ARM中基于DMA的高效UART通訊及其應(yīng)用

1、引言

由于UART串行口的廣泛應(yīng)用，在傳統(tǒng)的8位和16位的處理器以及32位處理器中，一般都帶有UART串行口。傳統(tǒng)的基于UART的數(shù)據(jù)通訊中，采用的方式一般有兩種，查詢式和中斷式。查詢方式下CPU的負(fù)擔(dān)較重，浪費(fèi)了處理器的能力，不能夠很好的處理其他的事件；中斷方式可以在接收到信息或需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。相對(duì)于查詢方式，中斷方式的CPU利用率要高。在CPU任務(wù)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中，使用中斷方式確實(shí)是一種好方法。但是在復(fù)雜的系統(tǒng)中，比如移動(dòng)機(jī)器人，處理器需要處理串行口通信，多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的采集以及處理，實(shí)時(shí)軌跡的生成，運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)以及位置閉環(huán)控制等等任務(wù)，牽扯到多個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)分配問(wèn)題。為了保證數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的可靠性，需要把UART的中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)較高，但是系統(tǒng)可能還有其他的需要更高優(yōu)先級(jí)的中斷，必須保證其定時(shí)的準(zhǔn)確，這樣就有可能造成串行通訊的中斷不能及時(shí)響應(yīng)，從而造成數(shù)據(jù)丟失。為此，筆者在采用S3c44b0x設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人控制器時(shí)，為了保證串行通訊的數(shù)據(jù)及時(shí)可靠的接收，同時(shí)兼顧其它任務(wù)不受影響，采用了基于DMA和中斷方式相結(jié)合的UART串行通信方式。DMA是 Direct Memory Access的縮寫(xiě)，意思是“存儲(chǔ)器直接訪問(wèn)”，它是一種高速的數(shù)據(jù)傳輸操作，允許在外部設(shè)備和存儲(chǔ)器之間直接讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)，即不通過(guò)CPU，也不需要 CPU干預(yù)。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸操作是在一個(gè)稱作DMA控制器的控制下進(jìn)行的。CPU除了在數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始和結(jié)束時(shí)做一點(diǎn)處理外，在傳輸過(guò)程中可以進(jìn)行其他的工作。這樣，在大部分時(shí)間里，CPU和輸入/輸出設(shè)備都處于并行的操作狀態(tài)。其基本原理可以查閱教科書(shū)，此處不贅述。這里僅介紹S3c44c0x的DMA控制器。

2、S3c44b0x中的DMA控制器和UART的特性

S3c44b0x采用ARM7TDMI核，具有4 通道的DMA控制器,并且對(duì)應(yīng)有4個(gè)中斷。其中兩個(gè)DMA通道稱做ZDMA（通用DMA），連接在SSB（系統(tǒng)總線）上，另外兩個(gè)DMA通道稱做 BDMA（橋DMA），連接于SSB和SPB（外設(shè)總線）之間的接口層。連接于SSB上的ZDMA控制器可以用于從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器，從存儲(chǔ)器到固定目標(biāo)的 I/O存儲(chǔ)器，和從I/O 設(shè)備到存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。另外的兩個(gè)BDMA 控制器主要作用是在外部存儲(chǔ)器和內(nèi)部外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)，這里的I內(nèi)部外設(shè)包括SIO，IIS，TIMER和UART等。BDMA與ZDMA可以通過(guò)軟件啟動(dòng),也可以通過(guò)硬件啟動(dòng)。此設(shè)計(jì)中我們使用UART0,與其對(duì)應(yīng)的DMA通道為BDMA0。其控制器框圖如圖1所示。

S3c44b0x的UART單元提供2個(gè)獨(dú)立的異步串行I/O口，每個(gè)口均可以工作于中斷模式或者DMA模式，即 UART可以產(chǎn)生內(nèi)部中斷請(qǐng)求或者DMA請(qǐng)求，在CPU的串行I/O口之間傳送數(shù)據(jù)，支持高達(dá)115.2KBPS的傳輸速率，每個(gè)UART通道包含2個(gè) 16位的分別用于發(fā)送和接收的FIFO通道。

３、硬件電路設(shè)計(jì)

由于S3c44b0x自帶支持UART的DMA控制器，所以關(guān)于DMA硬件部分不需要作任何的工作。S3C44B0X的I/O口電壓為3.3V，而PC機(jī)一端的串口采用RS232電平，所以中間要經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換，在此采用SP3232E芯片。連接電路如圖２所示?！　　　?/p>