基于散列DMA的高速串口驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

DMA數(shù)據(jù)傳輸可分為塊傳輸和散列傳輸兩種方式。在DMA傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，要求源物理地址和目標(biāo)物理地址必須是連續(xù)的。但是在某些計(jì)算機(jī)體系中(如IA架構(gòu))，連續(xù)的存儲(chǔ)器地址在物理上不一定是連續(xù)的，所以DMA傳輸要分成多次完成。傳輸完一塊物理上連續(xù)的數(shù)據(jù)后引發(fā)一次中斷，然后進(jìn)行下一塊物理上連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，這就是DMA塊傳輸方式(Block DMA)。散列傳輸是在塊傳輸方式上發(fā)展起來(lái)的，它與一個(gè)傳輸鏈表相關(guān)，如圖2所示。該鏈表可以是單向結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)?？刂谱种邪瑪?shù)據(jù)位寬、數(shù)據(jù)塊大小、當(dāng)前塊傳輸結(jié)束是否引發(fā)中斷等控制信息。DMA塊傳輸可看作是只含有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，且下一節(jié)點(diǎn)指針總是指向當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的散列傳輸。采用散列DMA方式能更靈活、高效地傳輸數(shù)據(jù)。

3 在SPEAR300平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)高速串口

3.1 硬件平臺(tái)

SPEAR300是ST公司在ARM926EJ-S核的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的高性能嵌入式處理器。其最高工作頻率為333MHz，有8個(gè)獨(dú)立的DMA通道，支持散列DMA；UART支持DMA傳輸，發(fā)送和接收FIFO大小均為16字節(jié)，在192 MHz的外設(shè)總線(xiàn)(APB)頻率下支持的最高波特率為12 Mbps，如果提高APB的頻率還可以獲得更高的波特率。本文的硬件平臺(tái)是以SPEAR300為核心的人機(jī)界面產(chǎn)品，主要外設(shè)包括觸摸屏、液晶顯示模組、網(wǎng)口和串口(串口要支持最高波特率為12 Mbps的西門(mén)子MPI通信協(xié)議)。

3.2 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

串口驅(qū)動(dòng)程序的核心是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效穩(wěn)定的收發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)UART的高速數(shù)據(jù)傳輸，UART中斷設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí)；同時(shí)在操作系統(tǒng)中允許中斷嵌套，打開(kāi)UART接收超時(shí)中斷RTI并使能UART的DMA傳輸。這樣，當(dāng)UART的發(fā)送FIFO數(shù)據(jù)減少到設(shè)定的參考值(FIFOLevel)時(shí)，發(fā)送DMA傳輸就會(huì)被觸發(fā)。同樣，當(dāng)接收FIFO的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)到設(shè)定值時(shí)，接收DMA傳輸就會(huì)被觸發(fā)。為了減少DMA傳輸被觸發(fā)的次數(shù)同時(shí)保證數(shù)據(jù)被及時(shí)傳輸，發(fā)送FIFO Level設(shè)定為2字節(jié)，而接收FIFOLevel設(shè)定為14字節(jié)，將發(fā)送和接收的FIFO Level分別設(shè)定為0和16字節(jié)是有很大風(fēng)險(xiǎn)的。MPI協(xié)議要求傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)不能有間斷，所以在使用DMA傳輸U(kuò)ART數(shù)據(jù)時(shí)DMAC必須獨(dú)占系統(tǒng)總線(xiàn)。為了避免產(chǎn)生緩存一致性問(wèn)題，使用2塊非緩存內(nèi)存區(qū)域存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)和已接收到的數(shù)據(jù)。

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，待發(fā)送的數(shù)據(jù)量總是已知的。先構(gòu)造一個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)源地址為數(shù)據(jù)包的首地址，目的地址為UART寄存器，數(shù)據(jù)位寬為8，下一節(jié)點(diǎn)指針(PTR_NEXT)為空。當(dāng)前數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束前，如果PTR_NEXT被更新，則下一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸自動(dòng)開(kāi)始。當(dāng)前數(shù)據(jù)包是否發(fā)送完畢，可通過(guò)讀取DMAC寄存器DMACCnControl的TransferSize字段得知。整個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程無(wú)需觸發(fā)任何中斷，流程圖如圖3所示。如果采用DMA塊傳輸方式，就需要在每次傳輸完畢后產(chǎn)生DMA中斷，重新裝載數(shù)據(jù)到內(nèi)存中的發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包。