STM32开发---USART使用DMA时能省多少时间

只看该作者 · 2023-9-30 23:24

盘STM32方案时，常用DMA传输数据，好给MCU省下资源去干干其它的事。

模模糊糊的概念中，DMA 就是又省又快！到底有多快有多少省呢？闲着手痒搞搞测试，结果还真有些惊喜！

将分别测试USART通过printf、DMA两种方式，测试输出数据(TX)时，在耗时、速度上的差别。

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、测试环境

硬件:  STM32F103C8 (还是这个大爱的板子，贼好用）

软件:  Keil_5.27（5.27！！！）

上位机:  秉火串口调试助手（V1.0最好用）

逻辑分析软件:  pulseview(开源，界面和设置都很简洁)

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测试用代码

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代码三处要点
红点处：自定义的运行时长观察函数，放置在3个地方，获取期间两段运行时长，单位是us ;

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黄色1： printf(), 就是平时l输出至上位机的 printf(), 其底层fputc已重定向输出至USART1，

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黄色2：print(), 注意名称少了个f，自定义的函数， USART1通过DMA输出参数传递的字符串；

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普通发送printf()函数, fputc的重定向代码

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// 重定向fputc函数

// printf的输出，指向fputc，由fputc输出到串口

// 这里使用串口1(USART1)输出printf信息

int fputc(int ch, FILE *f)

{   

    // 重要判断 

    if(xFlag.PrintfOK == 0) return 0;    // 判断USART是否已配置，防止在配置前调用printf被卡死

        

    while((USARTx ->SR&0X40)==0);        // 等待上一次串口数据发送完成  

        USARTx ->DR = (u8) ch;                   // 写DR,串口1将发送数据

        return ch;

}

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DMA配置代码，print()函数

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/******************************************************************************

 * 函  数： print

 * 功  能： UART使用DMA发送数据

 * 参  数： u8* charTemp  要发送的字符串首地址

 * 返回值：

 * 备  注： 魔女开发板团队  资料存放Q群：262901124        最后修改_2020年05月10日

 ******************************************************************************/  

void print(char* charTemp) 

{

    u32 num = 0;

    char* t=charTemp ;    

    while(*t++ !=0)  num++;

    

        RCC->AHBENR|=1<<0;                                     // 开启DMA1时钟

        DMA1_Channel4->CPAR  = (u32)&USARTx->DR; // 外设地址 

        DMA1_Channel4->CMAR  = (u32)charTemp;    // 存储器地址    

        DMA1_Channel4->CNDTR = num;                     // 传输数据量

        DMA1_Channel4->CCR   = 1<<4;                       // 数据传输方向   0:从外设读   1:从存储器读

        DMA1_Channel4->CCR  |= 0<<5;                       // 循环模式       0:不循环     1：循环

        DMA1_Channel4->CCR  |= 0<<6;                      // 外设地址非增量模式

        DMA1_Channel4->CCR  |= 1<<7;                       // 存储器增量模式

        DMA1_Channel4->CCR  |= 0<<8;                       // 外设数据宽度为8位

        DMA1_Channel4->CCR  |= 0<<10;                      // 存储器数据宽度8位

        DMA1_Channel4->CCR  |= 0<<12;                      // 中等优先级

        DMA1_Channel4->CCR  |= 0<<14;                      // 非存储器到存储器模式        

        DMA1_Channel4->CCR  |= 1<<0;             // 开启DMA传输    

}

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运行耗时 - 测试结果
使用printf()和print()通过USART1输出27个字节, 然后把监察到的运行时长打印到上位机，结果如下：

只看该作者 · 2023-9-30 23:25

直接数据
数据处理的耗时相差230倍！！！

使用DMA省99.5%的耗时！！！

只看该作者 · 2023-9-30 23:25

理解思考
printf的耗时，应该耗在每发一个字节，芯片都要while(), 一个字节挨一个字节地while()死等着发送, 计算可知115200波特率下,每一个字节要87us, 那27个字节, 它就要等待27次87us , 就是 2343us了, 加上命令处理时间, 打印中的结果2769us, 差不多是这个时间了. 注意, 这个在等人的主角是芯片, 这个时候它是不能干其它的事情的, 除非有中断突然出现. 特别特别地注意: 如果死等的这个时候有中断出现, 而中断处理时长超过87us, 那就会有另一个头疼的问题: USART的数据被打断打乱!

只看该作者 · 2023-9-30 23:26

而print通过DMA发送，12us的耗时应该就是代码指令操作的时间：主芯片给运输队伍下命令：你们去A地方，把num个纸箱，搬到B地方。几句话, 用时12us.

只看该作者 · 2023-9-30 23:26

我们再进一步: 12us是主芯片动动嘴皮下命令的时长，不是运输队伍工作的时长，那它需要工作多长时间呢？

只看该作者 · 2023-9-30 23:26

、逻辑分析仪 - 测试结果
直接上波形的运行截图, 两个截图都是发送27个字节的波形时长:

只看该作者 · 2023-9-30 23:26

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可以看到,printf产生波型比DMA耗时, 大概多10%左右的时间, 但两者的波型时长相差很小,

说明尽管在输出数据时处理方式不同, 芯片运行耗时两者相差巨大, 但最终在硬件产生数据波型的工作中, 都得按协议走.

只看该作者 · 2023-9-30 23:26

计算分析
说说printf产生波型要比DMA耗时多的理解: 上面计算过, 波特率115200时, 每个字节占用10个时钟, 计算数值是每个字节波形长86.8us, 27个字节的波型总长是2343us, 这个计算数值和在DMA传输时的实测数值2344us是一致的；但是使用printf的while死等输出, 27字节的数据波形时长要2579us, 足足多了236us, 应该是每两个字节间得处理死等的判断代码和命令, 造成了字节与字节间的空白浪费;

只看该作者 · 2023-9-30 23:26

疑问
还有1个小问题, 暂时没找到答案: 在使用自定义的print函数通过DMA发送数据, 200字节左右, 数据都是准确的, 但大约500字节以上时,出现头尾的数据有失真的情况,不是偶然发生, 是每次都在同样的位置出现小量数据错误, 多次排查均没有发现问题所在, 先做个记录, 后续有时间再放灯下挑挑.

2万 · 2023-10-5 09:02

如果波特率较低，那么即使使用DMA，节省的时间可能相对较少。

STM32开发---USART使用DMA时能省多少时间

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