read_speed  = (total_bytes / (1024 * 1024)) / (read_time_us  / 1e6);    if (err_count == 0)    {        rt_kprintf("\n==== DSMC TEST PASS ====\n");        rt_kprintf("Write: %lu cycles, %.2f us, %.2f MB/s\n",                    write_cycles, write_time_us, write_speed);        rt_kprintf("Read : %lu cycles, %.2f us, %.2f MB/s\n",                    read_cycles, read_time_us, read_speed);    }    else    {        rt_kprintf("\n==== DSMC TEST FAIL ====\n");        rt_kprintf("Error count: %d\n", err_count);    }    rt_free(write_buf);    rt_free(read_buf);    return 0;} MSH_CMD_EXPORT(test_dsmc_read_write, test dsmc read write);

4.2 关键代码解析

① 基地址定义

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uintptr_t BASE_ADDR = 0xC0000000;  // DSMC CS0 区域

DSMC 的 CS0 片选对应的物理地址是 0xC0000000，软件直接读写该地址即可访问 FPGA。

② 4 字节对齐访问

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writel(write_buf[i], BASE_ADDR + i * 4);  // 每次写入 4 字节read_buf[i] = readl(BASE_ADDR + i * 4);   // 每次读取 4 字节

RK3506 的 DSMC 控制器要求访问地址 4 字节对齐，因此使用 writel/readl 函数，偏移量每次增加 4。

③ 性能测量

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t_start = rt_hw_global_timer_get();  // 获取硬件定时器计数值// ... 执行写入或读取 ...t_end = rt_hw_global_timer_get();cycles = t_end - t_start;time_us = cycles / 24.0f;  // 定时器频率 24MHz

通过硬件定时器精确测量读写耗时，计算出实际带宽。

 

五、运行结果

将示例工程编译下载到睿擎派 RC3506，在串口终端执行：

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msh />test_dsmc_read_write

输出结果：

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==== DSMC TEST PASS ====Write: 73640 cycles, 3068.33 us, 5.09 MB/sRead : 240044 cycles, 10001.83 us, 1.56 MB/s

结果解读：

指标	写入	读取
数据量	16KB	16KB
耗时	3.07 ms	10.00 ms
带宽	5.09 MB/s	1.56 MB/s
校验结果	全部通过	全部通过

写入带宽达到 5MB/s，读取带宽 1.5MB/s，通过调整demo的时序和位宽，以及dma的加持，带宽可以达到200MB/s。

 

六、FPGA 工程说明

6.1 FPGA 实现的功能

FPGA 侧实现了一个 LocalBus Server，功能如下：

接收 DSMC 发来的写请求，将数据存入 16KB 内部 RAM

响应 DSMC 的读请求，从 RAM 中读出数据返回

提供状态 LED 指示通信活动

6.2 FPGA 工程迁移

如果需要将 FPGA 工程迁移到不同版本的 IDE，步骤如下：

在目标 IDE 上创建 PGL22GB-6MBG324 工程

添加源文件：dsmc.fdc、dsmc_port.v、led.v

配置 RAM 和 PLL IP 核

RAM IP 核配置：

PGL22GB RAM IP 核配置：16KB 容量，32 位数据宽度

PLL IP 核配置：

PGL22GB PLL IP 核配置：生成 DSMC 所需时钟

 

七、设备树配置

DSMC 的引脚复用和时钟频率在设备树中配置：

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&dsmc {    status = "okay";    clock-frequency = <12000000>;  /* 12MHz，可修改 */     pinctrl-names = "default";    pinctrl-0 = <&dsmc_pins>;     dsmc_pins: dsmc-pins {        pins = "GPIO0_A0", "GPIO0_A1", "GPIO0_A2", "GPIO0_A3",               "GPIO0_A4", "GPIO0_A5", "GPIO0_A6", "GPIO0_A7",               "GPIO0_B0", "GPIO0_B1";        function = "dsmc";    };};

注意事项：

修改 clock-frequency 后，需同步修改 FPGA 侧 PLL 配置

引脚复用配置需与硬件原理图对应

当前示例使用 CS0，如需使用其他片选需修改设备树

 

八、工程实现说明

当前 DSMC 为 8 位宽模式，开启 DSMC 的 CS0 的 FIFO region

默认频率为 12MHz，在示例工程的 board.dts 中可修改

除 DSMC 的引脚复用与时钟，其他配置暂时不支持修改

DSMC 的 DMA 以及中断暂时不支持开启

 

九、应用场景

DSMC 与 FPGA 高速通信的典型应用场景：

场景	说明
高速 ADC 采集	FPGA 采集高速 ADC 数据，通过 DSMC 传输给处理器
电机控制	FPGA 实现多路 PWM 和编码器接口，处理器下发控制参数
视频预处理	FPGA 做 ISP 前处理，通过 DSMC 传输给处理器编码
协险品检测	FPGA 实现多传感器并行采集，处理器做 AI 推理

 

十、总结

这篇文章完整演示了睿擎派 RC3506 通过 DSMC 总线与 FPGA 实现高速通信：

理解 DSMC 的工作原理和内存映射机制

掌握 DSMC 与 FPGA 的硬件连接方式

学会使用 writel/readl 直接读写 DSMC 地址空间

完成 16KB 数据的读写测试和校验

了解 FPGA 工程的配置和迁移方法

DSMC 为处理器与 FPGA 之间提供了一种带宽适中、设计简单、引脚可控的高速通信方案，非常适合工业控制和数据采集场景。