ARM中基于DMA的高效UART通讯及其应用

1、引言

由于UART串行口的广泛应用，在传统的8位和16位的处理器以及32位处理器中，一般都带有UART串行口。传统的基于UART的数据通讯中，采用的方式一般有两种，查询式和中断式。查询方式下CPU的负担较重，浪费了处理器的能力，不能够很好的处理其他的事件；中断方式可以在接收到信息或需要发送数据时产生中断，在中断服务程序中完成数据的接收与发送。相对于查询方式，中断方式的CPU利用率要高。在CPU任务简单的系统中，使用中断方式确实是一种好方法。但是在复杂的系统中，比如移动机器人，处理器需要处理串行口通信，多个传感器数据的采集以及处理，实时轨迹的生成，运动轨迹插补以及位置闭环控制等等任务，牵扯到多个中断的优先级分配问题。为了保证数据发送与接收的可靠性，需要把UART的中断优先级设计较高，但是系统可能还有其他的需要更高优先级的中断，必须保证其定时的准确，这样就有可能造成串行通讯的中断不能及时响应，从而造成数据丢失。为此，笔者在采用S3c44b0x设计移动机器人控制器时，为了保证串行通讯的数据及时可靠的接收，同时兼顾其它任务不受影响，采用了基于DMA和中断方式相结合的UART串行通信方式。DMA是 Direct Memory Access的缩写，意思是“存储器直接访问”，它是一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读/写数据，即不通过CPU，也不需要 CPU干预。整个数据传输操作是在一个称作DMA控制器的控制下进行的。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，CPU和输入/输出设备都处于并行的操作状态。其基本原理可以查阅教科书，此处不赘述。这里仅介绍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,并且对应有4个中断。其中两个DMA通道称做ZDMA（通用DMA），连接在SSB（系统总线）上，另外两个DMA通道称做 BDMA（桥DMA），连接于SSB和SPB（外设总线）之间的接口层。连接于SSB上的ZDMA控制器可以用于从存储器到存储器，从存储器到固定目标的 I/O存储器，和从I/O 设备到存储器之间的数据传输。另外的两个BDMA 控制器主要作用是在外部存储器和内部外设之间传输数据，这里的I内部外设包括SIO，IIS，TIMER和UART等。BDMA与ZDMA可以通过软件启动,也可以通过硬件启动。此设计中我们使用UART0,与其对应的DMA通道为BDMA0。其控制器框图如图1所示。

S3c44b0x的UART单元提供2个独立的异步串行I/O口，每个口均可以工作于中断模式或者DMA模式，即 UART可以产生内部中断请求或者DMA请求，在CPU的串行I/O口之间传送数据，支持高达115.2KBPS的传输速率，每个UART通道包含2个 16位的分别用于发送和接收的FIFO通道。

３、硬件电路设计

由于S3c44b0x自带支持UART的DMA控制器，所以关于DMA硬件部分不需要作任何的工作。S3C44B0X的I/O口电压为3.3V，而PC机一端的串口采用RS232电平，所以中间要经过电平转换，在此采用SP3232E芯片。连接电路如图２所示。