基于DMA的UART发送的使用

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基于DMA的UARTn发送的使用UART的数据发送可由MCU控制UARTTX的内部FIFO来完成,但是在应用中,当串口数据包量较大时,UART的发送过程会占用MCU很长时间,其中大多数时间是在等待数据的传输完成。有时为了节省这段时间,提高MCU的使用效率,以完成更多的数据处理,将会用到DMA控制器。当UART的使用DMA控制器控制发送过程时,MCU会将发送的控制权交给DMA硬件,从而在数据发送的时间内去处理其它的事务。ARM的Cortex-M3系列芯片LPC176X内部带用8通道的DMA控制器,下面将使用这些DMA通道来实现UART的数据发送过程。一、DMA控制器及链表项DMA控制器允许外设到存储器、存储器到外设、外设到外设和存储器到存储器之间的传输。每个DMA流都可以为单个源和目的提供单向串行DMA传输。而且DMA使用链表来支持分散/聚集。源和目标数据区由一连串的链表来定义,每个链表项控制着一个数据块的传输,将这个数据块传输完毕后,选择并装载另一个链表项来继续DMA操作或停止DMA流。第一个链表项需要被编程到DMA控制器的对应通道。链表项所描述的传输数据包通常需要进行一次或多次DMA突发传输到设定的源或目标。如不需要链表项分散/聚集,那么链表地址寄存器须设置为零。一个链表项由4个字组成,依次为源地址、目标地址、下个链表项地址及控制字。为了方便记录DMA链表内容,设计并定义一个链表内容结构体,名字记作stDMALinkListInfor;定义如下:typedef_DMA_LINK_LIST_INFOR_{unsignedshortLinkList_SrcAddress;unsignedshortLinkList_DstAddress;unsignedshortLinkList_NextListAddress;unsignedshortLinkList_ControlValue;}stDMALinkListInfor,*pstDMALinkListInfor;二、寄存器配置(I)使能外设时钟,将PCONP寄存器中的PCGPDAM位置1。此位在复位时为0,即默认DMA被禁止,所以在应用DMA前须先将其使能。(II)使能UnFCR中的第3位。该位为UART的DMA功能使能位,置1时使能DMA,清0后禁用DMA功能;只有在该位使能后,UART的发送和接收过程才能由DMA控制完成。(III)将寄存器DMAReqSel的第0位清零。因为DMA的UART0TX与定时器0匹配0复用,所以需先选择到UART0TX上。第0位为0时DMA选择UART0TX,为1时DMA选择MAT0.0;其它串口也需做类似选择。三、缓存区建立(I)建立UARTn的接口数据缓存区,记作UARTn_BUF(n),用来存储UART串口数据包。为数据缓存区设置空缓存地址的FIFO队列UARTn_BUF_FREE_TABLE,用来存放未被数据填充占用的空数据缓存分区地址;设置已占用缓存地址的FIFO队列UARTn_BUF_FILL_TABLE,用来存放已经被数据填充占用的数据缓存分区地址。(II)建立N个DMAx的链表内容结构体的缓存区DMAx_LINK_LIST_INFOR_INDEX(i)(i=1,2,3,..N-1),称作DMAx_LINK_LIST_INFOR_CACHE(i)(i=1,2,3,..N-1)。其中DMAx_LINK_LIST_INFOR_CACHE(i)的地址为四字节对齐,必须为最低两位是0的位置。(III)建立DMAx的可用空缓存FIFO队列,称作DMAx_LINK_LIST_FREE_TABLE,用于存储N个链表中的空缓存区地址。当执行出队操作时,返回一个非NULL空缓存区地址,若取回值为NULL则说明没有可用缓存区;而执行入队操作时,会将一个非NULL空缓存区的地址加入FIFO队列中,执行读取队列长度操作时,返回队列中可用空缓存地址的数量。(IV)建立DMAx的链表地址FIFO队列,记作DMAx_LINK_LIST_FILL_TABLE,用来放置占用并填充了链表内容的结构体缓存区地址。当执行出队操作时,返回一个非NULL已占用缓存区地址,若取回值为NULL则说明没有可用的已占用缓存区地址;而执行入队操作时,会将一个非NULL已占用缓存区的地址加入FIFO队列中,执行读取队列长度操作时,返回队列中可用的已占用缓存地址数量。(V)建立UARTnTX的地址保存FIFO队列UART_LINK_LIST_STORE_TABLE,用于保存一次DMA发送的时所用到的DMAx_LINK_LIST_INFOR_CACHE地址。队列容量可与DMAx_LINK_LIST_FILL_TABLE的容量相同,或根据需求设置成更小。四、UARTn的DMA数据发送UARTn的DMA数据发送实现如下:(I)轮询检测是否有数据需要UARTn的发送,如果有则从UARTn_BUF_FREE_TABLE队列中取出一个UARTn_BUF缓存,填充欲发送的数据,然后从DMAx_LINK_LIST_FREE_TABLE队列中取出一个DMAx_LINK_LIST_INFOR_CACHE,将UARTn_BUF的地址赋给DMAx_LINK_LIST_INFOR_CACHE的LinkList_SrcAddress,并设置其LinkList_DstAddress为UnTHR的地址,LinkList_NextListAddress暂为0、LinkList_ControlValue为UARTn_BUF中数据大小、源和目的BURSTSIZE为0、源和目的传输宽度的1字节、源地址自增、目标地址不自增和TerminalCount中断使能。最后将该DMAx_LINK_LIST_INFOR_CACHE值入队到DMAx_LINK_LIST_FILL_TABLE队列中。(II)设置定时器UART_DMA_TX_TIMER,定时值为T秒,即每T秒定时器UART_DMA_TX_TIMER发生一次中断。中断服务为检查DMAx_LINK_LIST_FILL_TABLE的队列长度L,判断是否有可用的链表地址。如果有,则执行出队操作取出一个缓存地址FILL_CACHE_0,将其入队到UART_LINK_LIST_STORE_TABLE中。然后利用其中的源地址、目标地址和ControlValue值,将其分配给DMA通道x的相应寄存器。若L1,则再取出一个地址,入队到UART_LINK_LIST_STORE_TABLE,将其值赋给DMAx的LLI寄存器。如果仍有可用链表地址,则取出,入队到UART_LINK_LIST_STORE_TABLE,将其值赋给上一个链表地址中的LinkList_NextListAddress,然后依次类似操作,直到最一个取出后,将其LinkList_NextListAddress赋为0。若L=1,则将DMAx的LLI寄存器的值置为0。最后设置DMAx的Config寄存器,设置内容有目标外设为UART_TX、传送类型为MEMORYTOPERIPHERAL、不屏避TerminalCount中断、DMAx通道使能,启动DMAx传输。(III)DMAx传输完成产生TerminalCount中断,在其中断服务程序中取出FIFO队列UART_LINK_LIST_STORE_TABLE中保存的地址ADDR,将ADDR中的源地址入队到UARTn空缓存队列,然后将ADDR值填充到DMAx的可用空缓存FIFO队列DMAx_LINK_LIST_FREE_TABLE中。总结在DMA传送进行的过程中,UART_LINK_LIST_STORE_TABLE保存的地址值序列ADDRs中的地址所指空间不能被释放或被其它程序占用,同样的ADDRs中地址的源地址所指的UART缓存空间也不能被释放或被其它程序占用。如果在这个过程中出现了不满足上述要求的情况,则会出现不可预测的错误。

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