SAM4E单片机之旅——11、UART之PDC收发

使用PDC进行数据的收发能减少CPU的开销。这次就使用PDC进行UART数据的接收与发送，同时，也利用TC也实现了PDC的接收超时。

PDC是针对外设的DMA控制器。对比DMA控制器，它更为简便，与相应外设的结合也更为紧密。比如说，要配置PDC时，首先要启用相应的外设的时钟；同时PDC收发的状态是通过外设上的寄存器反映出来的；甚至中断也是通过相应外设产生的。

使用PDC时，只需设置好传输时内存的地址，以及传输长度，就可以在外设和内存之前进行数据传输了。而SAM4的PDC甚至还提供了一个类似FIFO的功能：可以在进行本次传输的同时指定下次传输时的地址和长度，然后在本次传输结束时开始下一次传输。

一、 实现思路

本次会使用两组缓冲区，分别用来数据的接收和发送。在接收数据完成后，就让PDC把这个缓冲区的数据发送出去，并且使用另一个缓冲区进行数据接收。

使用PDC发送数据较为简单，只需设置好需要发送的数据的地址和长度即可。

但是在使用PDC接收数据的时，如果未接收足够指定数目的数据，是不会产生中断的。在这里使用TC来进行PDC接收数据时的等待超时处理：

UART的引脚在没有数据传输时，是一直保持在高电平状态的。即只在有数据传输时，才会有电平的切换。而TC可以使用外部信号进行触发以重置计数器。这样一来，就可以让UART在接收数据的同时，不断对TC的计数器进行重置。而在没有接收数据时，就会使得TC顺利步进到一个特定的值，从而产生一个中断。

二、 UART的PDC配置

UART和MCK的基本配置保持不变：MCK为120 MHz，UART波特率为11520 Hz。

在配置PDC时，需要确保已经开启了相应UART的时钟，否则配置不生效。

1. 缓冲区和PDC的配置。配置完成，且启用UART的接收后，就可以进行数据的接收了。

   /* 缓冲区 */
   #define BUF_SIZE 8
   uint8_t BUF1[BUF_SIZE];
   uint8_t BUF2[BUF_SIZE];
   uint8_t* RX_BUF;
    
   /* 先设置好接收的BUF */
   RX_BUF = BUF1;
   PDC_UART0->PERIPH_RPR = RX_BUF;
   PDC_UART0->PERIPH_RCR = BUF_SIZE;
    
   /* 使能输入输出*/
   PDC_UART0->PERIPH_PTCR = PERIPH_PTCR_RXTEN | PERIPH_PTCR_TXTEN;

2. 中断设置。PDC的中断是通过相应外设产生的，所以这里需要对UART的中断进行配置。

   /* 启用缓冲区满中断*/
   UART0->UART_IER = UART_IER_RXBUFF;
   /* 在NVIC中启用中断，将优先级设置为1*/
   NVIC_DisableIRQ(UART0_IRQn);
   NVIC_ClearPendingIRQ(UART0_IRQn);
   NVIC_SetPriority(UART0_IRQn, 1);
   NVIC_EnableIRQ(UART0_IRQn);

3. 将接收缓冲区的数据通过PDC发送出去，并开始下一次数据的接收。

   /* 参数size： 表示接收缓冲区中需要发送的数据的长度 */
   void TransferRxBufAndRec(int size)
   {
   	/* 等待发送完成 */
   	while(!(UART0->UART_SR & UART_SR_TXBUFE))
   		;
    
   	/* 通过PDC发送 */
   	PDC_UART0->PERIPH_TPR = RX_BUF;
   	PDC_UART0->PERIPH_TCR = size;
    
   	/* 使用另一个缓冲区继续接收 */
   	RX_BUF = (RX_BUF == BUF1) ? BUF2 : BUF1;
   	PDC_UART0->PERIPH_RPR = RX_BUF;
   	PDC_UART0->PERIPH_RCR = BUF_SIZE;
   }

4. UART的中断处理函数。在中断时，只需调用上面的函数，将接收缓冲区的内容重新发送出去即可。

   void UART0_Handler(void)
   {
   	/*判断是否是由“接收缓冲区满”引发的中断 */
   	if (UART0->UART_SR & UART_SR_RXBUFF)
   	{
   		TransferRxBufAndRec(BUF_SIZE);
   	}
   }

这样配置完成后，删除上一节中UART收发数据的代码，即可完成数据的收发了。

三、 TC的配置

使用的通道为通道0：

#define gUseTc TC0->TC_CHANNEL[0]

使TC工作在波形输出模式下，将TIOB引脚（PA1）用做外部事件引脚，短接它和UART0接收引脚，即短接PA1和PA9引脚。在配置完成后，若500ms内没有数据接收，则强制开始数据的发送。

1. 使能TC时钟，及GPIO设置。

   PMC->PMC_PCER0 = (1 << ID_TC0);
    
   const uint32_t TIOB_PIN = PIO_PA1;
   PIOA->PIO_PDR = TIOB_PIN;
   PIOA->PIO_ABCDSR[0] |= TIOB_PIN;
   PIOA->PIO_ABCDSR[1] &= ~TIOB_PIN;

2. TC模式设置。

   利用TC的RC比较时产生的中断进行超时提醒，TIOB引脚电平的下降沿TC的触发。由于进行TC触发时也会开启时钟，所以在RC比较时暂停时钟。

   由于超时时间可能较长，且精度要求不高，让TC使用慢时钟SLCK就可以了。

   gUseTc.TC_CMR =
   	 TC_CMR_WAVE				/* 波形模式 */
   	| TC_CMR_TCCLKS_TIMER_CLOCK5		/* 时钟5: SLCK */
   	| TC_CMR_WAVSEL_UP_RC			/* 波形仅上升，且RC比较时触发 */
   	| TC_CMR_CPCSTOP			/* RC 比较时自动停止时钟 */
   	| TC_CMR_EEVT_TIOB			/* 设置为外部事件为TIOB */
   	| TC_CMR_EEVTEDG_FALLING		/* 外部事件下降沿触发 */
   	| TC_CMR_ENETRG			/* 使能外部事件   */
   	;

3. RC设置，以及TC启用。在RC比较后，计数器将暂停工作。在下次UART数据的接收时，TIOB引脚的信号会触发TC以重新开始计数。

   /* UART的PDC接收时等待超时时间 */
   #define UART_RX_WAIT_MS 500
    
   /* 设置RC */
   const uint32_t rc_v = CHIP_FREQ_SLCK_RC * UART_RX_WAIT_MS / 1000;
   gUseTc.TC_RC = TC_RC_RC(rc_v);
    
   /* 使能TC时钟，但不开始*/
   gUseTc.TC_CCR = TC_CCR_CLKEN;

4. 中断设置。TC中断的优先级比UART的要高。

   /* RC 比较时产生中断 */
   gUseTc.TC_IER = TC_IER_CPCS;
    
   /* NVIC , 优先级设置为0 */
   NVIC_DisableIRQ(TC0_IRQn);
   NVIC_ClearPendingIRQ(TC0_IRQn);
   NVIC_SetPriority(TC0_IRQn, 0);
   NVIC_EnableIRQ(TC0_IRQn);

5. 中断处理。中断处理中过程中禁用PDC数据的接收，以免丢失数据。

   void TC0_Handler(void)
   {
   	uint32_t status = gUseTc.TC_SR;
    
   	/* 判断中断是否为RC比较触发的 */
   	if (status & TC_SR_CPCS)
   	{
   		PDC_UART0->PERIPH_PTCR = PERIPH_PTCR_RXTDIS;
   		/* 计算PDC中接收到的数据的大小 */
   		const int rec_size = BUF_SIZE - (PDC_UART0->PERIPH_RCR);
   		if (rec_size != 0)
   		{
   			TransferRxBufAndRec(rec_size);
   		}
   		PDC_UART0->PERIPH_PTCR = PERIPH_PTCR_RXTEN;
   	}
   }