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[導讀]1前言直接存儲器訪問(DirectMemoryAccess),簡稱DMA。DMA是CPU一個用于數(shù)據(jù)從一個地址空間到另一地址空間“搬運”(拷貝)的組件,數(shù)據(jù)拷貝過程不需CPU干預,數(shù)據(jù)拷貝結束則通知CPU處理。因此,大量數(shù)據(jù)拷貝時,使用DMA可以釋放CPU資源。DMA數(shù)據(jù)拷貝過程...


1 前言

直接存儲器訪問(Direct Memory Access),簡稱DMA。DMA是CPU一個用于數(shù)據(jù)從一個地址空間到另一地址空間“搬運”(拷貝)的組件,數(shù)據(jù)拷貝過程不需CPU干預,數(shù)據(jù)拷貝結束則通知CPU處理。因此,大量數(shù)據(jù)拷貝時,使用DMA可以釋放CPU資源。DMA數(shù)據(jù)拷貝過程,典型的有:

  • 內(nèi)存—>內(nèi)存,內(nèi)存間拷貝

  • 外設—>內(nèi)存,如uart、spi、i2c等總線接收數(shù)據(jù)過程

  • 內(nèi)存—>外設,如uart、spi、i2c等總線發(fā)送數(shù)據(jù)過程

2 串口有必要使用DMA嗎

串口(uart)是一種低速的串行異步通信,適用于低速通信場景,通常使用的波特率小于或等于115200bps。對于小于或者等于115200bps波特率的,而且數(shù)據(jù)量不大的通信場景,一般沒必要使用DMA,或者說使用DMA并未能充分發(fā)揮出DMA的作用。

對于數(shù)量大,或者波特率提高時,必須使用DMA以釋放CPU資源,因為高波特率可能帶來這樣的問題:

  • 對于發(fā)送,使用循環(huán)發(fā)送,可能阻塞線程,需要消耗大量CPU資源“搬運”數(shù)據(jù),浪費CPU

  • 對于發(fā)送,使用中斷發(fā)送,不會阻塞線程,但需浪費大量中斷資源,CPU頻繁響應中斷;以115200bps波特率,1s傳輸11520字節(jié),大約69us需響應一次中斷,如波特率再提高,將消耗更多CPU資源

  • 對于接收,如仍采用傳統(tǒng)的中斷模式接收,同樣會因為頻繁中斷導致消耗大量CPU資源

因此,高波特率場景下,串口非常有必要使用DMA。

3 實現(xiàn)方式

4 STM32串口使用DMA

關于STM32串口使用DMA,不乏一些開發(fā)板例程及網(wǎng)絡上一些博主的使用教程。使用步驟、流程、配置基本大同小異,正確性也沒什么毛病,但都是一些基本的Demo例子,作為學習過程沒問題;實際項目使用缺乏嚴謹性,數(shù)據(jù)量大時可能導致數(shù)據(jù)異常。

測試平臺:

  • STM32F030C8T6

  • UART1/UART2

  • DMA1 Channel2—Channel5

  • ST標準庫

  • 主頻48MHz(外部12MHz晶振)

5 串口DMA接收

5.1 基本流程

5.2 相關配置

關鍵步驟

【1】初始化串口

【2】使能串口DMA接收模式,使能串口空閑中斷

【3】配置DMA參數(shù),使能DMA通道buf半滿(傳輸一半數(shù)據(jù))中斷、buf溢滿(傳輸數(shù)據(jù)完成)中斷

為什么需要使用DMA 通道buf半滿中斷?

很多串口DMA模式接收的教程、例子,基本是使用了“空間中斷” “DMA傳輸完成中斷”來接收數(shù)據(jù)。實質(zhì)上這是存在風險的,當DMA傳輸數(shù)據(jù)完成,CPU介入開始拷貝DMA通道buf數(shù)據(jù),如果此時串口繼續(xù)有數(shù)據(jù)進來,DMA繼續(xù)搬運數(shù)據(jù)到buf,就有可能將數(shù)據(jù)覆蓋,因為DMA數(shù)據(jù)搬運是不受CPU控制的,即使你關閉了CPU中斷。

嚴謹?shù)淖龇ㄐ枰鲭pbuf,CPU和DMA各自一塊內(nèi)存交替訪問,即是"乒乓緩存” ,處理流程步驟應該是這樣:

【1】第一步,DMA先將數(shù)據(jù)搬運到buf1,搬運完成通知CPU來拷貝buf1數(shù)據(jù) 【2】第二步,DMA將數(shù)據(jù)搬運到buf2,與CPU拷貝buf1數(shù)據(jù)不會沖突 【3】第三步,buf2數(shù)據(jù)搬運完成,通知CPU來拷貝buf2數(shù)據(jù) 【4】執(zhí)行完第三步,DMA返回執(zhí)行第一步,一直循環(huán)

STM32F0系列DMA不支持雙緩存(以具體型號為準)機制,但提供了一個buf"半滿中斷",即是數(shù)據(jù)搬運到buf大小的一半時,可以產(chǎn)生一個中斷信號?;谶@個機制,我們可以實現(xiàn)雙緩存功能,只需將buf空間開辟大一點即可。

【1】第一步,DMA將數(shù)據(jù)搬運完成buf的前一半時,產(chǎn)生“半滿中斷”,CPU來拷貝buf前半部分數(shù)據(jù) 【2】第二步,DMA繼續(xù)將數(shù)據(jù)搬運到buf的后半部分,與CPU拷貝buf前半部數(shù)據(jù)不會沖突 【3】第三步,buf后半部分數(shù)據(jù)搬運完成,觸發(fā)“溢滿中斷”,CPU來拷貝buf后半部分數(shù)據(jù) 【4】執(zhí)行完第三步,DMA返回執(zhí)行第一步,一直循環(huán)

UART2 DMA模式接收配置代碼如下,與其他外設使用DMA的配置基本一致,留意關鍵配置:

  • 串口接收,DMA通道工作模式設為連續(xù)模式

  • 使能DMA通道接收buf半滿中斷、溢滿(傳輸完成)中斷

  • 啟動DMA通道前清空相關狀態(tài)標識,防止首次傳輸錯亂數(shù)據(jù)

  1. void?bsp_uart2_dmarx_config(uint8_t?*mem_addr,?uint32_t?mem_size)

  2. {

  3. ???DMA_InitTypeDef?DMA_InitStructure;

  4. ?

  5. ?DMA_DeInit(DMA1_Channel5);?

  6. ?DMA_Cmd(DMA1_Channel5,?DISABLE);

  7. ?DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr??=?(uint32_t)
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