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【经验分享】STM32F2 中 DMA 的 FIFO 模式

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STMCU小助手 发布时间:2022-2-27 16:07
问题:
4 U, i  W% W' u8 a: @% J该问题由某客户提出,发生在 STM32F205VE STM32F205VET6 器件上。据其工程师讲述:使用 STM32F205 的 DMA 对USART 的接收进行处理的时候,发现如下现象:如果发送端发送 10 个字节,程序可以正常接收到数据,通过DMA_GetCurrDataCounter(USARTx_RX_DMA_STREAM)获取的数据长度以及程序中数据接收缓冲区中的数据均是正常的;但是如果发送端只发送 9 个字节,程序就无法正常接收到数据,通过DMA_GetCurrDataCounter(USARTx_RX_DMA_STREAM)获取的数据长度是正确的,但是在程序中数据接收缓冲区却没有数据,全为 0x00。不解,所以提出帮忙分析。% r7 X' O. N2 Q7 G

' T7 i0 O: |: O6 B调研:
- G! u" m2 G9 V/ `; M" @% ^1 R7 M( w检查客户的 DMA 配置程序,配置如下:- }( `$ C% ]9 t5 o9 ?
  1. DMA_InitStructure.DMA_Channel = USARTx_RX_DMA_CHANNEL;
    ( A5 v( x7 O/ q& D9 h/ k! H5 f% d
  2. DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)RcvBuffer;" a1 L1 b/ ?9 |8 b  C4 I9 @
  3. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USARTx_DR_ADDRESS;0 v) U4 j0 R$ `7 p+ V0 g+ S, x
  4. DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    " a: m3 c5 I/ v$ F0 B8 y1 b) v
  5. DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = BUFFERSIZE;
    2 ?' d: p  q& c* y
  6. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;+ C0 Z# R+ W# c, e+ l$ V* R; k
  7. DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    6 R4 X( d" q8 l
  8. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;) a/ @3 U1 w9 Q% x1 Y; d
  9. DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;7 t* j- T* s$ g+ o7 `. p8 y# p6 E
  10. DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    & g( }0 p% f) K# o' O
  11. DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
    ! L/ X$ ]+ K' ]9 H
  12. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;5 `% Q4 r, N' \2 J  e
  13. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;8 ^, `$ [/ |5 o# V- C$ t9 \
  14. DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;" W, K1 q; {0 g6 |% j+ B9 g5 c7 m5 q
  15. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
复制代码
! J( k4 h1 |& [7 O* ], W. `
其中,BUFFERSIZE = 10。客户的目的就是使用 DMA 从 USARTx 的接收数据寄存器中取值,放入RcvBuffer 这个数组中,这个数组共有 10 个字节。
( J2 r3 M( M9 t9 Z! {8 Q4 {5 y3 s6 I3 W  M
uint16_t DMA_GetCurrDataCounter(DMA_Stream_TypeDef* DMAy_Streamx) 函数用来返回当前DMA 数据流剩下的数据单元个数。用户通过使用 BUFFERSIZE 减去 DMA_GetCurrDataCounter 返回的值来判断已经发送的数据单元个数。
9 s5 t' k5 I" |$ s" X
8 ]* M4 z: U# ]# ~, [1 J运行程序,验证一下结果,现象如客户所述:如果发送端发送 10 个字节,程序可以正常接收到数据,通过 DMA_GetCurrDataCounter(USARTx_RX_DMA_STREAM)获取的数据长度以及程序中数据接收缓冲区中的数据均是正常的;但是如果发送端只发送 9 个字节,程序就无法正常接收到数据,通过DMA_GetCurrDataCounter(USARTx_RX_DMA_STREAM)获取的数据长度是正确的,但是在程序中数据接收缓冲区却没有数据,全为 0x00。6 r4 m1 X* d$ d" N2 X' s2 u

& D2 X- V( m, F仔细观察 DMA 的配置,可以看到这两条配置:
( A  Y( {( A/ |7 I. k
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;1 _' @8 J( O' o$ x
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

9 ~- x" y) d8 M4 f$ n$ m+ f5 ~2 s8 l; }4 m它的意思是打开 DMA 的 FIFO 模式,FIFO 的门限大小为 16 个字节。9 T. J* x$ u2 y7 B/ }" {4 F
% A: `& e8 K' S/ r6 q. j
# j- }/ W+ i% h, ^  h
修改上述 DMA 配置,如下:
+ m- L* g3 J. w* j3 A8 k
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;% J, o% `- r, ]+ a: Z" }& p
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码
) Z2 q3 \% n) |% i! h
重新运行程序进行测试,现象正常如下:如果发送端发送 10 个字节,程序可以正常接收到数据,通过DMA_GetCurrDataCounter(USARTx_RX_DMA_STREAM)获取的数据长度以及程序中数据接收缓冲区中的数据均是正常的;如果发送端只发送 9 个字节,程序也可以正常接收到数据,通过DMA_GetCurrDataCounter(USARTx_RX_DMA_STREAM)获取的数据长度是正确的,在程序中数据接收缓冲区的数据也是正确的,前面为接收的 9 个字节的数据,最后一个字节为 0x00。
" L7 C- X2 _$ U8 d
5 z& Y! z, B) D
- J% O: r7 V; n; ]1 V1 X" P! c% _# Z结论:" N+ e0 a' C! l# f
由于客户在使用 DMA 的时候打开了 DMA 的 FIFO 模式,并将 FIFO 的门限设置为 16 个字节。当发送端发送 10 个字节时,由于字节数虽然没有达到门限,但是已经达到 DMA 设置的 Buffer Size,DMA 传输完成,FIFO 中的数据被传输到 RcvBuffer;而当发送端发送 9 个字节时,由于这个数值既没有达到 FIFO的门限,也没有达到 DMA 设置的 Buffer Size,导致 9 个字节的数据仍然停留在 DMA 的 FIFO 中,并没有传输到 RcvBuffer,所以在 RcvBuffer 中就看不到任何接收到的数据。而DMA_GetCurrDataCounter(USARTx_RX_DMA_STREAM)函数返回的是 USARTx 接收数据流剩下的数据单元个数,因为 9 个字节均已经接收到,自然这个数值就为 1,只不过数据还在 FIFO 中,没有送到RcvBuffer 罢了。
& I) L! C9 N0 Z; H
/ d' k" [) Q+ y& M$ y! [- W8 e4 x& B! v* B# m+ m
处理:  V8 A/ ?9 I+ W5 n9 o# A1 E1 W
不使用 FIFO 模式,直接使用 Direct Mode,问题解决。/ k5 ~8 q, o: ^% d* U

" O4 h9 W; u, P; I0 z( b+ v
( c. ^# x! K0 p/ F5 k/ k建议:
5 c( T' m' ~5 T* |5 b# S除了循环模式和双缓冲模式,以及流控,STM32F2 系列的 DMA 与 STM32F1 的 DMA 相比,还新增了 FIFO模式功能。因为 STM32F1 的 DMA 是“Lite”DMA,只支持直接模式,并且未对带宽使用作任何优化。在STM32F2 上,首先实现双 AHB 主接口,更好地利用总线矩阵和并行传输。另外,为 DMA stream 增加各自的 FIFO,以弥补外设没有 FIFO。每个 stream 拥有各自的 4*32 位的 FIFO。
6 i4 {! [5 k! U: s- B& {% z9 q/ V* m/ S: V
FIFO 的大小是 4*4 字节,传输的过程为:源地址→AHB 主端口 x→FIFO→AHB 主端口 y→目的地址。是否使用 FIFO 门限,可以区别 FIFO 模式和 Direct 模式。FIFO 常用于 DMA 控制器和 Memories 之间的缓冲。特别是 Memory-to-Memory,是必须使用 FIFO 模式的。
8 f! R* J4 u5 O! j( K7 X" B# h; v. M* K3 n7 [/ I! a2 E& B8 P
对于 FIFO 模式和 Direct 模式的区别:FIFO 模式——从源地址来的数据先放在 FIFO 中,达到门限后,再根据目的地址的数据宽度送出;Direct 模式——数据放在 FIFO,有 DMA 请求就送走,和门限值无关。默认 DMA 工作在 Direct 模式下,Direct 模式常用于在每次 DMA 请求后都有立即和 Memory 之间单次传输的应用场合。它的缺点是源地址和目的地址的数据宽度必须一致,不能支持突发传输,也不支持 Memory-to-Memory 的传输。而 FIFO 模式中,源地址和目的地址的数据宽度可以不同,分别由 PSIZE和 MSIZE 指定。当宽度不同时,在 FIFO 中将进行数据的 pack/unpack。另外,可支持突发传输。5 x% t) R/ f' N8 |

& ], j3 V& {8 h* ?) m8 E- I使用 FIFO 模式时,会存在剩余“尾巴”数据的问题。什么情况下 FIFO 中会有“尾巴数据”呢?当NDTR 还没有自减到 0 的情况下,不再有数据进入 FIFO;并且现有数据还未达到 FIFO 门限的时候,将会有“尾巴数据”留在 FIFO 中。此次的问题正是这样的情况。那么尾巴数据怎么处理呢?我们可以通过 FIFO 刷新来解决这一问题,步骤如下:4 }7 a5 h& x- h& s9 U: B+ g
1. 通过复位 DMA_SxCR 寄存器中的 EN 位来禁止数据流,可以刷新 FIFO。这个时候,DMA 控制器会将剩余的数据继续传输到目的地址中,即使已经有效禁止了数据流。
: B* I! H! h! J) _% R9 {2. 传送完成后,硬件置位 TCIFx(传输完成标志)。
# r+ c- o' G$ b; V  L8 C4 M3. DMA_SxNDTR 中还保持刷新 FIFO 之前的值。/ m$ `7 S. n# f8 h0 a; \
a. 如果剩余数据少于 MSIZE,DMA 会以 MSIZE 的数量来传送数据。所以,Memory 中会被多写入不需要的数据,因此需要参考 DMA_SxNDTR 来决定哪些才是真正需要的数据。
) I. `, P- l% g/ J# xb. 如果剩余的数据不足一次 Memory Burst 传输的数据量时,可以使用 Single 传输来完成 “尾巴数据”到目的地址的数据传输。
, }( S/ P# L' _" j8 z& l! p' f% K* ?7 }

( S8 o3 @) v% H
收藏 1 评论1 发布时间:2022-2-27 16:07

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1个回答
伊森亨特 回答时间:2023-10-10 13:27:27

什么级别的客户才有你们的支持啊

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