教你玩转[18]_RVSTAR—DMA数据传输篇
本帖最后由 草帽王子 于 2021-6-9 19:30 编辑在之前的内容里，我们使用过UART、SPI、I2C等接口进行过数据传输，在处理通信数据时，几乎都是在主程序或中断服务程序中进行数据的转存，这样耗费了大量的CPU时间。幸运的是，微控制器的设计者也考虑到这个问题，设计出了DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）传输功能，使得数据可以从一个地址空间复制到另一个地址空间，而不经过CPU，从而让CPU专注在其他功能上。本期内容我们以UART的DMA传输为例，简单介绍DMA的应用方法。
[*]系统环境： Windows 10-64bit
[*]软件平台： NucleiStudio IDE 202102版 或 PlatformIO IDE 、CoolTer
[*]硬件需求：RV-STAR开发板 、TTL-USB串口转换
一、DMA（直接内存访问）原理
DMA，全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。传输动作的初始化由CPU完成，而传输动作本身由DMA控制器来实行。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。DMA的方式并没有让处理器工作拖延，反而可以去处理其他的工作。DMA对于高效能嵌入式系统算法和网络传输是很重要的。
在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。一个完整的DMA传输过程必须经过DMA请求、DMA响应、DMA传输、DMA结束4个步骤。
二、GD32VF103的DMA控制器
GD32VF103的DMA控制器有12个通道（DMA0有7个通道，DMA1有5个通道）。每个通道都是专门用来处理一个或多个外设的存储器访问请求的。DMA控制器内部实现了一个仲裁器，用来仲裁多个DMA请求的优先级。
DMA控制器和RISC-V内核共享系统总线，当DMA和CPU访问同样的地址空间时，DMA访问可能会阻挡CPU访问系统总线几个总线周期。总线矩阵中实现了循环仲裁算法来分配DMA与CPU的访问权，它可以确保CPU得到至少一半的系统总线带宽。
主要特征如下：
[*]传输数据长度可编程配置，最大到65536
[*]12个通道，并且每个通道都可配置（DMA0有7个通道，DMA1有5个通道）
[*]AHB和APB外设，片上闪存和SRAM都可以作为访问的源端和目的端
[*]每个通道连接固定的硬件DMA请求
[*]支持软件优先级（低、中、高、极高）和硬件优先级（通道号越低，优先级越高）
[*]存储器和外设的数据传输宽度可配置：字节，半字，字
[*]存储器和外设的数据传输支持固定寻址和增量式寻址
[*]支持循环传输模式
[*]支持外设到存储器，存储器到外设，存储器到存储器的数据传输
[*]每个通道有3种类型的事件标志和独立的中断
[*]支持中断的使能和清除
三、实验部分
原理部分已经介绍过，DMA的工作过程比较简单，开发起来也比较容易，用户只需要结合数据手册，明确微控制器DMA通道和外设间对应关系，明确DMA的源地址、目的地址、数据宽度等信息，在开发时对DMA控制器和外设进行相应的使能和配置即可。
由于RV-STAR的USB串口（UART4）不支持DMA功能，本次的实验使用UART3进行：首先使用串口的DMA发送功能，让数据不经CPU直接从内存（txbuffer）传输到串口的发送端，然后使用串口的DMA接收功能接收10个字节的数据，保存到rxbuffer中，最后在主循环中（使用CPU）将rxbuffer接收到的数据再通过串口发送出去。
#include "nuclei_sdk_hal.h"
uint8_t rxbuffer;
uint8_t txbuffer[] = "\nUART DMA receive and transmit example, please input 10 bytes:\n";
#define ARRAYNUM(arr_name) (uint32_t)(sizeof(arr_name) / sizeof(*(arr_name)))
void uart_init();
void uart_send(int ch);
int main()
{
dma_parameter_struct dma_init_struct;
/* enable DMA1 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA1);
/* initialize UART3 */
uart_init();
/* deinitialize DMA Channel4(UART3_TX) */
dma_deinit(DMA1, DMA_CH4);
dma_init_struct.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;
dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)txbuffer;
dma_init_struct.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;
dma_init_struct.number = ARRAYNUM(txbuffer) - 1;
dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)&USART_DATA(UART3);
dma_init_struct.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT;
dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;
dma_init(DMA1, DMA_CH4, &dma_init_struct);
/* configure DMA mode */
dma_circulation_disable(DMA1, DMA_CH4);
/* enable DMA channel3 */
dma_channel_enable(DMA1, DMA_CH4);
/* USART DMA enable for transmission and reception */
usart_dma_transmit_config(UART3, USART_DENT_ENABLE);
usart_dma_receive_config(UART3, USART_DENR_ENABLE);
/* wait DMA Channel transfer complete */
while (RESET == dma_flag_get(DMA1, DMA_CH4, DMA_FLAG_FTF));
while (1) {
/* deinitialize DMA1 Channel2 (UART3_RX) */
dma_deinit(DMA1, DMA_CH2);
dma_init_struct.direction = DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;
dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)rxbuffer;
dma_init_struct.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;
dma_init_struct.number = 10;
dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)&USART_DATA(UART3);
dma_init_struct.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT;
dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;
dma_init(DMA1, DMA_CH2, &dma_init_struct);
/* configure DMA mode */
dma_circulation_disable(DMA1, DMA_CH2);
/* enable DMA channel4 */
dma_channel_enable(DMA1, DMA_CH2);
/* wait DMA channel transfer complete */
while (RESET == dma_flag_get(DMA1, DMA_CH2, DMA_FLAG_FTF));
for (int i = 0; i < 10; i++) {
uart_send(rxbuffer);
}
uart_send('\n');
}
}
代码结构比较清晰，读者们可以自行阅读消化（包含uart_init()和uart_send()实现的完整代码工程，请参考文末附带链接）。
代码编写完成后，需要编译并上传到开发板，然后需要使用一个类似下图所示的TTL-USB串口转换器，将RV-STAR的UART3串口通过它连接到电脑上，其中：UART3_TX（PC10）连接到转换器的RX引脚上，UART3_RX（PC11）连接到转换器的TX引脚上，然后连接两个开发板的GND地线即可。
连接完成后，发现设备管理器上除了RV-STAR的默认串口（UART4）外，增加了一个端口，然后使用CoolTerm串口工具连接这个串口，按下RV-STAR上的复位键，发现终端中打印出了从txbuffer经DMA传输到UART发送端的数据。
然后使用CoolTerm的发送字符串功能，一次性发送10个字节的数据，发现终端上返回了刚刚发送的10字节数据，说明数据从串口输入经DMA存入到内存（rxbuffer）又被正常发送到了串口，实验完成。
本次实验源码：https://github.com/Nuclei-Softwa ... ar/dma/dma_ram_uart
完
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