【炉边瞎扯】浅谈eDMA

alexyzhov · 发表于 2017-6-4 21:46:33

（本贴预计3到4楼）
最近期末季没有车调，每天死亡冲锋准备考试，真是累了。今天休息一下，谈谈我对Kinetis单片机DMA的认识，权当抛砖引玉。如果有地方讲的不对，还请大佬们下手轻点（

因为众所周知的原因，Kinetis系列是如今智能车选型的主流，是单片机中的豪杰。网络上流行的开发库无疑极大地减轻了大家准备底层的负担，但是也惯坏了很多人。比较往年的帖子可以发现，论坛里关于底层、关于电路的硬派技术讨论是越来越少了。取而代之，多了不少关于硬件的，“伸手”的问题。其中又以第七届为时间的分界线，之后的帖子和报告质量，有点不太敢恭维。诚然，我不是说库不好，将有限的精力放在算法上其实是很明智的选择。但是过于依赖库，显然不会让自己的水平有太高的进步。因为智能车面临的环境元素实在是太简单了，本身就不需要太复杂的处理；再加上历年参赛队员智力的积累，程序思路上可以提升的空间已经不大了。我个人觉得，大家每年算法上的“创造性工作”，其实更多是在围绕当年的规则打补丁罢。所谓的算法，和真正计算机类、机器人类的比赛相比，实在差太远了。当然，飞卡作为一个参与院校广泛的自动化类比赛，本来在规则上就没有给程序算法预设太高的门槛。作为参与者，备赛时整夜调试的经历，积累的大量工程经验才是最大的收获。智能车点燃了一届又一届大学生的工程师梦想，从这点来说，我是很感激这个舞台的。

山外メ雲ジ_VCAN · 发表于 2017-6-5 00:13:34

从学习，个人发展的角度，非常有必要学寄存器开发（挑经典1、2款单片机学即可），否则新功能，异常bug，没法解决。

从应用开发的角度，从智能车比赛的进度、或者项目开发，我往往选择用库。
时代不同，开发效率至关重要，例如上位机我用QT库，而不是VC，但涉及效率的关键步骤，我会自己重写（单片机开发也是如此，关键部分，也要寄存器独立配置，而不是用库）。

时代的步伐：C语言代替汇编，库开发代替寄存器开发，可视化代替库开发，甚至以后脑电波配合 AI 全自动开发。趋势就是这样发展，所以没什么好抱怨别人的。

举个例子，我毕业的那年，身边有个同学花个 2个月学个java ，随手做个挺简单的app，然后拿到 6k 的offer （当时工资没现在的高的）。而混实验室的老嵌入式人物，熟悉ucos，tip、udp网络编程，但拿到 5k 。实力上，肯定后者远强于前者，工资前者高于后者。适者生存！

根据很多同学反馈，其实参加智能车那一年，他们基本上都是迷迷糊糊地水过去，因为一切都要跟时间竞赛，得赶紧跑起来，完成比赛，来不及欣赏消化途中的知识。
但这就结束了？非也！他们真正的跨越式发展，往往是第二年！因为总结了上一年的经验，回过头，把之前缺的知识逐个补回来。而且，他们早期走得远，看得广，第二年少走了很多弯路。

楼主，也是第二年参赛的，所以才有底气说楼上的话。宽容心对待新手，他们的崛起往往是在第二年。

alexyzhov · 发表于 2017-6-4 21:46:59

本帖最后由 alexyzhov 于 2017-6-4 21:55 编辑

------------------------------------------------------------------------

以上是个人吐槽，下面是正文。

Kinetis的外设风格是非常灵活的，我第一次感受到这种灵活，是因为LPLD的一篇文档：《K60实现ADC四通道自动连续采集无需CPU干预》。看着样例里PDB、ADC、DMA模块的互相配合，感觉简直骚操作。随着后来自己研究底层的深入，发现FSL从硬件设计上就设计的非常灵活，从而给各种外设间的紧密配合留下了可能。

我们知道，DMA是一个数据搬运引擎，一般用于大数据块的搬运，和CPU挂载在同一条数据总线上。当信号触发DMA请求时，DMA引擎抢占数据总线，根据配置好的源地址、目的地址、搬运长度、搬运次数等核心参数开始搬运，如图示：

可以看到，DMA的特点是在不需要CPU的介入的前提下，高速地搬运连续的数据（块）。

Kinetis的DMA

以K66为例，参考手册可以看到Kinetis的DMA功能分为两部分： DMAMultiplexer(DMAMUX)和Enhanced DMA(eDMA)。

Kinetis的DMA有52个触发源和32个搬运通道，其中有16个可以独立编程的通道，并且可以选择映射到一个对应的影子通道上(16*2=32)，并且前4个通道可以利用PIT模块轮流出发。eDMA的每个通道都可以通过DMAMUX，一个交叉矩阵，灵活配置触发源。这个过程和管脚复用类似，都是通过交叉矩阵，将信号链接到需要的地方。这是一个很灵活的地方，可以根据需要灵活分配触发源和DMA通道。

根据图示，可以看到eDMA主要由两部分组成，一部分是DMA Engine，一部分是TCD。DMAEngine和普通的DMA结构类似，具有基本的控制器，地址、数据控制和通道仲裁逻辑。TCD则是一系列寄存器结构（一个TCD包含11个寄存器），每个TCD结构(TCD[n])存储着DMA_CHn的搬运属性（每个通道拥有一个对应的TCD结构）。我们对eDMA的配置，主要是对TCD编程。比如DMA搬运的源地址(TCD[n].SADDR)、目的地址(TCD[n].DADDR)、每次搬运(Minor Loop)的源数据长度(TCD[n].ATTR:SSIZE)、每次搬运(Minor Loop)的目的数据长度(TCD[n]. ATTR

SIZE)、每次搬运(Minor Loop)的源地址偏移量(TCD[n].SOFF)、每次搬运(Minor Loop)的目的地址偏移量(TCD[n].DOFF)、总搬运(Major Loop)循环次数(TCD[n].NBYTES)；以及有关通道映射和Major Loop计数的CITER/BITER寄存器，还有可以用来方便构造环形队列的TCD[n]. ATTR:SMOD/TCD[n].ATTR:DMOD。

值得一提的一点是，通过TCD，eDMA可以实现一种链式结构，进行碎片化数据的搬运。这是Kinetis的一大特色，可以将地址不连续的数据（比如多个不同外设），只经过一次触发就能汇及起来，一定程度上缓解了DMA只能搬运块状数据的瓶颈。

alexyzhov · 发表于 2017-6-4 21:47:10

3L占位

alexyzhov · 发表于 2017-6-4 21:47:18

4L占位

alexyzhov · 发表于 2017-6-5 00:36:42

山外メ雲ジ_VCAN 发表于 2017-6-5 00:13
从学习，个人发展的角度，非常有必要学寄存器开发（挑经典1、2款单片机学即可），否则新功能，异常bug，没 ...

山外哥讲的很有道理，刚参赛的时候我们一整套都用的您的东西，非常靠谱。今年试着撸了一些寄存器，也参考了不少您的配置思路，结合手册一起看很有收获。我不是在吐槽库本身和使用库的必要性，而是现在一些院校和选手过于依赖第三方库和技术支持，很多失去了独立解决bug的能力（从论坛帖子的质量变化可以感受到）。奖状是对自己学习收获的积极反馈，但有时候过度追求一张奖状，忽略了对技术的追求，反而有种违被初衷了的感觉？每个人都是从新手走过来，但我觉得如果盲目依赖别人的轮子，对基础的东西一无所知，恐怕连如何清晰地提问都成问题了