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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:
8 U# }) p- [* H" o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。
) v1 d; y5 L: g0 o" F8 A
4 Z, O* M5 B1 j调研:* b. P  n, d! R* X
检查客户的 DMA 配置程序,配置如下:# u, T, @! c. [: ]- l/ B# C
  1. DMA_InitStructure.DMA_Channel = USARTx_RX_DMA_CHANNEL;+ ~: B$ y+ d3 b; k2 `
  2. DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)RcvBuffer;# x& ~: b* E, P# X$ e
  3. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USARTx_DR_ADDRESS;
    # O. _6 A! }. Y
  4. DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    ) l/ M7 d! q" t
  5. DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = BUFFERSIZE;, O* `7 s4 j. v9 j! p3 A. ?7 E
  6. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    5 j; p0 W* d$ l
  7. DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;0 }. c+ M/ p4 w7 q+ j( S6 H) D! I
  8. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    $ }2 M9 j0 k( e# ^
  9. DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;* m( ~/ k. K( Z" D- h0 D: ~% C& p4 w
  10. DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    8 s6 a$ W7 Z2 {0 j; }
  11. DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
    1 U9 y% @! j$ ~) b
  12. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;: p- |# O* ]( C+ c; `- L' e
  13. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
    " e; S: {0 A8 [6 h! K6 L
  14. DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;- K/ U$ h8 v/ L5 H) I
  15. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
复制代码

" L+ ~4 X3 w; i5 l$ v* S, l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。' s, I, x0 F2 v4 N0 f* {: }/ }
9 N+ u9 p+ P4 a4 k" v
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。$ B7 M' D8 h: R, B
0 {: e+ t, f7 _4 c3 H% Q- I( \8 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。
* E8 r2 [( z6 d  N% g9 [+ Z0 G% d4 v: T
仔细观察 DMA 的配置,可以看到这两条配置:
( g2 c# u  D7 @& q
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;
    9 y# E3 {2 G: A# Q0 T
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

% m  V  K. H3 Q3 o0 @它的意思是打开 DMA 的 FIFO 模式,FIFO 的门限大小为 16 个字节。7 @1 \: [0 i4 [& {* R9 B

! F7 E6 ?; c5 `6 h' N/ A' u4 m5 L4 m5 m$ h: N! j
修改上述 DMA 配置,如下:  I2 Q6 M3 m  ?3 T
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;8 h5 n" Z( ]* J/ ^4 R0 R+ E
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

9 S; `- c" H6 f. Q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。% t) `/ K. Z1 t. p8 N, h5 v1 ]+ T* b" s

, n* [. \8 D8 @& y9 |$ Q/ H
1 {: F- U: D& f5 z结论:
/ R- p7 x# q( o3 S8 z/ y* C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。
2 J$ |% i6 ]/ E% ^; }, c* Z& X! m9 x/ n! _

" Y9 [+ F! V9 `) h) {- o处理:
: h7 T& n7 S5 t7 c不使用 FIFO 模式,直接使用 Direct Mode,问题解决。
9 B5 u6 ]( r$ m3 l! x  w* \8 h% j2 N8 P
! p+ u; u2 l( g* h. k; g' C6 \2 m& Z
建议:  \+ Z' e, \5 Y3 x1 o: K7 l
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。
0 w  l+ k, k# Y& o$ {$ x
$ e4 A6 z" b. W" Z/ K& G4 q4 C' hFIFO 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。
" @( }. ?) s0 n% h
# ^) T  g- R# O) [; s$ 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。
3 d6 D9 e" n" R# J7 d: H* r2 l% W  }$ T1 j' ]% I# E
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:
( p( G4 ]% s# E1. 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。
  O5 t6 ?5 D  N0 `2. 传送完成后,硬件置位 TCIFx(传输完成标志)。
' s" }' k3 D" a) x/ |3. DMA_SxNDTR 中还保持刷新 FIFO 之前的值。& L7 [* Q! _  q& r% @4 j
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。1 ?( A, k/ d9 t% u9 q
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。" H( D- `1 Y. z7 R& i- w
$ ~5 r; R7 \4 I  v7 L, o. U
, E3 Q4 U2 l1 w/ u, n$ |( K
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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