【DMA】DMA高级应用：DMA+定时器PWM模拟通信时序，解放CPU

wt588_driver->spk_gpio_interface->pf_io_write(0);
wt588_driver->sys_interface->pf_delay_ms(5);
// 增加临界区保护
taskENTER_CRITICAL();
for(j = 0; j < 8; j++)
{
    if(b_data == 1)        // high level
    {
        wt588_driver->spk_gpio_interface->pf_pfio_write(1);
        wt588_driver->sys_interface->pf_delay_us(600);
        wt588_driver->spk_gpio_interface->pf_pfio_write(0);
        wt588_driver->sys_interface->pf_delay_us(200);
    } else {
        wt588_driver->spk_gpio_interface->pf_pfio_write(1);
        wt588_driver->sys_interface->pf_delay_us(200);
        wt588_driver->spk_gpio_interface->pf_pfio_write(0);
        wt588_driver->sys_interface->pf_delay_us(600);
    }
    s_data = s_data >> 1;
    b_data = s_data & 0X01;
}
taskEXIT_CRITICAL();
wt588_driver->spk_gpio_interface->pf_io_write(1);

这是最容易想到的，也是实现最简单的一种方法。

但是其弊端很明显，其中用到了阻塞延时，会造成CPU执行效率下降，而且为了保证通信时序的正确性，发送数据时必须关全局中断或者进入临界区，这会造成系统中中断延时增大，甚至丢中断。

上述方法，仅发送一个字节就消耗(0.8us*8=)6.4ms，并且CPU在这6.4ms内什么事情都没法做，只是等待通信完成。

定时器PWM

分析发现，上述通信时序中，每个数据位都为周期800us的方波，数据1的高电平时间为600us，数据0的高电平时间为200us，并且都是高电平在前，低电平在后。

这种波形其实就是一个占空比在变化的PWM波，其具有两种占空比，很容易想到使用定时器的PWM输出来实现，将定时器的周期配置为800us，对于数据1和数据0分别配置不同的CCR比较寄存器数值，来产生不同的占空比。

大概配置方法如下：

将定时器周期配置为800us，向上计数，此处假设计数值为800
PWM输出配置为PWM1模式，PWM空闲电平为高电平，使能比较通道
配置PWM输出引脚，配置定时器的中断NVIC，打开定时器update中断
对于一个8位数据，对每一位进行遍历，得到所需要写入CCR寄存器的值，存储在一个数组中。例如：数据1对应600，数据0对应200
打开定时器计数
每来一次定时器update中断，就从第4步中的数组取出一个数写入到CCR寄存器中，直到该数组被用完，通信完成

PS：这种实现方法，已经比使用GPIO模拟要高效很多了，但是仍然存在一个问题：每发送一个字节，就需要产生8次定时器中断，这样对CPU来说或许太频繁，并且考虑到中断无法被及时响应的问题，生成的PWM波形不一定精准，当然对于WT588F02B模块来说精度是足够使用的。

定时器PWM+DMA

基于上述第二种方法，对其继续改进，可以想到使用DMA来帮我们搬运数组中的数值到CCR寄存器中，这样既不会产生大量中断，也能保证通信时序的绝对精确。

首先对这种方法做以简述，然后在文末给出详细实现步骤：

定时器的基本配置同方法二，但是无需打开定时器的中断
配置定时器的DMA功能，定时器update事件触发DMA请求，DMA将buffer中的数值搬运到CCR1寄存器中。
发出一个波形，首先拉低引脚5ms
遍历待发送数据的每个比特，写一个CCR1的数据buffer，例如要发送0x96

5. 遍历每一个bit，得到cmp_buff：

uint8_t data = 0x96;
uint32_t cmp_buff[8] = {0};
for(uint8_t i=0; i<8; ++i){
  if((data >> i) & 0x01)  // LSB优先
    cmp_buff[i] = 600; // 数据1对应的pwm比较值
  else
    cmp_buff[i] = 200; // 数据0对应的pwm比较值
}

配置DMA的data_length等信息，打开定时器和DMA，定时器的update事件触发DMA请求，打开DMA的TC中断

DMA的TC中断代表一个数据发送完成，关闭DMA和定时器，引脚拉高

整个数据发送过程靠DMA和定时器输出比较来完成，只需要发送前算出一个CCR寄存器所需数值的数组即可，整个过程只触发一次DMA完成中断，时间精确可控。但复杂之处在于用到了定时器输出比较和DMA这些较为复杂的功能。

详细实现步骤

步骤一 CubeMX配置（STM32F411CEU6）

此处使用定时器2，首先选择时钟源和PWM通道：

定时器时基和PWM配置，这里是产生通信波形的关键点：

Pulse："Pulse" 指的是定时器通道的比较寄存器（Capture Compare Register, CCRx）的初始值。

为定时器配置DMA，注意DMA Request应该选择update事件，可以参考数据手册的DMA通道表格，所选择的通道必须是该定时器update事件可以触发请求的。DMA传输方向选择内存到外设，因为是将buffer数组中的数值搬运到外设寄存器中。CCR寄存器是32位的，数据宽度选择Word类型。

步骤二初始化函数

编写WT588F02B初始化函数，涉及到一些底层外设的初始化，DMA中断回调函数的注册，模块上电演示等，实现如下：

/**
 * @brief wt588f及底层外设初始化
 */
void wt588f_init()
{
    HAL_DMA_RegisterCallback(
        htim2.hdma[TIM_DMA_ID_UPDATE], HAL_DMA_XFER_CPLT_CB_ID, wt588f_dma_callback
    );                                            // 注册DMA中断回调函数
    __HAL_TIM_ENABLE_DMA(&htim2, TIM_DMA_UPDATE); // 定时器Update事件触发DMA请求
    HAL_Delay(200);                               // WT588F02B模块上电延时
}

中断回调函数在后面步骤四中实现。

步骤三实现数据发送函数

按之前给出的配置要点，写出代码，如下：

/**
 * @brief 一线串口控制程序（单字节指令），使用定时器PWM + DMA方式
 * @param data 待发送数据
 */
void wt588f_send_byte(uint8_t data)
{
    // 根据待发送数据，配置cmp数组
    // 数组前7个元素0，用于产生5.6ms低电平
    // 数组最后一个元素，用于等待最后一个upd事件
    static uint32_t cmp_buff[16] = {0};
    cmp_buff[15] = 800;
    for (uint8_t i = 7; i < 15; ++i) {
        if (data & 0x01)
            cmp_buff[i] = 600; // 数据1对应的pwm比较值
        else
            cmp_buff[i] = 200; // 数据0对应的pwm比较值
        data = data >> 1;
    }

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // 开启PWM输出
    HAL_DMA_Start_IT(                         // 配置并开启DMA
        htim2.hdma[TIM_DMA_ID_UPDATE],
        (uint32_t)cmp_buff,
        (uint32_t)&htim2.Instance->CCR1,
        16
    );

    tx_busy = 1; // 设置数据发送为忙状态
}

这个tx_busy位是一个静态变量，用于指示数据是否发送完成，在发送数据后被置位，在DMA中断函数中被复位。

步骤四实现DMA中断回调函数

有关DMA的标志位清除、DMA传输Disable这些工作，HAL库的中断函数已经帮我们做好了，此处只需要关闭PWM输出，复位tx_busy变量用于指示数据传输完成。

void wt588f_dma_callback(DMA_HandleTypeDef* _hdma)
{
    if (_hdma == htim2.hdma[TIM_DMA_ID_UPDATE]) {
        tx_busy = 0;                             // 设置数据发送为空闲状态
        HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // 停止PWM输出
    }
}

中断回调函数已经在前面注册，HAL库的中断函数会自动调用该函数，因此无需其他操作。

编写测试函数

根据手册描述，编写一个连码发送的函数，发送数据F3 + 01 + F3 + 02

/*--------------------------------------
;模块名称:wt588f_list_play()
;功    能:一线串口单字节连码示例(F3 + 01 + F3 + 02)
;入    参:
;出    参:
;-------------------------------------*/
void wt588f_list_play()
{
    wt588f_send_byte(0xF3);
    while (tx_busy) {
    }
    HAL_Delay(2); // 延时2ms

    wt588f_send_byte(0x01);
    while (tx_busy) {
    }
    HAL_Delay(5); // 延时5ms

    wt588f_send_byte(0xF3);
    while (tx_busy) {
    }
    HAL_Delay(2); // 延时2ms

    wt588f_send_byte(0x02);
    while (tx_busy) {
    }
    HAL_Delay(5); // 延时5ms
}

注意此处测试，是在裸机环境下，使用了阻塞延时和while循环等待标志位。如果是在FreeRTOS环境下，只需要将阻塞延时替换为非阻塞延时，while循环等待替换为信号量或者任务通知即可。

这个测试函数，可以实现的效果为：语音模块先播放第一段语音，播放完成后立马播放第二段，见手册描述：