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高質(zhì)量程序是怎么寫出來的？串口DMA機制

時間：2021-12-07 14:54:33
關(guān)鍵字： 串口DMA   
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[導(dǎo)讀]來源：嵌入式大雜燴今天說一下串口DMA。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(yù)，數(shù)據(jù)拷貝結(jié)束則通知CPU處理。因此，大量數(shù)據(jù)拷貝時，使用DMA可以...

來源：嵌入式大雜燴

今天說一下串口DMA。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(yù)，數(shù)據(jù)拷貝結(jié)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(shè)—>內(nèi)存，如uart、spi、i2c等總線接收數(shù)據(jù)過程
  • 內(nèi)存—>外設(shè)，如uart、spi、i2c等總線發(fā)送數(shù)據(jù)過程

1、 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(yīng)中斷；以115200bps波特率，1s傳輸11520字節(jié)，大約69us需響應(yīng)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(dǎo)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。

2、實現(xiàn)方式

3、STM32串口使用DMA

關(guān)于STM32串口使用DMA，不乏一些開發(fā)板例程及網(wǎng)絡(luò)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(xué)習(xí)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(dǎo)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）

4、串口DMA接收

4.1 基本流程

4.2 相關(guān)配置

關(guān)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**“空閑中斷” “DMA傳輸完成中斷”**來接收數(shù)據(jù)。實質(zhì)上這是存在風(fēng)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(guān)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(yīng)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(shè)使用DMA的配置基本一致，留意關(guān)鍵配置：

  • 串口接收，DMA通道工作模式設(shè)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(guān)狀態(tài)標識，防止首次傳輸錯亂數(shù)據(jù)
void?bsp_uart2_dmarx_config(uint8_t?*mem_addr,?uint32_t?mem_size)
{
???DMA_InitTypeDef?DMA_InitStructure;
?
?DMA_DeInit(DMA1_Channel5);?
?DMA_Cmd(DMA1_Channel5,?DISABLE);
?DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr??=?(uint32_t)
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