散列DMA設(shè)計的高速串口驅(qū)動技術(shù)
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3.2 驅(qū)動程序設(shè)計
串口驅(qū)動程序的核心是實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效穩(wěn)定的收發(fā)。為了實現(xiàn)UART的高速數(shù)據(jù)傳輸，UART中斷設(shè)置為最高優(yōu)先級；同時在操作系統(tǒng)中允許中斷嵌套，打開UART接收超時中斷RTI并使能UART的DMA傳輸。這樣，當(dāng)UART的發(fā)送FIFO數(shù)據(jù)減少到設(shè)定的參考值(FIFOLevel)時，發(fā)送DMA傳輸就會被觸發(fā)。同樣，當(dāng)接收FIFO的數(shù)據(jù)增長到設(shè)定值時，接收DMA傳輸就會被觸發(fā)。為了減少DMA傳輸被觸發(fā)的次數(shù)同時保證數(shù)據(jù)被及時傳輸，發(fā)送FIFO Level設(shè)定為2字節(jié)，而接收FIFOLevel設(shè)定為14字節(jié)，將發(fā)送和接收的FIFO Level分別設(shè)定為0和16字節(jié)是有很大風(fēng)險的。MPI協(xié)議要求傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)不能有間斷，所以在使用DMA傳輸UART數(shù)據(jù)時DMAC必須獨占系統(tǒng)總線。為了避免產(chǎn)生緩存一致性問題，使用2塊非緩存內(nèi)存區(qū)域存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)和已接收到的數(shù)據(jù)。
發(fā)送數(shù)據(jù)時，待發(fā)送的數(shù)據(jù)量總是已知的。先構(gòu)造一個傳輸節(jié)點，數(shù)據(jù)源地址為數(shù)據(jù)包的首地址，目的地址為UART寄存器，數(shù)據(jù)位寬為8，下一節(jié)點指針(PTR_NEXT)為空。當(dāng)前數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束前，如果PTR_NEXT被更新，則下一個數(shù)據(jù)包的傳輸自動開始。當(dāng)前數(shù)據(jù)包是否發(fā)送完畢，可通過讀取DMAC寄存器DMACCnControl的TransferSize字段得知。整個發(fā)送數(shù)據(jù)的過程無需觸發(fā)任何中斷，流程圖如圖3所示。如果采用DMA塊傳輸方式，就需要在每次傳輸完畢后產(chǎn)生DMA中斷，重新裝載數(shù)據(jù)到內(nèi)存中的發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包。
接收數(shù)據(jù)時，對方發(fā)過來的數(shù)據(jù)量一般是未知的。構(gòu)造含有100個節(jié)點的循環(huán)鏈表結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點對應(yīng)的傳輸塊大小為接收FIFO Level。數(shù)據(jù)源地址為UART數(shù)據(jù)寄存器的地址，首節(jié)點的目的地址為接收數(shù)據(jù)內(nèi)存區(qū)域的首地址，此后節(jié)點的目的地址每次向后偏移(FIFO Level×2)個字節(jié)，數(shù)據(jù)位寬為16(8個數(shù)據(jù)位，4個狀態(tài)位，4個保留位)。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)達到接收內(nèi)存區(qū)域的80％(RECV_TH)時，需要通知數(shù)據(jù)發(fā)送方停止數(shù)據(jù)傳輸，在第80個節(jié)點處設(shè)置DMA中斷，該節(jié)點為閾值節(jié)點。采用本文的設(shè)計方案接收1幀不超過RECV_TH大小的數(shù)據(jù)，最多產(chǎn)生一次RTI中斷。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)量少于FIFOLevel時不會觸發(fā)DMA接收，在RTI中斷中把UART接收FIFO中的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)存中的數(shù)據(jù)接收區(qū)，同時使DMA接收節(jié)點的目的地址向后偏移相應(yīng)的長度并更新閾值節(jié)點的位置。接收數(shù)據(jù)流程如圖4所示。如果采用DMA塊傳輸方式，就必須額外使用一個環(huán)形數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(Ring Buffer)，每次接收到指定大小的數(shù)據(jù)塊后產(chǎn)生DMA中斷，在中斷服務(wù)程序中將接收到的數(shù)據(jù)復(fù)制到環(huán)形數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。
3.3驅(qū)動測試
本文的設(shè)計方案直接應(yīng)用于工業(yè)級的HMI產(chǎn)品，必須經(jīng)過嚴格的測試。利用3臺西門子S7系列PLC和1臺產(chǎn)品樣機搭建令牌網(wǎng)，使用西門子MPI協(xié)議進行測試，并利用數(shù)據(jù)分析工具ProfiTrace監(jiān)測通信過程。測試結(jié)果表明，2 400 bps～12 Mbps的各個波特率下都能進行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信。
4 結(jié) 語
本文詳細介紹了DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c和散列DMA的工作方式。在此基礎(chǔ)上，提出了一套基于散列DMA的高速串口驅(qū)動設(shè)計方案，發(fā)送數(shù)據(jù)完全由DMAC完成，無需觸發(fā)任何中斷，接收1幀不超過接收區(qū)閾值的數(shù)據(jù)最多產(chǎn)生1次RTI中斷。和現(xiàn)有的各種利用DMA塊傳輸進行串口數(shù)據(jù)通信的方案相比，中斷次數(shù)大幅減少，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省Ｔ趹?yīng)用了本方案的人機界面產(chǎn)品上，實現(xiàn)了波特率高達12 Mbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。對于在其他平臺上設(shè)計實現(xiàn)高速串口，本方案是一個很好的參考。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/151822.htm
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