再写TIMER+DMA驱动GPIO

最新推荐文章于 2025-06-10 14:17:40 发布

蓝凌风

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分类专栏： STM32

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本文介绍了一种使用TIMER+DMA+GPIO的组合来优化单线总线时序输出的方法，通过硬件外设而非软件延时来控制电平变化，大大提高了RTOS环境下通信效率，避免了进程抢占导致的时序错误。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

早两年前写过用DMA直接驱动GPIO的文章，当时写的只是比较原理性的，没有实例。最近在用到单线总线，上了RTOS，为了提高效率，减少内核的浪费，就想到用TIMER+DMA+GPIO去输出单线总线时序。

上图是单线总线的时序，常规的方法就直接控制IO输出，电平的间隔用延时去控制，代码如下：

void SC50X0B_SDA(unsigned char data)
  {
      unsigned char i;
      SC5020_SDA_Reset();
      HAL_Delay(3);
      for(i=0;i < 8;i++)
      {
        SC5020_SDA_Set();
        if(data & 0x01)
        {
          delay_us(1200);
          SC5020_SDA_Reset();
          delay_us(400);
        }
        else
        {
          delay_us(400);
          SC5020_SDA_Reset();
          delay_us(1200);
        }
        data >>= 1;
      }
      SC5020_SDA_Set();
      delay_us(200);
  }

整个时序执行需要2.5+（1.2+0.4）X8 = 15.3ms，这样内核要花15.3ms时间去输出这个时序，如果中断频繁也会导致时序有误差，引用通信失败。尤其是上了RTOS的话，会占用进程太长的时间，导致其它的进程无法及时执行，或者进程被抢占，导致时序误差，通信失败。当然很多人会有说用定时器中断去控制IO输出也可以实现，这样就大大的提高的效率，我这里不过多的讨论。用TIMER+DMA+GPIO的话，全靠外设输出时序，完全不占用内核的时间，这样的效率达到最高。如下是完整的代码实现：

#define TIMEFORDMATOGPIO TIM1
#define TIMEFORDMATOGPIO_CLK __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE
#define TIMEFORDMATOGPIODAN DMA1_Channel5
TIM_HandleTypeDef  sc5080htim;
 DMA_HandleTypeDef  hdma_sc5080tim_up;
 uint32_t SC5080Data[4 *8 +1];
void SC5080_TIMx_MspInit(void);
 
void SC5080_TIMx_Init(void)
{
  sc5080htim.Instance = TIMEFORDMATOGPIO;
  sc5080htim.Init.Prescaler = 72 - 1;
  sc5080htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  sc5080htim.Init.Period = 400;
  sc5080htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  SC5080_TIMx_MspInit();
  __HAL_TIM_ENABLE_DMA(&sc5080htim, TIM_DMA_UPDATE);
  HAL_TIM_Base_Init(&sc5080htim);
}
 
 
void SC5080_TIMx_MspInit(void)
{
    /* Peripheral clock enable */
    TIMEFORDMATOGPIO_CLK();
   
  hdma_sc5080tim_up.Instance = TIMEFORDMATOGPIODAN;
  hdma_sc5080tim_up.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
  hdma_sc5080tim_up.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
  hdma_sc5080tim_up.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
  hdma_sc5080tim_up.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
  hdma_sc5080tim_up.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
  hdma_sc5080tim_up.Init.Mode = DMA_NORMAL;
  hdma_sc5080tim_up.Init.Priority = DMA_PRIORITY_VERY_HIGH;
  HAL_DMA_Init(&hdma_sc5080tim_up);
}
 
void SC5080B_Set(uint8_t data)
{
      uint8_t i;
      SC5020_SDA_Reset();
#if 0
      HAL_Delay(3);
#else   
      osDelay(3);
#endif
      for(i=0;i < 8;i++)
      {
        if(data & 0x01)
        {
          SC5080Data[i*4 +0] =   SC5020_SDA_Pin;
          SC5080Data[i*4 +1] =   SC5020_SDA_Pin;
          SC5080Data[i*4 +2] =   SC5020_SDA_Pin;
          SC5080Data[i*4 +3] =   SC5020_SDA_Pin<<16;
        }
        else
        {
          SC5080Data[i*4 +0] =   SC5020_SDA_Pin;
          SC5080Data[i*4 +1] =   SC5020_SDA_Pin<<16;
          SC5080Data[i*4 +2] =   SC5020_SDA_Pin<<16;
          SC5080Data[i*4 +3] =   SC5020_SDA_Pin<<16;
        }
        data >>= 1;
      }
            SC5080Data[i*4 +0] = SC5020_SDA_Pin;
     HAL_DMA_Start_IT(&hdma_sc5080tim_up,(uint32_t)(&SC5080Data),(uint32_t)(&(SC5020_SDA_GPIO_Port->BSRR)),4*8+1);
     HAL_TIM_Base_Start(&sc5080htim);
}

大概的原理就是利用定时器的update（或者PWM）去触发对应的DMA通道，DMA从内存搬到数据到GPIO的BSRR寄存器，GPIO对的Pin就会改变电平。这里用到了TIM1，查手册知道TIM1的update对应的DMA通道是DMA1的通道5，所以初始了TIM1跟DMA1_Channel5。

发送一个Bit需要1600us，也就是4个400us，也就是说如果发1就是，定时器触发4次DMA，DMA搬运内存到GPIO的BSRR，只要搬到的数据到BSRR对应IO的输出1110，GPIO就是输出1200us的高电平，400us的低电，那IO就正好输出时序中的1。8个Bit，就是让DMA搬到4X8次，就可以整个时序。实际使用中只要调用 void SC5080B_Set(uint8_t data)，计算当时发送时序需要搬到的数据，再启动DMA跟定时器，时序就会自动输出，不在需要内核的干预。当然这很容易拓展到同时最多输出16路的时序，效率上也一样的，大大的节省的内核的开销，让程序更加的高效。