arduino - DMA 是在微处理器上接收高速数字数据的正确方法吗？

Question

我一直在使用 Teensy 3.6 微 Controller 板(180 MHz ARM Cortex-M4 处理器)来尝试实现传感器驱动程序。传感器通过 SPI 进行控制，当命令它进行测量时，它会通过 DOUT 和 PCLK 两条线发送数据。 PCLK 是 5 MHz 时钟信号，这些位通过 DOUT 发送，在 PCLK 信号的下降沿上测量。数据帧本身由 1,024 个 16 位值组成。

我的第一次尝试采用了一种相对简单的方法:我将一个中断附加到 PCLK 引脚，寻找下降沿。当它检测到下降沿时，它会设置一个 bool 值来表示有新位可用，并将另一个 bool 值设置为 DOUT 线的值。程序的主循环根据这些位生成 uint_16 值，并为完整测量帧收集其中的 1,024 个值。

但是，这个程序几乎立即锁定了 Teensy。根据我的实验，一旦附加中断，它似乎就会锁定。我相信微处理器正被中断淹没。

我认为正确的方法是使用 Teensy 的 DMA Controller 。我一直在阅读 Paul Stoffregen 的 DMAChannel 库，但我无法理解它。我需要从 PCLK 数字引脚触发 DMA 测量，并让它从 DOUT 数字引脚读取位。有人可以告诉我我是否以正确的方式看待这个问题？我是否忽略了某些事情？我应该查看哪些资源才能更好地了解 Teensy 上的 DMA？

谢谢!

我把它放在 Software Engineering Stack Exchange 上，因为我觉得这主要是一个编程问题，但如果它是一个 EE 问题，请随时将其移至 EE SE。

Answer 1

Is DMA the Correct Way to Receive High-Speed Digital Data on a Microprocessor?

“高速数字数据”的来源不止一个。 DMA 并不是适用于所有数据的全局正确解决方案，但它可以是一种解决方案。

it sends out the data over two lines, DOUT and PCLK. PCLK is a 5 MHz clock signal and the bits are sent over DOUT, measured on the falling edges of the PCLK signal.

I attached an interrupt to the PCLK pin looking for falling edges. When it detects a falling edge, it sets a bool that a new bit is available and sets another bool to the value of the DOUT line.

这种方法被称为“位攻击”。您正在使用 CPU 来物理测量引脚。这是我看到许多经验丰富的开发人员实现的最坏情况的解决方案。它将适用于任何硬件连接。幸运的是，Kinetis K66 拥有多种外设，或许可以为您提供帮助。

具体来说，FTM、CMP、I2C、SPI 和 UART 模块可能很有用。这些硬件模块能够减少从处理每个位到处理一组位的工作量。例如，FTM支持捕获模式。这个想法是忽略 PCLK 信号，只测量边沿之间的时间。这些时间将固定在一个位周期/CLK 中。如果计时器捕获两个位周期，那么您就知道发送了两个 1 或 0。

此外，您的信号看起来像 SSI，它是一个“数字音频” channel 。不幸的是，K66 没有 SSI 模块。典型的 I2C 是漏极开路，并且始终具有起始位和固定字长。如果您对数据有一定的了解和/或可以附加一些电路来伪造一些位(稍后将被删除)，那么也许可以使用它。

您可以使用 UART 和字符之间的时间来捕获数据。时间将是一系列不是起始位的位。然而，看起来这个 UART 模块需要停止位(SIM 功能可能非常有限)。

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一旦执行此操作，就可以在 DMA、中断和轮询之间做出决定。如果 CPU 使用数据，没有什么比轮询更快的了。如果需要将 CPU 与数据传输复用，则需要 DMA 和中断。如果 CPU 不需要处理大部分数据或者 CPU 正在执行的工作不是内存密集型(数字运算)，则 DMA 会更好。中断取决于您的上下文以节省开销。这可以最小化，具体取决于您的主线使用的设施。

一些将信号适应 K66 模块之一的粘合电路可能会对制定更高效的解决方案大有帮助。如果您无法更改信号，另一个带有 SSI 模块的(NXP？)SOC 也可以很好地工作。 NXP 模块通常支持链接到 eDMA 模块以及中断。