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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:
  o/ B$ w( F4 j5 g4 Y. c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。
2 o- ^' U, n# h4 C1 s4 t2 F7 G: y( k( h% W8 C! K2 k( Z
调研:, T' i4 v4 Z+ y6 i( m" Z# x
检查客户的 DMA 配置程序,配置如下:
  j, s( X" a% _$ T, z2 |7 h0 W
  1. DMA_InitStructure.DMA_Channel = USARTx_RX_DMA_CHANNEL;. R2 r1 \7 M2 d( }
  2. DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)RcvBuffer;/ h( `! ~7 @2 f/ H/ k" v9 V- b
  3. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USARTx_DR_ADDRESS;5 C* I9 h  t0 w# ]! L
  4. DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    4 i( ~& d  W/ n$ b5 Z5 z6 N
  5. DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = BUFFERSIZE;
    5 y& A4 O' a) W5 X
  6. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;& O! }4 Q; Z8 [
  7. DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    2 S6 {+ N/ P: \. @1 q4 R
  8. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;2 @5 u5 N* H& N5 ?) E
  9. DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    $ r1 M. K% q( h1 y' r
  10. DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    " k* F$ g0 B+ Q. Y
  11. DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
    * P0 M9 {" S! M4 R+ U
  12. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;
    ; F3 y! ~7 J$ c: I# M5 K7 K5 A
  13. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
      H0 o3 L2 h! t  P
  14. DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;0 a  T" [+ ?( T+ V6 _3 M
  15. DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
复制代码

0 I' z- B( r: u3 L7 g4 j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。
0 X. w  |) j$ ]* a+ ~" E
% E; t0 v; c8 I# \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。. |( I8 p- i  |0 D, I' [1 N

( N1 X* t5 [# R: X; V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。( z2 X( p0 h( K1 u# R
3 W  W) ^2 |$ V/ C1 m' D; O& R
仔细观察 DMA 的配置,可以看到这两条配置:
# j' l# \* A- L+ }" X7 B
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;) l. P. s" j2 E% c. {$ e. v: F
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码
8 B# W' N2 N' ^: _- T
它的意思是打开 DMA 的 FIFO 模式,FIFO 的门限大小为 16 个字节。4 {; e# F+ U% ?* v* \. ]! q& ^) c+ F
: _; J1 J/ m5 }4 f- I) J4 X1 M  v

. j' }. U6 o5 B; p1 i) ^6 h修改上述 DMA 配置,如下:+ k! Z1 ~0 z) \0 k
  1. DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;4 x8 `5 R, C) Q# K/ X! a8 y1 a
  2. DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
复制代码

' Z4 M, U& O2 V1 n! p, H2 h* 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。
5 v, ~* W& @8 Z, t* }
) _0 o/ E6 F% I/ e" J/ U5 ^8 J" b7 s+ {  b5 G  _- _
结论:
+ m) N) o  [+ B! l9 x) M( J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。
! {& q- k- N2 c
. Q, S1 d4 s  g7 d' i/ Z" k- J/ W- y+ F6 D+ [$ }0 k6 N" N
处理:2 f/ E, G7 d* S! ^, r
不使用 FIFO 模式,直接使用 Direct Mode,问题解决。, P" M! L  f* r  k( h0 ?
* C% n7 {7 ~5 T; ?. `
5 O2 l# K, a" F/ A. t3 I
建议:6 `7 J5 {' Y- [; E& s; f3 v
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 p( M! J( t- B! [/ S( e
, I* j8 a& R% O. k2 d5 E/ ?9 R4 ^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。2 [2 i( K/ k& m3 X2 D1 D

# m% A0 E4 H  u: ?; l+ Y( L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。* S) W0 h  t7 X1 g* q
) T3 Z1 K: t' ^$ `: E1 n/ L
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:
. l% k+ [6 W7 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。$ }& U) D% i+ {% D; F1 z7 \9 u
2. 传送完成后,硬件置位 TCIFx(传输完成标志)。) a. Q! c* [3 h  R) Y* S  L: Z
3. DMA_SxNDTR 中还保持刷新 FIFO 之前的值。
1 z" R* q! M- B) Aa. 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。% @! Z1 [4 t) J$ r
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。) s4 l% J& v! x5 a9 P

' U' }0 k; D+ B' x
" O/ `5 a8 \. ]
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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