SAM4E单片机之旅——20、DMAC之使用Multi-buffer进行内存拷贝

这次使用这个DMAC的Multi-buffer传输功能，将两个缓冲区的内容拷贝至一个连续的缓冲区中。

一、 DMAC

在M4中，DMA控制器（DMAC）比外设DMA控制器（PDC）要复杂，但是功能更加强大。

为适应不同的传输要求，DMAC 可以进行灵活的自定义配置，甚至配备了一个FIFO缓存。比如可以为源设备和目标设备分别设定传输时，地址的变动方式（递增、递减或固定）；以及一次传输的数据量（字节、半字或字）。

DMAC有4个通道，每个通道可以进行一个传输任务。进行传输的设备可分为“内存”及“非内存”：内存表示随时可以对该设备进行访问，而非内存表示需要一个信号（握手接口）来触发或控制对设备的访问。握手接口可以选择硬件或软件的，并且可以在传输的过程中动态配置。

另外，比起PDC只能设置下一次传输的参数（传输地址，数据量大小等），DMAC可以先在内存中保存好若干次传输的参数，然后自动进行多次传输（Multi-buffer传输）。

二、 Multi-buffer传输的实现机制

每个通道有若干个寄存器。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）这几个寄存器可以根据需要进行自动修改。在内存中有一块区域（LLI），连续地储存着这几个寄存器的目标设置。然后就像一个链表一样，DSCR表示下一个区域的地址：

在启用通道时，如果DSCR为0，则表示只需进行一次传输，在传输完成后就关闭通道。

如果DSCR不为0，则表示进行多次传输，而这几个寄存器的更新过程如下：

1. 获取DSCR指向的LLI的内容。如果DSCR为0，则任务结束。

2. 根据当前CTRLB寄存器的内容，判断是否需要根据该LLI更新SADDR及DADDR。然后根据该LLI更新其余寄存器（CTRLA，CTRLB，DSCR）。

3. 根据新的寄存器内容进行传输。

4. 传输完成后，将CTRLA的内容回写至内存中（传输中仅有该寄存器的BTSIZE和DONE字段会发生该变）。

5. 根据通道CFG寄存器的Stop On Done（SOD）字段判断是否需要重新执行以上过程。

所以，在启用通道前，除了要设置好CFG寄存器外，也需要设置好CTRLB。

三、 实现思路

重申一下目标：将两个缓冲区的内容拷贝至一个连续的缓冲区中。

由于源缓冲区有两个，所以我们将使用两个LLI。其中每个LLI的SADDR指向每个源缓冲区的首地址，并且在每次获取LLI时，更新SADDR。而由于目标缓冲区是连续的，所以不需要更新DADDR。

然后在启用通道前，设置好DADDR。同时，设置CTRLB，该通道不从LLI中更新DADDR地址；设置好DSCR，使其指向第一个LLI。

四、 使用LLI

1. 定义LLI结构体。

   LLI的内存布局不复杂，但是使用结构体来进行操作也很有助于简化工作。而且由于布局简单，也不用太关注内存对齐的细节。（另外，在使用LLI时，需要它的地址是字对齐的。）

   typedef struct _lli{
   	uint32_t SADDR;
   	uint32_t DADDR;
   	uint32_t CTRLA;
   	uint32_t CTRLB;
   	uint32_t DSCR;
   }LLI;

2. LLI的初始化。

   由于两个LLI的设置有许多相同的部分，所以将共同的部分抽象出来。

   // lli:		需要初始化的LLI的地址
   // saddr:		源地址
   // btsize:	传输次数
   // next_lli:	下一个LLI的地址。如果是最后一个LLI，该参数为NULL即可
   void InitLLI(LLI* lli, void* saddr, uint16_t btsize, LLI* next_lli)
   {
   	lli->SADDR = (uint32_t)saddr;
   	lli->DADDR = 0;		// DADDR 不会被使用，初始化为即可
   	lli->DSCR = DMAC_DSCR_DSCR_Msk & (uint32_t)next_lli;
   	lli->CTRLA = 
   		  DMAC_CTRLA_BTSIZE(btsize)		// 传输次数
   		| DMAC_CTRLA_SRC_WIDTH_WORD		// 源设备一次传输一个字
   		| DMAC_CTRLA_DST_WIDTH_WORD		// 目标设备一次传输一个字
   		;
   	lli->CTRLB = 
   		  DMAC_CTRLB_SRC_DSCR_FETCH_FROM_MEM	// 从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		// 设备类型：内存至内存
   		| DMAC_CTRLB_SRC_INCR_INCREMENTING	// 传输时，源地址递增
   		| DMAC_CTRLB_DST_INCR_INCREMENTING	// 传输时，目标地址递增
   		;
   }

五、 实现过程

1. 缓冲区。

   // 源缓冲区
   uint32_t src1[2];
   uint32_t src2[3];
   // 目标缓冲区
   uint32_t dst[5];
   // 向源缓冲区时填充内容
   src1[0] = 50; src1[1] = 51;
   src2[0] = 52; src2[1] = 53; src2[2] = 54;

2. 设置LLI。

   注意，要确保LLI的实例在整个程序的运行过程中都是有效的。比如如果LLI是储存在函数的栈中的话，那么函数退出后，该LLI即无效了。所以可以选择在堆中分配LLI实例的空间，或是将其定义为全局变量，也可以在main函数中定义实例。

   LLI first_lli, last_lli;
   InitLLI(&first_lli, (void*)src1, 2, &last_lli);
   InitLLI(&last_lli, (void*)src2, 3, 0);

3. 启用DMAC。

   // PMC
   PMC->PMC_PCER0 = 1 << ID_DMAC;
   DMAC->DMAC_GCFG =
   	 DMAC_GCFG_ARB_CFG_ROUND_ROBIN;	// 轮转优先级
   DMAC->DMAC_EN = DMAC_EN_ENABLE;

4. 配置通道。

   // 使用的通道为通道0
   #define DMAC_CH 0
   // 使DSCR指向first_lli
   DMAC->DMAC_CH_NUM[DMAC_CH].DMAC_DSCR = 
   		(uint32_t)(void*)(&first_lli);
   // 设置目标地址
   DMAC->DMAC_CH_NUM[DMAC_CH].DMAC_DADDR = 
   (uint32_t)(void*) dst;
   // 设置CTRLB，使通道从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
   		;

5. 启用通道。

   DMAC->DMAC_CHER = DMAC_CHER_ENA0 << DMAC_CH;

6. 等待通道关闭，即传输完成。

   const uint32_t check_bit = DMAC_CHSR_ENA0 << DMAC_CH;
   while( (DMAC->DMAC_CHSR & check_bit) != 0);