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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:
* Z1 d: i; d1 k  h# ~+ H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。, Z( B  T, z* x  I# a# y5 Q

9 ^+ f$ R: f: F- l9 s! U& x3 ]( X调研:& Y& y1 i& [! v: U4 a1 _
检查客户的 DMA 配置程序,配置如下:
. h; N! h, }& i4 X" q
  1. DMA_InitStructure.DMA_Channel = USARTx_RX_DMA_CHANNEL;! N1 v5 D- _  c8 I) A% z% t
  2. DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)RcvBuffer;
    2 Y* m! T4 H/ `8 [) z, g+ E
  3. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USARTx_DR_ADDRESS;
    5 R& Q0 T$ E  p$ M+ h
  4. DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    4 W4 @' w- S$ h
  5. DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = BUFFERSIZE;6 @, ?' v  L3 r* f( }* X9 Z
  6. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;: O; c, e' G* M1 L
  7. DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;2 h! o: k0 J) |2 x; f
  8. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;! [1 K& P+ {0 d. C
  9. DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    8 K  l% B, N3 x
  10. DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    : |4 u. `3 X' T3 b; S) D
  11. DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
    $ ?1 ^. s; }4 H' O) W2 {
  12. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;
    * U! V- F5 m7 S, e( m. }$ G9 f2 z
  13. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;1 Z7 _! }! T9 v- c- n3 H
  14. DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;; i5 ?$ J! k7 X$ x3 s& P
  15. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
复制代码
  _8 S' T  l4 |, h
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。% b% {) X2 D$ B' O# x% z. E( o& ^  G

/ R* S$ V" ?+ D) Q" ruint16_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。- o, `  m9 w. m: O4 Y

+ R$ x/ ?( ]9 t) C( h/ Y8 Y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。9 P+ |, B! o# _4 o+ a1 \

. K; R; ~+ {/ p+ t" F仔细观察 DMA 的配置,可以看到这两条配置:! i- t0 p1 U/ E4 c" S3 l. s9 b7 e
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;5 \; n( w! J6 y5 J+ o( X; s
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

( S2 i0 h. x5 r+ P% t它的意思是打开 DMA 的 FIFO 模式,FIFO 的门限大小为 16 个字节。
  C" Z0 X, n; R; F0 y9 g
' \6 G1 w7 O% v- t3 H
, [) S0 q2 E. o6 z( }7 j: P5 u修改上述 DMA 配置,如下:% Z6 z4 Y. b/ e; O0 A  ]& K4 t  o: Q
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;
    * x/ y% w: [' L) E
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

! X# c- a/ y& v% S+ C; c; O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。
, E2 E; ]; U- Y4 o( _3 B) Z* Z( O& r, s1 D; ?, z. x+ T
! z& c2 o9 D7 [3 V  |2 e0 E
结论:0 v9 \0 c- C0 ~) @" B3 o. o
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。
( t, S( u' ]3 k: z) D- {
1 [8 E2 J; V* I6 g' J: ?, p
6 @0 ?! e2 O2 x5 }3 k. I处理:$ l% V* _0 c5 e& t; V" S
不使用 FIFO 模式,直接使用 Direct Mode,问题解决。8 C  ]2 E# [& n4 ?4 C
& F  b7 [& W% N$ N9 C' a

) a7 {, ~1 G* H( q- h: R, }" ]$ d/ b" G建议:
- X4 h1 C0 N; d! q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。* l2 R' B3 Z9 h' {7 U5 g& Q$ f

) e2 M0 c- w- y* v- Z3 v: d( GFIFO 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。
6 d  h8 r) D3 x" Z* x7 ]0 B# ]* H8 X# Y, A" R& U* [% b
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。
- }' s8 [" z  V/ b% l5 d
5 G' B: S' S# K$ u4 C* b7 U* `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:$ f- l. _0 O5 I8 P# e( |. E0 q7 A6 |" j
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。
+ o6 b+ @+ ~. @+ E  {. r" C, E' ?2. 传送完成后,硬件置位 TCIFx(传输完成标志)。/ P/ t' W$ L% x% m3 ^
3. DMA_SxNDTR 中还保持刷新 FIFO 之前的值。1 G! @  c2 D0 g4 y1 O/ h) B/ s
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。
/ f/ r6 r. {, E+ I% eb. 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。
  L8 O# B  `+ A# s' F' [7 u3 A8 ^2 L
8 }! M0 W9 |! t- ]1 J
收藏 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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