基于DMA和中斷相結(jié)合的通訊軟件設(shè)計 - ARM中基于DMA的高效UART通訊及其應(yīng)用

　　在以S3C44B0X為核心組成的移動機器人中，采用3路PWM定時器驅(qū)動3個直流電機，通用的GPIO口和A/D口連接外部的紅外和超聲以及激光傳感器，使用UART0完成與上位機(PC)的數(shù)據(jù)交換，這些數(shù)據(jù)是單向的(從上位機發(fā)送給S3c44b0x)，主要是上位機傳給機器人控制器的各種命令信息，但是命令信息的發(fā)送時間上是不具有規(guī)律性的，即間隔時間不定。為了充分的利用CPU，減少數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險，我們利用UART的DMA模式來完成數(shù)據(jù)的接收。軟件部分主要是針對具體的應(yīng)用，對DMA控制器以及UART作適當(dāng)?shù)某跏蓟?。UART的初始化比較簡單，主要是通訊數(shù)據(jù)格式、波特率等的設(shè)置，這些與其他控制器相同，只要設(shè)置相關(guān)的寄存器即可。注意UART設(shè)置成不使用自動流控制，不使用紅外線傳輸模式，關(guān)鍵要注意UART0設(shè)置成DMA模式而不是中斷模式，并且要使能FIFO緩沖區(qū)(根據(jù)需要，使用16字節(jié)的接收緩沖區(qū))，這樣在接收緩沖區(qū)滿時，會產(chǎn)生DMA請求而不是中斷請求。限于篇幅，具體的寄存器定義以及串行口的初始化不做詳悉介紹，可以參考文獻[1][2]。

　　DMA控制器的初始化也比較簡單，主要是相關(guān)寄存器的設(shè)置。與BDMA0相關(guān)的在本系統(tǒng)中用到的寄存器以及相關(guān)定義見表1，具體寄存器的名稱定義以及物理地址見參考文獻[1][2]。

　　表1 S3c44b0x的BDMA相關(guān)寄存器的定義

　　在初始化時要正確設(shè)置目標(biāo)(緩沖區(qū)的)首地址、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?、源寄存器的首地址、地址指針是否遞增以及遞增方向、DMA計數(shù)器等等。相關(guān)代碼以及注釋如下：

　　#define RAM_ADDRESS 0xc200000 //定義接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，根據(jù)硬件而定。在我們的系統(tǒng)中擴展的SDRAM 存儲空間從0x0C00000~0x0C7fffff，占用S3c44b0x的bank 6。

　　#define size 16 //定義DMA的計數(shù)器，根據(jù)需要設(shè)定，可以選擇的選項是4、8、2和16

　　char *Buf;

　　Buf=(unsigned char*) RAM_ADDRESS; //指針指向起始地址

　　BDISRC0=(11<<28)+(int)(rURxH0); /*以字節(jié)為單位傳送;因為DMA操作時是將UART的寄存器中的數(shù)據(jù)讀出放置到設(shè)定的緩沖區(qū)，所以源寄存器的地址應(yīng)該是固定到;UART的接收保存寄存器rURxH0，同時位[29:28]應(yīng)該設(shè)置成 0b11。*/

　　BDIDES0=(10<<30)+(01<<28)+ Buf); /*傳輸方向模式設(shè)定為從內(nèi)部設(shè)備(UART口)到外部存儲器(SDRAM)，目標(biāo)存儲器(SDRAM)使用地址遞增的方向，將數(shù)據(jù)順次放置到緩沖區(qū)中*/

　　BDICNT0=(10<<30)+(1<<26)+(3<<22)+(1<<21)+(0& lt;<20)+size;/*設(shè)置UART0使用BDMA0通道，在DMA計數(shù)到0時自動重載和自動啟動，計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷，每次DMA操作移動 16字節(jié)數(shù)據(jù)到設(shè)定地緩沖區(qū)*/

　　BDICNT0 |= (1<<20);//使能DMA

　　BDCON0 = 0x0<<2;//允許外部DMA請求

　　數(shù)據(jù)接收：這一部分工作由初始化好后的DMA控制器依靠硬件來完成。接收數(shù)據(jù)不定時，初始化UART0的接收緩沖區(qū)為16字節(jié)，當(dāng)接收緩沖區(qū)滿時，會產(chǎn)生DMA請求，然后在DMA控制器的控制下，將UART的接收FIFO中的16字節(jié)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到指定的緩沖區(qū)中(SRAM),當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移完畢(DMA 計數(shù)到0)后，要做兩件事情：一是自動重載和自動啟動，即自動重新設(shè)置好目標(biāo)(緩沖區(qū))首地址和源地址(UART接收寄存器)以及DMA計數(shù)器，準(zhǔn)備好下次DMA請求;另外產(chǎn)生DMA中斷。DMA中斷服務(wù)程序要做的工作很簡單，只要對全局標(biāo)志RECEIVE_FLAG置位，通知主程序有新的命令需要處理。這樣主程序可以直接處理RAM中的數(shù)據(jù)，而不需要花費時間去讀取UART的接收緩沖區(qū)。

　　數(shù)據(jù)處理：當(dāng)主程序通過查詢?nèi)謽?biāo)志RECEIVE_FLAG，如果為1，則知道有新的命令，可以直接讀取命令緩沖區(qū)，同時對RECEIVE_FLAG清零。然后按照一定的算法對接收的數(shù)據(jù)做出解析，這部分內(nèi)容不做重點討論。

　　5、試驗及結(jié)論

　　為了驗證基于DMA的通訊的有效性，筆者做了對比試驗。把負(fù)責(zé)軌跡插補的定時中斷優(yōu)先級設(shè)計成最高(中斷時間間隔50毫秒，中斷服務(wù)程序執(zhí)行時間約需要30毫秒)，然后一個機器人采用中斷方式接收上位機連續(xù)發(fā)送的100組命令，另一個采用基于DMA的方式接收上位機連續(xù)發(fā)送的100組命令。然后在機器人主程序中通過讀取UART的狀態(tài)寄存器判斷出現(xiàn)錯誤(主要是數(shù)據(jù)溢出錯誤，即緩沖區(qū)有接收數(shù)據(jù)而沒有及時讀取，被新的數(shù)據(jù)覆蓋)的次數(shù)。軟件采用C語言，用ADS1.2編譯調(diào)試。試驗結(jié)果如表2。實驗證明了第二種方式的有效性。

　　表2：對比試驗結(jié)果

　　本文作者的創(chuàng)新點在于：在UART通訊中，通過采取DMA方式，直接將UART接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到設(shè)定好的RAM區(qū)，然后設(shè)置相應(yīng)的全局標(biāo)志，通知主程序數(shù)據(jù)可用就可以了。開發(fā)人員不需要到UART的緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，直接讀RAM就可以了。與采用中斷方式或者查詢方式的串行口通訊方式相比較，不僅僅可以節(jié)省CPU通訊時用于接收數(shù)據(jù)的時間，同時可以防止UART接收的數(shù)據(jù)由于沒有及時被讀取而丟失，提高了通訊的可靠性。