Kinetis K系列使用DMA实现I2C读取

zaimaliao · 发表于 2015-8-28 16:01:22

原作者:jicheng

以DMA为主题的文章我之前写过两篇，一篇是DMA+UART，一篇是DMA+ADC，将这些外设模块加上DMA一下子功能上灵活和强大了很多（个人来讲，俺一直觉着DMA是一个高大上的东西，用好了非常方便），今儿个就继续为DMA加点料，把I2C通信这位大兄弟也拉入伙吧。前面那哥俩（UART和ADC）还好理解，可能提到I2C+DMA的话一些人不由得会脑子里有一个问号，I2C通信协议不同于UART等简单的通信，读写数据之前有比较繁琐的从机地址、寄存器地址发送，读写位控制，ACK/NACK等信号的握手，最后才是读写纯数据，这些复杂的操作如果都使用DMA去做，那么问题就来了（最近这句话貌似很火），一个是DMA能不能做，二是即使能做岂不是相当复杂和浪费很多DMA Channel资源吗。呵呵，如果我们有实际应用场景的话就会明白了，实际上使用DMA读取I2C数据只需要在读取纯数据阶段打开就行了，前面的发送从机地址、寄存器地址等操作还是使用传统的手动方式，待前面命令都发出去之后等待I2C从机发送数据流过来时再打开DMA，下次读取时重复上述步骤即可。这样虽然还是保留了前面的手动发送命令的方式，但是后面如果需要从I2C从机读取多字节数据时（单字节就不用了，呵呵）使用DMA传输的确可以释放不少CPU的loading的（CPU不需要死等数据的返回了，可以抽出空去干其他事，这个事就交给DMA去做了），最后稍稍提一句，据说我司的下一代产品的I2C模块可以把前面传统的手动方式都可以用DMA干了，小心脏扑通一下有木有，相当强大吧，哈哈，拭目以待。

那说到这，我有必要提一下这种方式的具体应用场合（考验大家发散思维的时候到了，呵呵），在常用的I2C接口IC中，MEMS的sensor是其中一员，比如我们常用的三轴加速度传感器、陀螺仪和磁感器，或者他们融合在一块的9轴Sensor，他们的X、Y、Z轴的数据一般都是存放在连续的寄存器地址上的（这为使用DMA提供了基本条件），而且如果分辨率在8位以上的话，每个轴都有至少2个字节数据，那如果使用传统的等待方式的话，这至少6个字节的数据读取需要花费相对比较长的时间（I2C本身的通信速度就有点慢），这种情况下可想而知如果使用DMA会节省多少时间资源。当然还有，现在是可穿戴设备大行其道的时代，我们以其中一个必不可少的计步sensor为例（实际上使用的是加速度传感器，但是需要FIFO深度比较深以节省唤醒功耗，具体为啥这里就不细说了），其内部的数据FIFO深度一般都是十几个甚至几十个字节，这样的话每当MCU被唤醒读取这几十个字节数据做计步算法的时候就可以想象DMA带来的巨大好处了。至于更多的应用场合，我就不多说了，靠大家自己去想象了！

一不小心啰嗦了不少，对工程师来说，说的再好也不如直接上代码来的简单，呵呵，简单粗暴就是俺们这伙人的风格。俺在这方面也不是抠门的人（俺比较讨厌在这方面藏着掖着），下面源代码呈上：

1. 首先是Kinetis的eDMA初始化部分，我们需要先把I2C触发源分配到DMA相应的Channel上，然后配置好DMA的源地址和目的地址，以及相关传输属性等操作，具体每一步可以直接参考代码中的注释部分，具体eDMA初始化配置如下：

void eDMA_Init(void)
{
SIM_SCGC6 |= SIM_SCGC6_DMAMUX_MASK;
DMAMUX_CHCFG0 = DMAMUX_CHCFG_ENBL_MASK /* 使能DMA通道 */
| DMAMUX_CHCFG_SOURCE(19); /* 指定DMA触发源为I2C，这个可以在Reference Mannual第三章节中找到 */
SIM_SCGC7 |= SIM_SCGC7_DMA_MASK;
DMA_BASE_PTR->TCD[0].SADDR = (unsigned int)&I2C1_D; /* 分配DMA源地址 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].DADDR = (unsigned int)&result; /* 分配DMA目标地址 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].NBYTES_MLNO = 1; /* 每次minor loop传送1个字节 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].ATTR =(0
|DMA_ATTR_SMOD(0) /* Source modulo feature disabled */
| DMA_ATTR_SSIZE(0) /* Source size, 8位传送 */
| DMA_ATTR_DMOD(0) /* Destination modulo feature disabled */
| DMA_ATTR_DSIZE(0) /* Destination size, 8位传送 */
);
DMA_BASE_PTR->TCD[0].SOFF = 0x0000; /* 每次操作完源地址，源地址不增加 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].DOFF = 0x0001; /* 每次操作完目标地址，目标地址增加1 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].SLAST = 0x00; /* DMA完成一次输出之后即major_loop衰减完之后不更改源地址 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].DLAST_SGA = 0x00; /* DMA完成一次输出之后即major_loop衰减完之后不更改目标地址 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].CITER_ELINKNO = DMA_CITER_ELINKNO_CITER(6-1); /* 1个major loop, 即一次传输量=major_loop*minor_loop，最大为2^15=32767 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].BITER_ELINKNO = DMA_CITER_ELINKNO_CITER(6-1); /* BITER应该等于CITER */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].CSR = 0; /* 先清零CSR，之后再设置 */
DMA_INT |= 1<<0; /* 先清零DMA相应通道的传输完成中断，与TCD_CSR_INTMAJOR或者TCD_CSR_INTHALF搭配 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].CSR |= DMA_CSR_INTMAJOR_MASK; /* 打开DMA major_loop完成中断 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].CSR &= ~DMA_CSR_DREQ_MASK; /* major_loop递减为0时不关闭ERQ功能，准备下一次DMA Major loop传输 */
/* DMA_ERQ寄存器很重要，置位相应的位即开启DMA工作 */
//DMA_ERQ |= 1 << 0; /* 打开相应通道的DMA请求*/
enable_irq(INT_DMA0-16);
}

复制代码

2. I2C配置部分，由于前面的发送地址信息等操作还是传统的手动方式，所以I2C初始化部分就不需要改了，我们只需要修改读取多字节数据的API函数即可，具体操作如下：

void I2CReadMultiRegisters(unsigned char u8RegisterAddress, unsigned char bytes)
{
unsigned char n = bytes;
int i;
/* Send Slave Address */
IIC_StartTransmission(SlaveID, MWSR);
i2c_Wait();
/* Write Register Address */
I2C1_D = u8RegisterAddress;
i2c_Wait();
/* Do a repeated start */
I2C1_C1 |= I2C_C1_RSTA_MASK;
/* Send Slave Address */
I2C1_D = (ACCEL_I2C_ADDRESS << 1) | 0x01; //read address
i2c_Wait();
/* Put in Rx Mode */
I2C1_C1 &= (~I2C_C1_TX_MASK);
/* Ensure TXAK bit is 0 */
I2C1_C1 &= ~I2C_C1_TXAK_MASK;
/* Dummy read */
result[0] = I2C1_D;
I2C1_C1 |= I2C_C1_IICIE_MASK | I2C_C1_DMAEN_MASK; /* 在发送完地址信息之后打开DMA功能，Added by JiCheng */
DMA_ERQ |= 1 << 0; //打开DMA
}

复制代码

3. 然后就是DMA接收完成中断了，这里面有一个地方需要注意一下，这里我以我司三轴加速度传感器为例，其分辨率为14位即每轴占用2个字节数据，这样的话应该是6个字节的数据，但是我这里在重新配置DMA接收长度时（即接收几个字节后产生DMA中断）写的是6-1即5（回到第一步中也是），这个在我们手中的I2C章节里特别标注了如下，即I2C在使用DMA读取数据时，其最后一个字节数据需要回到手动接收已提供NACK和STOP指令如下图，还有就是我们在DMA中断的最后需要把I2C的DMA先关掉，因为下次读取还要手动去发送地址信息呢，具体代码如下：

void DMA_ISR(void)
{
DMA_INT |= 1<<0;
DMA_BASE_PTR->TCD[0].DADDR = (unsigned int)&result; /* 分配DMA目标地址 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].CITER_ELINKNO = DMA_CITER_ELINKNO_CITER(6-1); /* 1个major loop, 即一次传输量=major_loop*minor_loop，最大为2^15=32767 */
DMA_BASE_PTR->TCD[0].BITER_ELINKNO = DMA_CITER_ELINKNO_CITER(6-1); /* BITER应该等于CITER */
DMA_ERQ &= ~(1 << 0);
I2C1_C1 &=~ (I2C_C1_IICIE_MASK | I2C_C1_DMAEN_MASK); /* Added by JiCheng */
/* Turn off ACK since this is last read */
I2C1_C1 |= I2C_C1_TXAK_MASK;
i2c_Wait();
/* Send stop */
i2c_Stop();
result[5] = I2C1_D;
printf("%d %d %d %d %d %d\n\r", result[0], result[1], result[2], result[3], result[4], result[5]);
}
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