ARM中基于DMA的高效UART通訊及其應用

1、引言

由于UART串行口的廣泛應用，在傳統的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。傳統的基于UART的數據通訊中，采用的方式一般有兩種，查詢式和中斷式。查詢方式下CPU的負擔較重，浪費了處理器的能力，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送數據時產生中斷，在中斷服務程序中完成數據的接收與發送。相對于查詢方式，中斷方式的CPU利用率要高。在CPU任務簡單的系統中，使用中斷方式確實是一種好方法。但是在復雜的系統中，比如移動機器人，處理器需要處理串行口通信，多個傳感器數據的采集以及處理，實時軌跡的生成，運動軌跡插補以及位置閉環控制等等任務，牽扯到多個中斷的優先級分配問題。為了保證數據發送與接收的可靠性，需要把UART的中斷優先級設計較高，但是系統可能還有其他的需要更高優先級的中斷，必須保證其定時的準確，這樣就有可能造成串行通訊的中斷不能及時響應，從而造成數據丟失。為此，筆者在采用S3c44b0x設計移動機器人控制器時，為了保證串行通訊的數據及時可靠的接收，同時兼顧其它任務不受影響，采用了基于DMA和中斷方式相結合的UART串行通信方式。DMA是 Direct Memory Access的縮寫，意思是“存儲器直接訪問”，它是一種高速的數據傳輸操作，允許在外部設備和存儲器之間直接讀/寫數據，即不通過CPU，也不需要 CPU干預。整個數據傳輸操作是在一個稱作DMA控制器的控制下進行的。CPU除了在數據傳輸開始和結束時做一點處理外，在傳輸過程中可以進行其他的工作。這樣，在大部分時間里，CPU和輸入/輸出設備都處于并行的操作狀態。其基本原理可以查閱教科書，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,并且對應有4個中斷。其中兩個DMA通道稱做ZDMA（通用DMA），連接在SSB（系統總線）上，另外兩個DMA通道稱做 BDMA（橋DMA），連接于SSB和SPB（外設總線）之間的接口層。連接于SSB上的ZDMA控制器可以用于從存儲器到存儲器，從存儲器到固定目標的 I/O存儲器，和從I/O 設備到存儲器之間的數據傳輸。另外的兩個BDMA 控制器主要作用是在外部存儲器和內部外設之間傳輸數據，這里的I內部外設包括SIO，IIS，TIMER和UART等。BDMA與ZDMA可以通過軟件啟動,也可以通過硬件啟動。此設計中我們使用UART0,與其對應的DMA通道為BDMA0。其控制器框圖如圖1所示。

S3c44b0x的UART單元提供2個獨立的異步串行I/O口，每個口均可以工作于中斷模式或者DMA模式，即 UART可以產生內部中斷請求或者DMA請求，在CPU的串行I/O口之間傳送數據，支持高達115.2KBPS的傳輸速率，每個UART通道包含2個 16位的分別用于發送和接收的FIFO通道。

３、硬件電路設計

由于S3c44b0x自帶支持UART的DMA控制器，所以關于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機一端的串口采用RS232電平，所以中間要經過電平轉換，在此采用SP3232E芯片。連接電路如圖２所示。