DMA 串口傳輸原理解析

之前有個(gè)同事因?yàn)橛?strong>串口查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)，被我說(shuō)了一頓，明明有 DMA 資源，竟然放著不用，對(duì)于魚鷹這種性能強(qiáng)迫癥來(lái)說(shuō)，肯定無(wú)法忍受，所以當(dāng)時(shí)就和他說(shuō)，有時(shí)間你把它改一下。

誰(shuí)知道過了好幾個(gè)月他才有時(shí)間弄這個(gè)，然后還是出了問題，沒法子，只能找我解決了。

現(xiàn)象是這樣的，使用查詢方式，一點(diǎn)問題沒有，從機(jī)可以正常接收數(shù)據(jù)，一旦換成 DMA，從機(jī)就無(wú)法正常解析數(shù)據(jù)了，從機(jī)緩存的數(shù)據(jù)也不正確。

因?yàn)楫?dāng)時(shí)我也一臉懵逼，也不知道他做了什么操作導(dǎo)致的，畢竟他調(diào)用的 DMA 發(fā)送函數(shù)都是魚鷹很久以前寫的，也是久經(jīng)考驗(yàn)的代碼，不可能出現(xiàn)問題才對(duì)。

所以在沒有頭緒的情況下，直接同時(shí)調(diào)試兩顆單片機(jī)了。

對(duì)，你沒有看錯(cuò)，就是使用兩個(gè)調(diào)試器同時(shí)調(diào)試兩個(gè)單片機(jī)。

很簡(jiǎn)單，就在下面的圖中選擇即可，估計(jì)有很多老司機(jī)都不知道這個(gè)吧。（不同工程）

這樣一臺(tái)電腦就可以同時(shí)調(diào)試主機(jī)和從機(jī)了。

當(dāng)時(shí)首先查看了 DMA 外設(shè)和 UART 寄存器情況，發(fā)現(xiàn)并沒有問題（畢竟如果這個(gè)錯(cuò)了，再怎么查應(yīng)用代碼也是沒用的，排查問題要講究先后順序）。

又在線查了一會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果我在 DMA 發(fā)送函數(shù)后打上斷點(diǎn)，從機(jī)是可以正常解析的，這一點(diǎn)又讓我疑惑了，所以為了防止從機(jī)代碼可能有問題，直接讓同事用一個(gè)串口模塊接收數(shù)據(jù)。

串口助手顯示，發(fā)送的字節(jié)數(shù)是正確的，但是只有幀頭幾個(gè)字節(jié)對(duì)的，其它字節(jié)全是錯(cuò)的。

一看到這里，魚鷹大概就知道了，大概率是 DMA 發(fā)送緩沖區(qū)被篡改了，一查函數(shù)調(diào)用，瞬間就明白了是怎么回事，函數(shù)調(diào)用大概如下（細(xì)節(jié)沒有展示）：

void dma_send(DMA_Channel_TypeDef *DMAx, void *buff, uint8_t size){ ?DMAx->CNDTR = size; ?DMAx->CMAR ?= buff;}

void send_data(){ ?uint8_t buff[8]; ?buff[0] = 1; ?buff[1] = 2; ? ? …… ?dma_send(dma1, buff, 8); }

竟然用局部數(shù)組變量作為 DMA 發(fā)送的緩沖區(qū)，魚鷹也是醉了。

那么為什么查詢方式下，這樣的代碼不會(huì)出錯(cuò)，DMA 方式就錯(cuò)了？

要解答這樣的問題，基礎(chǔ)必須扎實(shí)：

1、DMA 傳輸原理

2、局部變量存放位置與特性。

只要知道這兩點(diǎn)，這個(gè)問題就很容易避免。

但事實(shí)上，很多人只會(huì)大概用，根本沒有真正理解。

DMA ?串口傳輸憑什么說(shuō)效率高？是因?yàn)樗尨谒俾蕚鬏敻炝藛?？一個(gè)字節(jié)傳輸本來(lái)要 1 ms，用 DMA 只要 0.5 ms？估計(jì)很多人都是這么理解的吧。

事實(shí)上，DMA 并沒有加快傳輸速率，只不過是把傳輸?shù)娜蝿?wù)轉(zhuǎn)交給專業(yè)的而言《數(shù)據(jù)傳輸還用 CPU？不如交給 DMA 吧！》，而 CPU 就可以專心干剩下的事情。

注意這里的轉(zhuǎn)交一詞，CPU?把必要的傳輸信息（比如傳輸?shù)刂?、大小等）告訴 DMA 后，一般會(huì)啟動(dòng) DMA，之后立刻運(yùn)行后面的代碼，但此時(shí) DMA?緩存地址里面的數(shù)據(jù)并沒全部發(fā)送出去，如果這個(gè)緩存用的是局部變量，離開這個(gè)函數(shù)后，局部變量被回收，并會(huì)繼續(xù)給其他函數(shù)使用，此時(shí)這個(gè)緩存的數(shù)據(jù)就被篡改了，這樣 DMA 發(fā)送出去的數(shù)據(jù)當(dāng)然不正確。

所以，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，DMA 并沒有加快串口本身的傳輸速度，只是解放了 CPU 資源而已。但是 CPU 被解放了， DMA 所使用的?緩存?資源可不能也隨之解放呀，只能等發(fā)送完畢后才能釋放。所以最簡(jiǎn)單的方法是在 緩存?前面加一個(gè) static 。

那么為什么查詢不會(huì)出問題呢？查詢是把所有緩存中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，才會(huì)離開當(dāng)前函數(shù)，這樣局部變量始終存在，也就不會(huì)有問題了，不像 DMA 一樣扔到緩存里面就溜之大吉，局部變量也隨之溜了。

但是，還有一種特殊的局部變量，也能達(dá)到全局的效果。這就是操作系統(tǒng)中的主函數(shù)的局部變量。

void ?task(){??uint32_t buff[32];?//?局部變量，但效果和全局變量差不多。 ?while(1) ?{ ?}}

因?yàn)槿蝿?wù)一般會(huì)被死循環(huán)包含，永不退出（前提條件），所以這里的局部變量也就不會(huì)被釋放掉，所以有些情況下，為了更好的使用資源，會(huì)采用這種方式。

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編輯：黃飛

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