SAM4E單片機之旅——20、DMAC之使用Multi-buffer進行內存拷貝

　　這次使用這個DMAC的Multi-buffer傳輸功能，將兩個緩沖區的內容拷貝至一個連續的緩沖區中。

　　一、 DMAC

　　在M4中，DMA控制器(DMAC)比外設DMA控制器(PDC)要復雜，但是功能更加強大。

　　為適應不同的傳輸要求，DMAC 可以進行靈活的自定義配置，甚至配備了一個FIFO緩存。比如可以為源設備和目標設備分別設定傳輸時，地址的變動方式(遞增、遞減或固定);以及一次傳輸的數據量(字節、半字或字)。

　　DMAC有4個通道，每個通道可以進行一個傳輸任務。進行傳輸的設備可分為“內存”及“非內存”：內存表示隨時可以對該設備進行訪問，而非內存表示需要一個信號(握手接口)來觸發或控制對設備的訪問。握手接口可以選擇硬件或軟件的，并且可以在傳輸的過程中動態配置。

　　另外，比起PDC只能設置下一次傳輸的參數(傳輸地址，數據量大小等)，DMAC可以先在內存中保存好若干次傳輸的參數，然后自動進行多次傳輸(Multi-buffer傳輸)。

　　二、 Multi-buffer傳輸的實現機制

　　每個通道有若干個寄存器。其中：源地址和目的地址寄存器(SADDR和DADDR)，描述符地址寄存器(DSCR)，控制器存器(CTRLA和CTRLB)這幾個寄存器可以根據需要進行自動修改。在內存中有一塊區域(LLI)，連續地儲存著這幾個寄存器的目標設置。然后就像一個鏈表一樣，DSCR表示下一個區域的地址：

　　在啟用通道時，如果DSCR為0，則表示只需進行一次傳輸，在傳輸完成后就關閉通道。

　　如果DSCR不為0，則表示進行多次傳輸，而這幾個寄存器的更新過程如下：

　　獲取DSCR指向的LLI的內容。如果DSCR為0，則任務結束。

　　根據當前CTRLB寄存器的內容，判斷是否需要根據該LLI更新SADDR及DADDR。然后根據該LLI更新其余寄存器(CTRLA，CTRLB，DSCR)。

　　根據新的寄存器內容進行傳輸。

　　傳輸完成后，將CTRLA的內容回寫至內存中(傳輸中僅有該寄存器的BTSIZE和DONE字段會發生該變)。

　　根據通道CFG寄存器的Stop On Done(SOD)字段判斷是否需要重新執行以上過程。

　　所以，在啟用通道前，除了要設置好CFG寄存器外，也需要設置好CTRLB。

　　三、 實現思路

　　重申一下目標：將兩個緩沖區的內容拷貝至一個連續的緩沖區中。

　　由于源緩沖區有兩個，所以我們將使用兩個LLI。其中每個LLI的SADDR指向每個源緩沖區的首地址，并且在每次獲取LLI時，更新SADDR。而由于目標緩沖區是連續的，所以不需要更新DADDR。

　　然后在啟用通道前，設置好DADDR。同時，設置CTRLB，該通道不從LLI中更新DADDR地址;設置好DSCR，使其指向第一個LLI。

　　四、 使用LLI

　　定義LLI結構體。

　　LLI的內存布局不復雜，但是使用結構體來進行操作也很有助于簡化工作。而且由于布局簡單，也不用太關注內存對齊的細節。(另外，在使用LLI時，需要它的地址是字對齊的。)

　　typedef struct _lli{

　　uint32_t SADDR;

　　uint32_t DADDR;

　　uint32_t CTRLA;

　　uint32_t CTRLB;

　　uint32_t DSCR;

　　}LLI;

　　LLI的初始化。

　　由于兩個LLI的設置有許多相同的部分，所以將共同的部分抽象出來。

　　// lli: 需要初始化的LLI的地址

　　// saddr: 源地址

　　// btsize: 傳輸次數

　　// next_lli: 下一個LLI的地址。如果是最后一個LLI，該參數為NULL即可

　　void InitLLI(LLI* lli, void* saddr, uint16_t btsize, LLI* next_lli)

　　{

　　lli->SADDR = (uint32_t)saddr;

　　lli->DADDR = 0; // DADDR 不會被使用，初始化為即可

　　lli->DSCR = DMAC_DSCR_DSCR_Msk & (uint32_t)next_lli;

　　lli->CTRLA =

　　DMAC_CTRLA_BTSIZE(btsize) // 傳輸次數

　　| DMAC_CTRLA_SRC_WIDTH_WORD // 源設備一次傳輸一個字

　　| DMAC_CTRLA_DST_WIDTH_WORD // 目標設備一次傳輸一個字

　　;

　　lli->CTRLB =

　　DMAC_CTRLB_SRC_DSCR_FETCH_FROM_MEM // 從LLI中更新SRC地址

　　| DMAC_CTRLB_DST_DSCR_FETCH_DISABLE // 不更新DST地址

　　| DMAC_CTRLB_FC_MEM2MEM_DMA_FC // 設備類型：內存至內存

　　| DMAC_CTRLB_SRC_INCR_INCREMENTING // 傳輸時，源地址遞增

　　| DMAC_CTRLB_DST_INCR_INCREMENTING // 傳輸時，目標地址遞增

　　;

　　}

　　五、 實現過程

　　緩沖區。

　　// 源緩沖區

　　uint32_t src1[2];

　　uint32_t src2[3];

　　// 目標緩沖區

　　uint32_t dst[5];

　　// 向源緩沖區時填充內容

　　src1[0] = 50; src1[1] = 51;

　　src2[0] = 52; src2[1] = 53; src2[2] = 54;

　　設置LLI。

　　注意，要確保LLI的實例在整個程序的運行過程中都是有效的。比如如果LLI是儲存在函數的棧中的話，那么函數退出后，該LLI即無效了。所以可以選擇在堆中分配LLI實例的空間，或是將其定義為全局變量，也可以在main函數中定義實例。

　　LLI first_lli, last_lli;

　　InitLLI(&first_lli, (void*)src1, 2, &last_lli);

　　InitLLI(&last_lli, (void*)src2, 3, 0);

　　啟用DMAC。

　　// PMC

　　PMC->PMC_PCER0 = 1 << ID_DMAC;

　　DMAC->DMAC_GCFG =

　　DMAC_GCFG_ARB_CFG_ROUND_ROBIN; // 輪轉優先級

　　DMAC->DMAC_EN = DMAC_EN_ENABLE;

　　配置通道。

　　// 使用的通道為通道0

　　#define DMAC_CH 0

　　// 使DSCR指向first_lli

　　DMAC->DMAC_CH_NUM[DMAC_CH].DMAC_DSCR =

　　(uint32_t)(void*)(&first_lli);

　　// 設置目標地址

　　DMAC->DMAC_CH_NUM[DMAC_CH].DMAC_DADDR =

　　(uint32_t)(void*) dst;

　　// 設置CTRLB，使通道從LLI中更新源地址

　　DMAC->DMAC_CH_NUM[DMAC_CH].DMAC_CTRLB =

　　DMAC_CTRLB_SRC_DSCR_FETCH_FROM_MEM

　　| DMAC_CTRLB_DST_DSCR_FETCH_DISABLE;

　　// 配置CFG寄存器

　　DMAC->DMAC_CH_NUM[DMAC_CH].DMAC_CFG =

　　DMAC_CFG_SOD_DISABLE

　　| DMAC_CFG_FIFOCFG_ALAP_CFG

　　;

　　啟用通道。

　　DMAC->DMAC_CHER = DMAC_CHER_ENA0 << DMAC_CH;

　　等待通道關閉，即傳輸完成。

　　const uint32_t check_bit = DMAC_CHSR_ENA0 << DMAC_CH;

　　while( (DMAC->DMAC_CHSR & check_bit) != 0);