誰在喊“開工”？ (DMA Requests)

注意看圖左側那兩條細細的箭頭：

Software (軟件觸發(fā))：CPU 直接下令：“現(xiàn)在，立刻，把這段數(shù)據(jù)拷走！”

Hardware (硬件觸發(fā))：外設（比如 SPI、UART）發(fā)信號：“老板，我這兒攢夠 1 個字節(jié)了，快搬走吧！”

“對于我們的 SPI Flash 搬運，我們看的是下面的‘Hardware’箭頭。SPI2 會像敲門一樣給 DMA 發(fā)請求。”

階段三：邏輯分類（查閱 8.4 傳輸模式）

邏輯分類——掌握 DMA 的 “搬運套路”

開關 A：DMA_TRIGy.TYPE —— 誰在喊“開工”？

軟件觸發(fā) (TYPE=0)：

話術：這就好比你親自給搬運工打電話：“喂，把這疊文件復印一下?！敝饕糜趦却娴絻却娴臄?shù)據(jù)拷貝。

硬件觸發(fā) (TYPE=1)：

話術：這就好比你在流水線上裝了個感應器。SPI 接收到一個字節(jié)，感應器就響一下，搬運工才動一下。

開關 B：DMA_CSRy.TRANS —— 搬運時的優(yōu)先級（重點?。?/p>

BULK 模式 (大批量傳輸, TRANS=0)：

特點：霸道、一次性干完、不許插隊。

比喻：就像一輛滿載的渣土車沖上高速，誰也不讓，直到把貨卸完。

風險：如果搬運的數(shù)據(jù)量非常大（比如幾千個字節(jié)），DMA 會長時間占用總線，導致 CPU 沒法訪問內存，你的程序看起來就像“假死”了一樣。

BLOCK 模式 (塊傳輸, TRANS=1)：

特點：禮貌、允許插隊、每搬一個就問一下。

比喻：就像一個禮貌的快遞員，每過一個路口（搬完一個數(shù)據(jù)塊）都會停下來看看有沒有救護車（高優(yōu)先級的 CPU 指令或 DMA 通道）要先過。如果有，他先讓路。

優(yōu)點：系統(tǒng)響應速度快，不會讓 CPU 閑著。

在我們的水表網(wǎng)關項目中，我們應該選擇 ‘硬件觸發(fā) BLOCK 傳輸模式’。

為什么？

因為我們需要配合 SPI2 的接收/發(fā)送信號（硬件觸發(fā)）。

因為我們要跑 FreeRTOS。FreeRTOS 要求任務切換非?？欤绻覀冇?BULK 模式一次性搬運幾百個字節(jié)，可能會導致 FreeRTOS 的高優(yōu)先級任務被‘堵在路口’進不來。用 BLOCK 模式，能保證我們的 CPU 隨時能處理突發(fā)的 4G 通信或無線中斷。”

我們的 CW32 只有 8KB RAM，CPU 和 DMA 共享這條窄窄的內存通道。如果 DMA 用 BULK（無間隙） 模式死死占住總線，CPU 就沒法從 RAM 里讀取 FreeRTOS 的任務指令，你的系統(tǒng)就會出現(xiàn)微小的“卡頓”。而圖中的 BLOCK 模式，利用這些微小的間隙，讓 CPU 和 DMA 實現(xiàn)了真正的并行工作。

起跑：SOFTSRC 信號的“發(fā)令槍”

硬件表現(xiàn)：看最上面那根線 DMA_TRIGy.SOFTSRC。當 CPU 在寄存器里把這一位寫為 1 時，電平瞬間拉高。

分析：這就是所謂的“軟件觸發(fā)”。不需要外設（如串口、SPI）給信號，CPU 說“開始”，DMA 立即起跑。

呼吸：傳輸間隙（The Breather）

這是 BLOCK 模式最核心的硬件特征：

硬件表現(xiàn)：觀察“傳輸間隙”和“數(shù)據(jù)傳輸時隙”。你會發(fā)現(xiàn)，DMA 并不是一鼓作氣把所有數(shù)據(jù)搬完的，它每搬運一個數(shù)據(jù)（比如從 SA 搬到 DA），就會停頓一下（傳輸間隙）。

為什么這么設計？“這就好比一個有禮貌的搬運工。他每搬一箱貨，都會在路口停半秒，看看有沒有救護車（CPU 發(fā)出的緊急指令）要過。如果有，他就讓路，等救護車走了再搬下一箱。這就是 BLOCK 模式比 BULK 模式‘講理’的地方?！?/p>

關聯(lián)硬件：這個“停頓”就是手冊里提到的仲裁機制。

算賬：地址與計數(shù)的“自動加減法”

看圖底部的三組波形，這是 DMA 的“核心算法”在硬件上的體現(xiàn)：

計數(shù)器倒計時 (CNT)：每經(jīng)過一個傳輸時隙，CNT 的值就從 3 變成 2，再變成 1。當變?yōu)?0 時，DMA 任務結束，自動停止。

地址自增 (SRCADDR / DSTADDR)：

細節(jié)分析：圖中顯示地址從 SA變成了 SA+2，再變成 SA+4。

教學點：“大家注意這個 +2！這意味著我們現(xiàn)在搬運的數(shù)據(jù)寬度是 16 位（半字）。如果是 8 位（字節(jié)）搬運，這里就是 +1；如果是 32 位（字）搬運，這里就是 +4。DMA 硬件會自動根據(jù)你的設置來計算下一個目的地在哪，完全不用你操心?！?/p>

信號驅動：從“發(fā)令槍”變成“敲門聲”

波形觀察：看第一行 硬件觸發(fā)請求信號。它不再是一個長電平，而是一個個短脈沖。

硬件分析：這些脈沖就是在 表 8-2 里選的那些“頻道”發(fā)出來的。

比喻：“比如你正在用 SPI 讀 Flash。SPI 硬件每收到一個字節(jié)，就會‘敲一下門’（發(fā)一個脈沖信號）。DMA 聽到敲門聲，才動一下，搬一個字節(jié)。這就是所謂的硬件同步?！?/p>

一步一停：受控的傳輸間隙

波形觀察：注意看 傳輸間隙。在硬件觸發(fā)模式下，間隙的時間長短不由 DMA 決定，而是由外設決定。

要點：如果 SPI 跑得慢，兩個脈沖之間的距離就大，間隙就長；如果 SPI 跑得快，間隙就短。

對 FreeRTOS 的意義：由于存在這些間隙，CPU 始終有機會插手總線。即使你在搬運 500 個節(jié)點的大數(shù)據(jù)，系統(tǒng)也不會因為 DMA 占線而導致任務切換卡頓。

經(jīng)典的 外設 -> 內存 地址配置

觀察最下面的 SA（源地址）和 DA（目的地址）波形，這是教科書級的配置案例：

源地址 (SA) 自動自增：

現(xiàn)象：圖中 DMA_SRCADDRy 隨傳輸進程從 SA 累加。

原理：我們要把 RAM 數(shù)組里準備好的數(shù)據(jù)包按順序取出來，所以地址必須自增。

目的地址 (DA) 保持不變：

現(xiàn)象：圖中 DMA_DSTADDRy 始終固定在 DA。

原理：數(shù)據(jù)被搬運到了外設的發(fā)送寄存器（如串口發(fā)送口）。外設寄存器地址是固定的，這就是所謂的“單點取貨口”。

軟件觸發(fā)：通常用于“內存 -> 內存” (M2M)

對應的就是圖 8-2。

場景：把數(shù)組 A 的數(shù)據(jù)拷貝到數(shù)組 B。

邏輯：源頭是內存（自增），目的地也是內存（自增）。

結果：你看到 SA和 DA 都在同步增長（SA+1, DA+1...）。

硬件觸發(fā)：通常用于“內存 -> 外設” (M2P) 或 “外設 ->內存” (P2M)

對應你看到的圖 8-5（發(fā)送場景）。

場景：把 RAM 里的數(shù)據(jù)包通過串口發(fā)出去。

邏輯：源頭是內存（自增），目的地是串口發(fā)送寄存器（固定）。

結果：你看到 SA 在增長，而 DA 像根橫線一樣死死不動。

三、 如果換成“硬件觸發(fā)讀取”，DA 也會加！

想象一下：如果你現(xiàn)在用 DMA 接收串口數(shù)據(jù)（P2M），情況就反過來了：

源地址 (SA)：串口接收寄存器 固定（守株待兔）。

目的地址 (DA)：RAM 接收數(shù)組 自增（按順序排隊）。

結論：在硬件觸發(fā)的接收模式下，DA 是會自增的。所以，地址動不動，完全取決于你搬運的目標是“一個點”還是“一排位置”。

階段四：進階技能（重點看 8.6 DMA 中斷）

大家想象一下，DMA 在后臺幫我們搬運 512 字節(jié)的水表數(shù)據(jù)。CPU 不可能一直盯著它看（輪詢），那樣太累了。 我們希望：DMA 搬完了，或者搬運出錯了，能主動‘敲敲 CPU 的門’（觸發(fā)中斷），告訴我們結果。這就是手冊 8.6 節(jié)講的內容。

標準動作：中斷的“三步走” (對照表 8-4)

很多初學者寫完中斷函數(shù)發(fā)現(xiàn)只進去了一次，程序就死機了。這是因為沒搞清楚表 8-4 里的 “SOP（標準作業(yè)程序）”：

第一步：開門 (使能)

在初始化代碼里，你需要把開關撥到 1：

想讓它搬完就報信？設置 TCIE = 1（Transfer Complete Interrupt Enable）。

想讓它出錯就報警？設置 TEIE = 1（Transfer Error Interrupt Enable）。

第二步：進屋 (中斷服務程序)

當信號觸發(fā)，CPU 會自動跳進 DMA_IRQHandler（中斷函數(shù)）。

第三步：打掃衛(wèi)生 (清除標志位) —— 極其關鍵！

看表 最右邊一列：“設置 DMA_ICR.TCy 為 0”。

“這就好比敲門。DMA 把門敲響了，如果你進屋處理完事情，不把那個門鈴關掉（清標志位），CPU 就會認為門一直在響，從而陷入死循環(huán)，500 節(jié)點程序就卡死在這兒了！”

FreeRTOS 實戰(zhàn)：如何讓 8KB RAM 飛起來？

在網(wǎng)關項目中，不需要在中斷函數(shù)里寫復雜的邏輯。用 “二值信號量 (Binary Semaphore)”。

實戰(zhàn)邏輯：

任務 A (讀水表)：配置好 DMA，開啟中斷，然后調用 xSemaphoreTake(xSem_DMA, portMAX_DELAY)。此時任務 A 進入阻塞（睡眠）狀態(tài)，完全不占 CPU。

DMA 搬運：硬件自動搬運，CPU 在跑別的任務（比如 4G 通訊）。

DMA 中斷：搬完了，進入 DMA_IRQHandler。

釋放信號量：在中斷里清除標志位，執(zhí)行 xSemaphoreGiveFromISR(xSem_DMA)。

喚醒：任務 A 瞬間醒來，處理數(shù)據(jù)。

初始狀態(tài)：xSemaphoreCreateBinary 創(chuàng)建出來的信號量默認就是 0。所以任務執(zhí)行到 xSemaphoreTake 時肯定會卡住，這正是我們想要的——讓它等中斷。

FromISR 的重要性：在中斷里嚴禁使用xSemaphoreGive。必須帶 FromISR，否則會導致系統(tǒng)內核崩潰。

portYIELD_FROM_ISR：這一行非常關鍵。如果沒有它，雖然信號量給了，但系統(tǒng)可能要等到下一個“時鐘滴答（Tick）”才會切換任務。加上它，任務 A 就能“秒醒”。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"
#include "cw32f030_dma.h"
#include "cw32f030_uart.h"
// 1. 定義信號量句柄
SemaphoreHandle_t xSem_DMA_Complete = NULL;
// 模擬數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
uint8_t MeterDataBuffer[64];
// ==========================================
// 任務 A：水表數(shù)據(jù)處理任務
// ==========================================
void Task_WaterMeter(void *pvParameters) {
    // 創(chuàng)建二值信號量（初始為 0，即“沒票”）
    xSem_DMA_Complete = xSemaphoreCreateBinary();
    for(;;) {
        // --- 第一步：配置并啟動 DMA ---
        // 假設這里配置 DMA 從 SPI (PAN3031) 搬運數(shù)據(jù)到 MeterDataBuffer
        // DMA_Cmd(DMA_CH1, ENABLE); 
        // --- 第二步：阻塞等待信號量 ---
        // portMAX_DELAY 表示一直等，直到 DMA 中斷把信號量交出來
        // 此時任務進入“阻塞態(tài)”，CPU 會自動去跑 4G 任務，完全不浪費電力
        if(xSemaphoreTake(xSem_DMA_Complete, portMAX_DELAY) == pdPASS) {

            // --- 第五步：任務喚醒，處理數(shù)據(jù) ---
            // 當代碼運行到這里，說明 DMA 已經(jīng)搬完了！
            printf("DMA 搬運完成，開始解析水表數(shù)據(jù)...n");
            // 處理 MeterDataBuffer...
        }
    }
}
// ==========================================
// DMA 中斷服務函數(shù) (硬件自動觸發(fā))
// ==========================================
void DMA_CH1_IRQHandler(void) {
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    // --- 第三步：檢查并清除標志位 ---
    if (DMA_GetITStatus(DMA_IT_TC1)) {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA_IT_TC1); // 必須手動清零，否則會死循環(huán)
        // --- 第四步：釋放信號量喚醒任務 ---
        // 注意：中斷里必須使用 FromISR 后綴的函數(shù)
        xSemaphoreGiveFromISR(xSem_DMA_Complete, &xHigherPriorityTaskWoken);
        /*當你在中斷里調用 xSemaphoreGiveFromISR 時，
        FreeRTOS 內核會做一件重要的事情：檢查被喚醒的任務（任務 A）的優(yōu)先級。
        它的邏輯非常簡單：“如果標志位是 TRUE，就手動觸發(fā)一次任務調度（Context Switch）?！?
        如果沒有這一行代碼，會發(fā)生什么？
        中斷結束，CPU 返回剛才被中斷的任務繼續(xù)跑。
        任務 A 雖然醒了（處于就緒態(tài)），但必須等到下一個“系統(tǒng)時鐘滴答（Tick）”或者當前任務主動放棄 
        CPU 時，內核才會發(fā)現(xiàn)任務 A 優(yōu)先級更高并進行切換。
        這會帶來 毫秒級 的延遲，對于高速通訊來說可能導致數(shù)據(jù)溢出

        // 如果喚醒的任務優(yōu)先級更高，立即進行一次“任務切換”
        // 這樣任務 A 能在中斷結束的一瞬間就開始干活，沒有延遲*/

        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}
// ==========================================
// 任務 B：4G 通訊任務 (模擬 CPU 忙碌)
// ==========================================
void Task_4G_Comm(void *pvParameters) {
    for(;;) {
        // 這里的邏輯在任務 A 睡覺時依然在運行
        // 比如不停地查詢 4G 模塊狀態(tài)、心跳包等
        printf("4G 任務正在運行，不影響水表讀取...n");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}
int main(void) {
    // 基礎硬件初始化...

    // 創(chuàng)建任務
    xTaskCreate(Task_WaterMeter, "Meter", 256, NULL, 3, NULL); // 優(yōu)先級高
    xTaskCreate(Task_4G_Comm,     "4G",    256, NULL, 2, NULL); // 優(yōu)先級中
    vTaskStartScheduler(); // 啟動調度器
    while(1);
}

二值信號量：最強“同步鬧鐘”

正如 DMA 實戰(zhàn)邏輯里寫的，它最大的作用是“等一個信號”。

適用場合：單路硬件外設完成、單一事件觸發(fā)。

網(wǎng)關項目舉例： 你的 4G 模塊發(fā)送。任務 A 調用 AT+CIPSEND 后就 xSemaphoreTake 睡死。當串口 DMA 真正搬運完最后一個字符并收到 4G 模塊的 SEND OK 后，中斷給出一個信號量。任務 A 瞬間醒來確認結果。

特點：任務只關心“發(fā)沒發(fā)完”，不關心發(fā)了多少次。

計數(shù)型信號量：高效“資源管家”

場景：假設你的網(wǎng)關有 3 個串口（UART1, 2, 3） 都可以用來上報數(shù)據(jù)，但你只想同時開啟 2 個以節(jié)省功耗。

用法：創(chuàng)建一個最大值為 2 的計數(shù)信號量。

任務 1 想發(fā)數(shù)據(jù)：Take 掉一個（剩 1）。

任務 2 想發(fā)數(shù)據(jù)：Take 掉一個（剩 0）。

任務 3 想發(fā)數(shù)據(jù)：發(fā)現(xiàn)沒票了，在門口排隊（阻塞）。

任務 1 發(fā)完：Give 回一張票（剩 1），任務 3 立即拿票進場。

還有一個隱藏選手：互斥量 (Mutex)

互斥量 (Mutex)：帶有“優(yōu)先級繼承”機制。

適用場合：保護共享資源（比如 500 個節(jié)點共用的那個 WaterPulseCount 全局大變量）。

區(qū)別：二值信號量通常由“外設給，任務拿”；互斥量則是“任務 A 拿，任務 A 釋放”。

階段五：實戰(zhàn)落地（查閱 8.7 & 8.8 寄存器列表）

一、 核心配置：決定“從哪搬、搬多少”

這三個寄存器是所有 DMA 傳輸?shù)幕僖粋€都跑不起來。

二、DMA_CSRy (控制及狀態(tài)寄存器) —— 全場最核心

這是 DMA 通道的“大腦”。重點介紹其中的這幾個位：

EN (位 0)：總開關。配完所有參數(shù)，最后再點火。

SIZE (位 7:6)：你是搬 8 位的字節(jié)、還是 32 位的字？（對應你的水表數(shù)據(jù)結構）。

SINC / DSTINC (位 4 / 5)：地址要不要自增？（回憶我們之前分析的：外設不加，內存加）。

TRANS (位 3)：選擇 BLOCK 還是 BULK 模式。

三、DMA_TRIGy (觸發(fā)源控制寄存器) —— 全場最核心

TYPE (位 0)：你是要“軟件點火”還是“硬件敲門”？

HARDSRC (位 7:2)：也就是那張 表 8-2 里的頻道號。比如要用 SPI2 搬運，這里就得填入對應的編碼。

張表非常規(guī)律，從位 0 到位 17，其實就是 5 組相同的信號。每一路通道（Channel）都配有兩個“燈”：

燈 A：TC (Transfer Complete) —— 傳輸完成標志

位地址：位 0, 4, 8, 12, 16（分別對應通道 1, 2, 3, 4, 5）。

含義：這是“綠燈”。當 TC = 1 時，表示這一批次的數(shù)據(jù)（你在 CNT 寄存器里設定的數(shù)量）已經(jīng)全部安全送達目的地。

實戰(zhàn)邏輯：在你的 500 節(jié)點項目中，當讀取 Flash 的 DMA 完成時，你會看到這個位變 1。

燈 B：TE (Transfer Error) —— 傳輸錯誤標志

位地址：位 1, 5, 9, 13, 17（分別對應通道 1, 2, 3, 4, 5）。

含義：這是“紅燈”。正常情況下它應該是 0。如果變成 1，說明出事了！

報錯原因：通常是地址指錯了（越界）或者總線訪問沖突。如果看到這個位亮了，就要去檢查 SRCADDR 和 DSTADDR 有沒有寫對。

大家看，這寄存器就像一排指示燈。如果你用的是通道 2（CH2）來傳串口數(shù)據(jù)，你就盯著第 4 位看。一旦第 4 位變成了 1，就說明你的數(shù)據(jù)已經(jīng)躺在內存里等著你處理了！

注意

DMA_ISR 是“只讀”的。

如果你在中斷服務程序里發(fā)現(xiàn)了 TC1 = 1，處理完業(yè)務后，你必須去 DMA_ICR（清除寄存器） 對應的位寫一個 0。

后果警告：如果你不跑去 DMA_ICR 清除這個標志，DMA_ISR 里的那個 1 就會一直亮著。單片機會認為“怎么還沒處理完？”，然后瘋狂地重復進入中斷，直到你的程序死機

為什么我們要學 DMA_ISR？因為在 FreeRTOS 里，我們不希望 CPU 浪費時間去等。我們讓任務去‘睡覺’（掛起），等 DMA 搬完磚，硬件會自動點亮 DMA_ISR 里的 TC 燈，觸發(fā)中斷。中斷里看一眼這個燈，確定沒問題了，再發(fā)個信號量把任務叫醒。這種‘事畢報信’的機制，才是單片機在 8KB RAM 下還能高效運行的秘密

在中斷服務函數(shù)（ISR）中干的事：

動作：快進快出。

職責 1：清除硬件中斷標志位（滅燈）。

職責 2：釋放信號量或發(fā)送任務通知（報信）。

職責 3：如果喚醒的任務優(yōu)先級更高，觸發(fā)任務切換（上下文切換）。

在任務（Task）中干的事：

動作：等待信號量（睡覺）。

職責 1：拿到信號量后，處理真正耗時的業(yè)務邏輯（如解析數(shù)據(jù)包、存入 Flash、計算校驗和）。

職責 2：處理完后重新配置下一輪的 DMA。

四、DMA_ICR中斷標志清除寄存器 (Interrupt Clear Register)

寄存器全稱：中斷標志清除寄存器 (Interrupt Clear Register)

它的核心作用：當 CPU 處理完 DMA 的中斷任務后，必須通過這個寄存器告訴硬件：“我已經(jīng)知道了，你可以把報告撤下去了?！?/p>

物理聯(lián)系：它和 DMA_ISR 是一一對應的。ISR 負責告狀，ICR 負責撤訴。

權限密碼：為什么是 R1W0？

這張表里有一個非常獨特的權限說明：R1W0。

官方解釋：

R1 (Read 1)：無論當前中斷是否發(fā)生，你用代碼去讀這個寄存器，它吐給你的數(shù)據(jù)全是 1（即 0xFFFFFFFF）。

W0: 清除通道標志；W1: 無功能。

大白話翻譯：這是一個“寫 0 觸發(fā)”的機關。

如果你想清除通道 1 的完成標志（TC1），你得往位 0 寫一個數(shù)字 0。

如果你往這里寫 1，硬件會當沒看見，什么都不會發(fā)生。

提醒：這和很多單片機（如 STM32）“寫 1 清零”的習慣正好相反。

審核編輯 黃宇