解放CPU，我用DMA來(lái)做串口緩沖

我在我的 BMS 系統(tǒng)中使用了隔離的串口來(lái)進(jìn)行通信，BMS 的主控芯片我選擇了芯源的 CW32L031，這是一款 TSSOP20 封裝的 M0 內(nèi)核的低功耗單片機(jī)，資源不多，主頻也不是很高，但是功耗低確是我最重要的需求。

為了降低功耗，我將主頻設(shè)置的比較低，因此在走串口通信的時(shí)候，如果使用串口的中斷來(lái)進(jìn)行發(fā)送和接收，那么每接收一個(gè)字符就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，這樣頻繁的中斷肯定是 CPU 不厭其煩的，于是我選擇使用 DMA 充當(dāng)一次串口的緩沖助手。

一、 什么是 DMA

DMA（Direct Memory Access，直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)）提供在外設(shè)與內(nèi)存、存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器、外設(shè)與外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸使用。它允許不同速度的硬件裝置來(lái)溝通，而不需要依賴(lài)于 CPU ，在這個(gè)時(shí)間中，CPU 對(duì)于內(nèi)存的工作來(lái)說(shuō)就無(wú)法使用。

其實(shí)，我們可以簡(jiǎn)化一下對(duì) DMA 功能的描述，DMA 的主要工作就是搬磚，我只需要設(shè)置好幾個(gè)簡(jiǎn)單的參數(shù)，DMA 就可以幫我們把數(shù)據(jù)從一個(gè)地址搬運(yùn)到另一個(gè)地址，就是這么簡(jiǎn)單。

這里有三種情況，分別是內(nèi)存到內(nèi)存，內(nèi)存到外設(shè)，外設(shè)到內(nèi)存。

要想讓這個(gè)這個(gè)蘑菇頭好好的幫我們搬磚，首先我們需要設(shè)置以下幾個(gè)參數(shù)：

源地址（從哪里取磚塊）目的地址（把磚塊放到哪里）傳輸帶寬（一次搬幾塊）源地址是否增加（磚塊是排列好的，還是一塊接著一塊吐出來(lái)的）目的地址是否增加（磚塊是排列碼好，還是一塊一塊的丟進(jìn)一個(gè)洞里）觸發(fā)源（誰(shuí)發(fā)指令開(kāi)始搬）一次性傳輸量（一共搬多少次）

下面，我們就從一個(gè)工地的場(chǎng)景來(lái)了解一下，蘑菇頭是如何執(zhí)行任務(wù)來(lái)減輕總工的工作負(fù)荷的。首先，對(duì)于蘑菇頭來(lái)說(shuō)，他的主要任務(wù)就是把磚從一個(gè)地方搬運(yùn)到另一個(gè)地方，只要總工開(kāi)始給他講好怎么搬，蘑菇頭就能摒棄一切雜念，任勞任怨的快樂(lè)搬磚。最簡(jiǎn)單的是內(nèi)存搬運(yùn)，也就是把磚從一塊空地搬運(yùn)到另一塊空地，這時(shí)候我們只需要跟蘑菇頭說(shuō)：蘑菇頭，你過(guò)來(lái)，你今天的任務(wù)是把 A 區(qū)域（源地址）的500 塊（傳輸量）磚搬運(yùn)到 B 區(qū)域（目的地址），你每次搬 2 塊（傳輸帶寬），同時(shí)要保證他們?cè)?AB 區(qū)域的碼放是相同的（源和目的地址同步增加）?，F(xiàn)在我只要一喊：“開(kāi)始”（軟件觸發(fā)），你就馬上按我說(shuō)的給我搬磚，我會(huì)先去忙點(diǎn)別的事。

這不，總工就可以有喝茶的時(shí)間了嘛！似乎只是這么倒騰磚的意義不大，我們假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)機(jī)器來(lái)負(fù)責(zé)把磚頭從車(chē)上卸下來(lái)，然后我們讓蘑菇頭把機(jī)器卸下來(lái)的磚整整齊齊的碼放在 B 區(qū)域。這個(gè)時(shí)候我們可以告訴蘑菇頭，要從機(jī)器出口那里搬（源地址不增加），這次因?yàn)闄C(jī)器一次只能吐出一塊磚來(lái)，所以你一次只搬一塊（傳輸帶寬），然后按順序碼放到 B 區(qū)域。今天我也不陪你了，機(jī)器出磚的時(shí)候會(huì)鳴笛（硬件觸發(fā)），你聽(tīng)到鳴笛就開(kāi)始搬就可以了。哦，對(duì)了，你搬完 500 塊排滿(mǎn)一層后，就重新開(kāi)始在上面再排一層（循環(huán)模式），我回來(lái)之前你不許停。

二、串口的問(wèn)題

上面我們了解了 DMA 的工作過(guò)程，然后我們就用它來(lái)幫我們解決一下我們的串口問(wèn)題。假設(shè)我們讓蘑菇頭幫我們把串口接收的數(shù)據(jù)先搬運(yùn)到內(nèi)存中的一個(gè)緩沖區(qū)，比如這個(gè)緩沖區(qū)是 64 個(gè)字節(jié)，那么我們就可以在主循環(huán)中區(qū)查詢(xún)這個(gè)緩沖區(qū)而不用每個(gè)字節(jié)都進(jìn)入中斷處理。即便我們的 DMA 沒(méi)有循環(huán)模式，我們也只需要在 DMA 傳輸完成中斷中區(qū)重新給蘑菇頭發(fā)一遍指令，這樣也可以把系統(tǒng)的中斷頻率降低 64 倍。下面代碼是我在 CW32L031 上實(shí)現(xiàn)的DMA 緩沖接收串口數(shù)據(jù)的代碼。DMA 的初始化：

static void dma_init(void){    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure = {0};
    RCC_AHBPeriphClk_Enable( RCC_AHB_PERIPH_DMA , ENABLE);    //Open DMA   Clk    //初始化DMA RX    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_MODE_BLOCK;   //Block 為可被打斷的dma傳輸，bulk為不可被打斷傳輸    DMA_InitStructure.DMA_TransferWidth = DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT; // dma的傳輸帶寬，8bit    DMA_InitStructure.DMA_SrcInc = DMA_SrcAddress_Fix;  //   DMA 源地不變，接受寄存器    DMA_InitStructure.DMA_DstInc = DMA_DstAddress_Increase;  //目的地址增加，緩存    DMA_InitStructure.TrigMode = DMA_HardTrig;               //硬件觸發(fā)模式    DMA_InitStructure.HardTrigSource = USART_RX_SRC;         //UART3作為觸發(fā)源    DMA_InitStructure.DMA_TransferCnt = DMA_BUFFSIZE;    DMA_InitStructure.DMA_SrcAddress = (uint32_t)&USARTX->RDR;    DMA_InitStructure.DMA_DstAddress = (uint32_t)TxRxBuffer;    DMA_Init(USART_RX_DMA, &DMA_InitStructure);    DMA_Cmd(USART_RX_DMA, ENABLE);    DMA_ITConfig(USART_RX_DMA, DMA_IT_TC, ENABLE);  //開(kāi)啟 DMA 的傳輸完成中斷}

DMA 中斷中重置 DMA 參數(shù)：

void DMACH1_IRQHandler(void){    /* USER CODE BEGIN */if(DMA_GetITStatus(DMA_IT_TC1) ==  SET){DMA_ClearITPendingBit(DMA_IT_TC1);USART_RX_DMA->CNT_f.CNT = DMA_BUFFSIZE;USART_RX_DMA->DSTADDR_f.DSTADDR = (uint32_t)TxRxBuffer;USART_RX_DMA->CNT_f.REPEAT = 1;USART_RX_DMA->CSR_f.EN = 1;}

    /* USER CODE END */}

主循環(huán)中進(jìn)行查詢(xún)處理：

void uart_check_recv(void){    s32 DAMCnt = 0;    s32 MaxDataLen = DMA_BUFFSIZE;  
    //判斷是否正在接受    if(rx_fifo.bRecving)        return;
    rx_fifo.bRecving = 1; // 加鎖,防止多線(xiàn)程調(diào)用
    if(USART_RX_DMA->CNT_f.CNT >= DMA_BUFFSIZE) //如果 DMA 接收為空，退出, 初始值為最大，接收遞減    {        rx_fifo.bRecving = 0;        return;    }
    DAMCnt = DMA_BUFFSIZE - (USART_RX_DMA->CNT_f.CNT); // 這是 DMA 接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度    //LOG("dma  recv %d rn",DAMCnt);    while( rx_fifo.rx_ptr != DAMCnt && MaxDataLen > 0) //緩存中還有數(shù)據(jù)就循環(huán)    {        //LOG("(%d)",rx_fifo.rx_ptr);        parse_data(TxRxBuffer[rx_fifo.rx_ptr]);
        rx_fifo.rx_ptr++;        if( rx_fifo.rx_ptr >= DMA_BUFFSIZE ) //指針循環(huán)        {            //LOG("DMA rn");            rx_fifo.rx_ptr = 0;        }        DAMCnt = DMA_BUFFSIZE - (USART_RX_DMA->CNT_f.CNT); //更新一下緩沖區(qū)剩余待處理的字節(jié)數(shù)        MaxDataLen--;    }    rx_fifo.bRecving = 0;   //解鎖}

三、注意事項(xiàng)

在 CW32L031 平臺(tái)上，其 DMA 設(shè)計(jì)的比較簡(jiǎn)單，他沒(méi)有循環(huán)模式，因此我們需要開(kāi)啟 DMA 的傳輸完成中斷，然后在中斷中重新設(shè)定目的地址和傳輸量，這里一定要注意設(shè)置完整，不然程序很容易跑飛，因?yàn)?蘑菇頭的頭腦還是比較簡(jiǎn)單的，如果地址不重新設(shè)定，那么他會(huì)一直往后累加，把磚搬的工地上到處都是，等總工喝完茶回來(lái)就徹底崩潰了。

另外，蘑菇頭搬磚的時(shí)候，走的路也是工地上的路，因此還是有很大概率會(huì)和總工在路線(xiàn)上起沖突的，因此他和總工也并不是完全不相干了，如果蘑菇頭一次性搬磚數(shù)量太多，也會(huì)堵住工地上的道路，從而阻礙到總工去上個(gè)廁所啥的也不一定哦。

你學(xué)廢了嗎？