HPM6750开发笔记《DMA接收和发送数据UART例程深度解析》

2024-01-07 19:04:42

概述：

DMA（Direct Memory Access）是一种计算机系统中的数据传输技术，它允许数据在不经过中央处理器（CPU）的直接控制下在内存和外设之间传输。UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种串行通信协议，用于在设备之间传输数据。

在DMA接收和发送数据的情况下，DMA可以用于管理UART通信中的数据传输。具体来说：

DMA接收数据：
- 当UART接收到数据时，通常会触发中断来通知CPU。
- 使用DMA时，DMA控制器可以直接从UART接收缓冲区中读取数据，并将其存储到内存中，而无需CPU的干预。
- 这允许在数据到达时实现高效的数据传输，减轻了CPU的负担。
DMA发送数据：
- 当需要通过UART发送数据时，通常需要将数据写入UART的发送缓冲区，并等待发送完成。
- 使用DMA时，DMA控制器可以直接从内存中获取要发送的数据，并将其传输到UART发送缓冲区，而无需CPU的干预。
- 这提高了数据传输的效率，因为CPU可以继续执行其他任务而无需等待数据发送完成。

总的来说，DMA在UART通信中的应用可以提高数据传输的效率，减少对CPU的依赖，使系统能够更有效地处理数据。

端口设置：

波特率115200? ? ? ? 1位停止位? ? ? ? 无奇偶校验

代码分析：

包含了一些头文件，包含了与底层硬件和外设驱动相关的定义和函数声明

义了一些与UART相关的宏，如UART的基地址、时钟名、DMA请求等

声明了两个全局变量 uart_tx_dma_done 和 uart_rx_dma_done，用于表示UART的发送和接收DMA是否完成

#include "board.h"
#include "hpm_clock_drv.h"
#include "hpm_uart_drv.h"
#ifdef CONFIG_HAS_HPMSDK_DMAV2
#include "hpm_dmav2_drv.h"
#else
#include "hpm_dma_drv.h"
#endif
#include "hpm_dmamux_drv.h"
#include "hpm_l1c_drv.h"
#include "hpm_common.h"

#define TEST_UART                   BOARD_APP_UART_BASE
#define TEST_UART_CLK_NAME          BOARD_APP_UART_CLK_NAME
#define TEST_UART_TX_DMA_REQ        BOARD_APP_UART_TX_DMA_REQ
#define TEST_UART_RX_DMA_REQ        BOARD_APP_UART_RX_DMA_REQ

#define TEST_UART_DMA_CONTROLLER    BOARD_APP_HDMA
#define TEST_UART_DMAMUX_CONTROLLER BOARD_APP_DMAMUX
#define TEST_UART_TX_DMA_CHN        (0U)
#define TEST_UART_RX_DMA_CHN        (1U)
#define TEST_UART_TX_DMAMUX_CHN     DMA_SOC_CHN_TO_DMAMUX_CHN(TEST_UART_DMA_CONTROLLER, TEST_UART_TX_DMA_CHN)
#define TEST_UART_RX_DMAMUX_CHN     DMA_SOC_CHN_TO_DMAMUX_CHN(TEST_UART_DMA_CONTROLLER, TEST_UART_RX_DMA_CHN)
#define TEST_UART_DMA_IRQ           BOARD_APP_HDMA_IRQ

#define TEST_BUFFER_SIZE   (16U)
ATTR_PLACE_AT_NONCACHEABLE uint8_t uart_buff[TEST_BUFFER_SIZE];

volatile bool uart_tx_dma_done;
volatile bool uart_rx_dma_done;

hpm_stat_t uart_tx_trigger_dma(DMA_Type *dma_ptr,
                    uint8_t ch_num,
                    UART_Type *uart_ptr,
                    uint32_t src,
                    uint32_t size)
{
    dma_handshake_config_t config;

    dma_default_handshake_config(dma_ptr, &config);
    config.ch_index = ch_num;
    config.dst = (uint32_t)&uart_ptr->THR;
    config.dst_fixed = true;
    config.src = src;
    config.src_fixed = false;
    config.data_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_BYTE;
    config.size_in_byte = size;

    return dma_setup_handshake(dma_ptr, &config, true);
}

参数说明：
- dma_ptr: DMA控制器的指针，指向用于配置和控制DMA的硬件寄存器。
- ch_num: DMA通道号，表示要配置的DMA通道。
- uart_ptr: UART控制器的指针，指向用于配置和控制UART的硬件寄存器。
- src: 数据源的地址，这是UART发送数据的来源。
- size: 要传输的数据大小，以字节为单位。
函数逻辑：
1. 创建一个 dma_handshake_config_t 类型的结构体变量 config，用于配置DMA的握手参数。
2. 调用 dma_default_handshake_config 函数初始化 config 结构体，设置了一些默认的DMA握手参数。
3. 设置 config 结构体的各个成员：
  - ch_index: DMA通道号。
  - dst: 目的地地址，这里是UART的传输保持寄存器（THR - Transmitter Holding Register）的地址。
  - dst_fixed: 目的地地址是否固定，这里设置为 true，表示目的地地址不变。
  - src: 数据源地址，即要发送的数据的地址。
  - src_fixed: 数据源地址是否固定，这里设置为 false，表示数据源地址可能变化。
  - data_width: 数据传输宽度，这里设置为字节宽度。
  - size_in_byte: 要传输的数据大小。
返回值：
- 调用 dma_setup_handshake 函数，根据配置好的参数设置DMA握手，并返回相应的状态。
注意事项：
- 该函数通过设置DMA的握手参数，将UART的发送数据配置到DMA通道中，并返回相应的状态，用于后续判断是否配置成功。

这个函数的作用是通过DMA实现UART的发送数据，配置了DMA握手参数，确保数据正确地传输到UART传输保持寄存器中。

hpm_stat_t uart_rx_trigger_dma(DMA_Type *dma_ptr,
                    uint8_t ch_num,
                    UART_Type *uart_ptr,
                    uint32_t dst,
                    uint32_t size)
{
    dma_handshake_config_t config;

    dma_default_handshake_config(dma_ptr, &config);
    config.ch_index = ch_num;
    config.dst = dst;
    config.dst_fixed = false;
    config.src = (uint32_t)&uart_ptr->RBR;
    config.src_fixed = true;
    config.data_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_BYTE;
    config.size_in_byte = size;

    return dma_setup_handshake(dma_ptr, &config, true);
}

参数说明：
- dma_ptr: DMA控制器的指针，指向用于配置和控制DMA的硬件寄存器。
- ch_num: DMA通道号，表示要配置的DMA通道。
- uart_ptr: UART控制器的指针，指向用于配置和控制UART的硬件寄存器。
- dst: 数据目的地的地址，这是用于存储UART接收数据的缓冲区的地址。
- size: 要传输的数据大小，以字节为单位。
函数逻辑：
1. 创建一个 dma_handshake_config_t 类型的结构体变量 config，用于配置DMA的握手参数。
2. 调用 dma_default_handshake_config 函数初始化 config 结构体，设置了一些默认的DMA握手参数。
3. 设置 config 结构体的各个成员：
  - ch_index: DMA通道号。
  - dst: 目的地地址，即UART接收数据的缓冲区地址。
  - dst_fixed: 目的地地址是否固定，这里设置为 false，表示目的地地址可能变化。
  - src: 数据源地址，这里是UART的接收保持寄存器（RBR - Receiver Buffer Register）的地址。
  - src_fixed: 数据源地址是否固定，这里设置为 true，表示数据源地址不变。
  - data_width: 数据传输宽度，这里设置为字节宽度。
  - size_in_byte: 要传输的数据大小。
返回值：
- 调用 dma_setup_handshake 函数，根据配置好的参数设置DMA握手，并返回相应的状态。
注意事项：
- 该函数通过设置DMA的握手参数，将UART的接收数据配置到DMA通道中，并返回相应的状态，用于后续判断是否配置成功。

这个函数的作用是通过DMA实现UART的接收数据，配置了DMA握手参数，确保UART接收到的数据传输到指定的缓冲区中。

void dma_isr(void)
{
    volatile hpm_stat_t stat_rx_chn, stat_tx_chn;
    stat_rx_chn = dma_check_transfer_status(TEST_UART_DMA_CONTROLLER, TEST_UART_RX_DMA_CHN);
    if (stat_rx_chn & DMA_CHANNEL_STATUS_TC) {
        uart_rx_dma_done = true;
    }
    stat_tx_chn = dma_check_transfer_status(TEST_UART_DMA_CONTROLLER, TEST_UART_TX_DMA_CHN);
    if (stat_tx_chn & DMA_CHANNEL_STATUS_TC) {
        uart_tx_dma_done = true;
    }
}
SDK_DECLARE_EXT_ISR_M(TEST_UART_DMA_IRQ, dma_isr)

函数逻辑：
1. 定义两个局部变量 stat_rx_chn 和 stat_tx_chn，用于保存DMA通道的传输状态。
2. 调用 dma_check_transfer_status 函数检查UART接收和发送的DMA通道的传输状态。
3. 如果接收通道的传输状态中包含 DMA_CHANNEL_STATUS_TC（传输完成），则将 uart_rx_dma_done 置为 true，表示UART接收DMA完成。
4. 如果发送通道的传输状态中包含 DMA_CHANNEL_STATUS_TC，则将 uart_tx_dma_done 置为 true，表示UART发送DMA完成。
注意事项：
- volatile 修饰 stat_rx_chn 和 stat_tx_chn，表示这两个变量可能在中断服务例程之外被修改，确保编译器不会对它们进行优化。
- 中断处理函数通过检查DMA通道的传输状态来确定DMA是否完成，从而设置相应的标志位。
宏 SDK_DECLARE_EXT_ISR_M：
- 该宏用于声明外部中断服务例程。在这里，使用该宏声明了中断服务例程 dma_isr 并关联到 TEST_UART_DMA_IRQ 所指定的中断。

这个中断服务例程的作用是在DMA传输完成时被调用，检查相应的DMA通道状态，并设置标志位以通知主程序相应的DMA传输已完成。

int main(void)
{
    hpm_stat_t stat;
    uart_config_t config = {0};

    board_init();
    printf("UART DMA \n");
    printf("UART will send back received characters, echo every %d bytes\n", TEST_BUFFER_SIZE);

    /* if TEST_UART is same as BOARD_CONSOLE_BASE, it has been initialized in board_init(); */
    board_init_uart(TEST_UART);
    uart_default_config(TEST_UART, &config);
    config.fifo_enable = true;
    config.dma_enable = true;
    config.src_freq_in_hz = clock_get_frequency(TEST_UART_CLK_NAME);
    config.tx_fifo_level = uart_tx_fifo_trg_not_full;
    config.rx_fifo_level = uart_rx_fifo_trg_not_empty;
    stat = uart_init(TEST_UART, &config);
    if (stat != status_success) {
        printf("failed to initialize uart\n");
        while (1) {
        }
    }

    intc_m_enable_irq_with_priority(TEST_UART_DMA_IRQ, 1);
    dmamux_config(TEST_UART_DMAMUX_CONTROLLER, TEST_UART_RX_DMAMUX_CHN, TEST_UART_RX_DMA_REQ, true);
    dmamux_config(TEST_UART_DMAMUX_CONTROLLER, TEST_UART_TX_DMAMUX_CHN, TEST_UART_TX_DMA_REQ, true);

    while (1) {
        /* config rx dma transfer */
        stat = uart_rx_trigger_dma(TEST_UART_DMA_CONTROLLER,
                                    TEST_UART_RX_DMA_CHN,
                                    TEST_UART,
                                    core_local_mem_to_sys_address(BOARD_RUNNING_CORE, (uint32_t)uart_buff),
                                    TEST_BUFFER_SIZE);
        if (stat != status_success) {
            printf("uart rx trigger dma failed\n");
            break;
        }

        while (!uart_rx_dma_done) {
            __asm("nop");
        }
        uart_rx_dma_done = false;

        /* config tx dma transfer */
        stat = uart_tx_trigger_dma(TEST_UART_DMA_CONTROLLER,
                                    TEST_UART_TX_DMA_CHN,
                                    TEST_UART,
                                    core_local_mem_to_sys_address(BOARD_RUNNING_CORE, (uint32_t)uart_buff),
                                    TEST_BUFFER_SIZE);
        if (stat != status_success) {
            printf("uart tx trigger dma failed\n");
            break;
        }

        while (!uart_tx_dma_done) {
            __asm("nop");
        }
        uart_tx_dma_done = false;
    }

    while (1) {
        __asm("nop");
    }

    return 0;
}

代码逻辑：
1. 调用 board_init 初始化板子。
2. 输出一些提示信息，包括 "UART DMA" 和 UART 将返回接收到的字符，每次回显的字节数。
3. 如果 TEST_UART 与 BOARD_CONSOLE_BASE 相同，说明UART已在 board_init 中初始化。
4. 调用 board_init_uart 初始化UART。
5. 初始化UART配置，包括使能FIFO、DMA，设置传输频率等。
6. 调用 uart_init 初始化UART，检查初始化是否成功。
7. 启用DMA中断，并配置UART的DMA传输请求。
8. 进入主循环，循环中：
  - 配置UART接收的DMA传输。
  - 等待UART接收DMA完成。
  - 配置UART发送的DMA传输。
  - 等待UART发送DMA完成。
9. 如果在DMA配置过程中发生错误，输出相应的错误信息，并跳出主循环。
10. 主循环最后有一个空操作，用于保持程序运行。

该主函数的主要任务是配置并执行UART的DMA传输，实现了UART接收到的数据的回显。

以下是上述代码的主要运行流程：

初始化：
- 初始化嵌入式系统板。
- 打印一些信息，包括 "UART DMA" 和一条关于将接收到的字符发送回去的消息。
- 初始化 UART 模块，包括配置 UART 的基本参数和启用 DMA。
设置中断和DMA多路复用：
- 启用 UART DMA 中断并设置中断优先级。
- 配置 DMA 多路复用，将 RX 和 TX DMA 通道与 UART 的相应请求关联。
主循环：
- 进入一个无限循环，该循环执行以下操作：
  - 配置 RX DMA 传输：设置 UART 接收的 DMA 传输，将接收到的数据存储在 uart_buff 缓冲区中。
  - 等待 RX DMA 传输完成：通过轮询等待 uart_rx_dma_done 标志。
  - 在数据前添加 "send" 前缀：将 "send" 字符串复制到 uart_buff 的开头。
  - 配置 TX DMA 传输：设置 UART 发送的 DMA 传输，发送整个 uart_buff 缓冲区的数据。
  - 等待 TX DMA 传输完成：通过轮询等待 uart_tx_dma_done 标志。
结束：
- 由于主循环是一个无限循环，因此在实际应用中可能需要添加适当的终止条件。
- 在实际应用中，可能还需要在主循环中添加对接收到的数据的处理逻辑。

总体而言，该代码通过 DMA 实现了 UART 数据的异步传输。接收到的数据被存储在 uart_buff 缓冲区中，并在发送之前添加了 "send" 前缀。此过程一直在一个无限循环中进行，确保持续接收和发送数据。

运行现象：

当工程正确运行后，通过串口手动输入字符串，如 ‘1234567887654321’，则串口终端会收到如下信息：

UART DMA example
UART will send back received characters, echo every 16 bytes
1234567887654321

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_50932441/article/details/135426332
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