STM32单片机DMA的FIFO传输应用示例

程序笔记 2024年06月16日11:00 阅读(279)

前言

STM32系列芯片都内置DMA外设，其中很多系列的DMA配备了FIFO。这里以STM32F429芯片及开发板为例，演示一下带FIFO的DMA传输实现过程。
大致情况是这样的，我用TIMER1通道1的比较事件触发DMA，将内存数据写进UART5的数据发送寄存器DR，并将UART5的TX/RX脚物理短接，同时开启UART5的DMA接收模式，即DMA将UART5接收到的数据写到指定的接收内存区。下面重点介绍UART5的DMA方式的接收过程。

基本配置

首先使用STM32CubeMx完成基本配置。
下面是关于TIM1的相关配置，使用通道1的比较事件触发DMA，将内存数据写入UART的发送数据寄存器。为什么还要搞个定时器来触发，其中一个原因是为了后面好演示结果。

下面是关于UART5的基本配置，并开启其接收的DMA传输。此时配置还没有使用FIFO.

添加用户代码

代码基于STM32Cube库而准备，这里发送端发送17个字节数据出来。

/*USER CODE BEGIN PM */
#define Length(17)
uint8_t DataTosent [Length];
uint8_t DataReceived[Length];
/*USER CODE END PM */

//prepare data to be sent
for (uint8_t temp=0;tempLength;temp++)
  DataToSent [temp]=A+temp;
}
/* Enable the DMA stream at the request of CC1 event*/
HAL_DMA_Start_IT(htim1.hdma [TIM_DMA_ID_CC1],(uint32 t)DataTosent,
(uint32 t)huart5.Instance-DR,(uint32 t)Length);
//start UART5 RX by DMA
HAL_UART_Receive_DMA(huart5,DataReceived,Length);
/*Enable the TIM Capture/Compare 1 DMA request */
HAL_TIM_ENABLE_DMA (htim1,TIM_DMA_CC1);
//Start TIM1 with ch1 pwm output
HAL_TIM_PWM_Start(htim1,TIM_CHANNEL_1)；
/*USER CODE END2*/

我们不妨先看看基于上面不使用FIFO的配置，即使用DMA 直接传输时的运行结果。

FIFO的结构

在演示基于FIFO的DMA应用结果之前，不妨简单介绍下FIFO的结构以及DMA传输过程中使用它有什么好处。
对于STM32F4来讲，每个DMA stream都有4个字的FIFO可用。它用来暂存来自DMA源端的数据，每当FIFO里存放的数据达到设定的阈值后，数据就会被移走。阈值可以设置为从1个字到4个字的深度。

启用DMA的FIFO可以最大程度地避免数据传输过程中的溢出问题，可以减少DMA对内存的访问次数从而减少总线访问竞争，通过BURST分组传输优化传输带宽以提升芯片性能。利用FIFO,通过对源端/目标端的数据进行打包或拆包以适应不同数据宽度的访问需求.让DMA的使用更为方便灵活.
这里以UART5的数据接收为例。当启用FIFO时，目的端数据宽度可以从字节/半字/字格式自由设置。首先,当UART5的DMA接收配置成下面这样时,即DMA single模式。

FIFO阈值设置为1/4满，即1个字的深度。运行上面代码，我们可看到来自源端的4个Byte被封装成1个word字。数据会按字方式逐一写入内存。【为看效果，我将定时器的触发放慢后做多次截图】

不过，按照上面方式将4个字节封装成一个字的传输过程中如果发生被打断的情况,此时就会遇到数据损坏的风险。因此就引入了DMA BURST传输，或称DMA节拍传输。即几个数据【4/8/16】被封装成1组，或称1个burst,或称1节。在一节内逐个进行数据传输，每个数据的传输相当于1拍。俨如音乐里的节拍，4拍1节、8拍1节之类的。对于每1节内的数据传输，DMA对总线的占用不会被总线矩阵仲裁器解除或打断，以保证每节数据的可靠完成。
我们还是以上面的应用为例，调整配置并开启BURST模式后具体看看。

我对memory端，也就是这里的目的端启用了BURST节拍传输。因为FIFO深度为1个字，每次源端数据刚好达到FIFO阈值水平时，通过1节4拍即可传输完毕，每拍对应1个byte的传输。基于BUSRT模式配置可以实现跟上面Single模式下同样的效果，而且数据传输更有保障。通过下图可以看出DMA按节进行传输，每节传输4个数据。

调整Burst配置

针对上述应用，我们还可以再次调整burst配置，比如下面的样子：

此时FIFO阈值为2个字，源端Memory的数据访问宽度为半字，Burst大小为4。这样的话，源端数据达到FIFO阈值时，4个半字数据组成1节分四拍传输完成，其中每拍传输半字数据。我们同样看看慢动作后的结果。

顺便提醒下，我们在做基于FIFO的burst模式的DMA传输时，BURST的大小乘以数据大小不得超过设置的FIFO阈值大小，否则会出错。比方以刚才上面的配置来看。

FIFO阈值为2个字，即8字节。数据宽度为半字，即2字节，Burst大小为4。完全合规
本文主要基于带FIFO的DMA传输的实现做了简单而比较直观的演示，顺便对DMA的burst传输做了些简单介绍，更多细节需阅读STM32参考手册相关内容。相信具体的实现示例配合技术手册阅读理解后再运用起来会更加得心应手。
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