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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:+ C* u) ~% b( n' @4 Z2 n/ w# C3 x
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。7 d, F6 ^/ H/ f0 u2 K( a
( ^" b0 f% K! M1 f0 o0 V
调研:
1 r* ?% k- k: z, y检查客户的 DMA 配置程序,配置如下:
5 i/ P& w3 L2 ^  G
  1. DMA_InitStructure.DMA_Channel = USARTx_RX_DMA_CHANNEL;* H9 l8 f$ p7 p
  2. DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)RcvBuffer;
    . g2 R( L2 T7 ?6 p5 n* S
  3. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USARTx_DR_ADDRESS;
    1 ^. R6 E" V2 D# Q, A9 @, v
  4. DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    4 W' }* `0 s" |1 B
  5. DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = BUFFERSIZE;
    2 ~. d8 s$ Z' K0 X  b5 [
  6. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    ; `, V* P# J4 a1 r9 @& Q2 M
  7. DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  G% P; z% P: c; a" S, t
  8. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;2 L4 g8 O- Q  y4 F# Z1 r
  9. DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;3 w3 `9 I" f3 ]2 H# {8 B9 `" V8 x
  10. DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    . P' Q3 z+ ^- P
  11. DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
    / I7 U& N  r: C' q
  12. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;
    ' \% I# T) {0 }4 g2 t
  13. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
    5 ?! D1 w- W1 r, P/ G) l
  14. DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;5 {" }" I' h, u* b3 }6 z7 V) D
  15. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
复制代码
% s& P. W6 K( x/ F/ R9 |
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。
$ w6 u! J2 ?9 l8 k: `( q# i- S7 f
+ t' j( t9 K8 D6 L& `6 N. Yuint16_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。
" I  v- }) b) L) [" a; J0 y  m' ~3 J. v8 {/ X5 Z- U. E2 b
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。
& p& @. S  P2 \% h0 }6 W" b! m$ t' d1 y5 C4 b
仔细观察 DMA 的配置,可以看到这两条配置:' F. A, i+ W) b5 P% N* s& r) R
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;# f3 a/ [# N( N$ z+ P4 r+ _, t$ M! a
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

* j) B' L8 h6 ]( ~  d它的意思是打开 DMA 的 FIFO 模式,FIFO 的门限大小为 16 个字节。
0 e* C, _# p! c+ S* a8 z! ]- {. P1 m
7 G6 x9 m9 n4 k
修改上述 DMA 配置,如下:! l# |& |. P7 }1 s3 ^& z
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;1 E# A3 d/ e$ N  Q1 n5 O
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

8 l; ^$ k! e" \' X" h' f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。
" |' W' h8 N  n1 q5 Z4 \- G) @7 P) k5 Q' g

9 Q" k8 A3 C% S( p) l! {' C结论:
6 _& r- B# O/ g' E! u, l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。
9 N# ]; [4 T, r, C5 \
: _, t; X! X, P2 c  c' ?* x/ S( {/ ^( R5 a$ B- `1 x8 n( I; z
处理:, }- n: c3 _- q1 i* M
不使用 FIFO 模式,直接使用 Direct Mode,问题解决。
8 R  x6 `5 v* @1 V1 e* _9 w1 \8 u- D
& K# U. V% s0 e" d/ [
建议:
3 Y' Z/ s1 z* u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。
: t9 d* ?$ j# @7 a
  |/ W( M5 \) t  Z0 ]/ H% a1 z+ w! YFIFO 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。. b) J1 N% z% ~; b
* T$ Z8 p7 ^& J* ]
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。
! q/ C+ a* j% s; a+ A# R& W2 |. N3 ?' {$ p- D/ ^
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:
2 R, p$ ^% [- {+ d0 }" F& q1. 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。
" J- ~8 `1 J6 r3 G7 }( m( @+ a2. 传送完成后,硬件置位 TCIFx(传输完成标志)。' q7 ^" [$ ^5 R$ o
3. DMA_SxNDTR 中还保持刷新 FIFO 之前的值。
5 V6 z2 ~9 C( n3 t: O1 ba. 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。
6 H! J' ?& k, a( g0 |8 y/ Y4 {b. 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。6 e& h/ o9 T$ U. ~3 y

9 ^/ x: M9 D) h, E; A+ w* M  Y, [0 f" U/ L9 V
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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