摘要：針對大數據量的串口間通信，在常規的UART串行數據通信的基礎上，結合Cortex-M3微控制器中DMA控制器的作用，實現DMA控制的UART串口數據包收發。設計鏈表項緩存，最終實現DMA的分散／聚集模式的數據傳輸過程，主要是發送過程。提高了串行數據通信過程的MCU獨立性和MCU利用的效率。
關鍵詞：DMA；UART；鏈表項；分散／聚集

常規下，UART的數據收發可由MCU控制UART的內部FIFO來完成。但具體不論是以中斷還是以查詢的形式，過程中總是會占用到MCU的時間，即便在其FIFO的最大有效利用時。這樣，在實際應用中，當串口數據包量較大時，UART的發送過程會占用MCU很長時間，其中大多數時間可能是在一次等待數據傳輸的完成。為了節省這段時間，提高MCU的使用效率，以完成更多的數據處理，將會用到DMA控制器。DMA意思是直接內存訪問，是指不經由CPU而直接從內存中存取數據的數據交換模式。當UART的使用DMA控制器控制發送過程時，MCU會將發送的控制權交給DMA硬件控制器，從而在數據發送的時間中去處理其它的事務。
本文將結合ARM的Cortex-M3內核處理器來設計UART的DMA控制過程。Cortex-M3內核的處理器，是ARM公司最新一代的ARMv7架構的32位處理器。其LPC176X系列的MCU處理器內部帶有8通道的DMA控制器。下面將使用這些DMA控制器通道來實現UART的數據收發過程。

1 系統結構及原理
1. 1 UART控制器
LPC176X有4路UART控制器，通過設置其波特率、停止位、數據長度等參數來完成2個UART串行口的通信，當然外部通過電平轉換可實現為RS232或RS485等接口類型，這里只系統地用內的部UART接口。
硬件的連線上采用交叉互連，即一個UART接口的TX接到另一個接口的RX。軟件上傳輸的數據報文格式可由不同應用不同設定，這里只籠統的稱做數據包。
1．2 DMA控制器
LPC176X的DMA控制器允許外設到存儲器，存儲器到外設，外設到外設和存儲器到存儲器之間的傳輸。每個DMA流都可以為單個源和目的提供單向串行DMA傳輸。
1．3 鏈表項及其標識
DMA控制器使用鏈表項(LLI)來支持分散／聚集(Scatter-gather)，分散／聚集是指DMA單次傳輸可以使用不必連續的內存空間，它的效果相當于若干個簡單DMA過程的串連。在分散／聚集模式下，源和目標數據區由一連串的鏈表來定義，每個鏈表項控制著一個數據塊的傳輸，將這個數據塊傳輸完畢后，選擇并裝載另一個鏈表項來繼續DMA操作或停止DMA流。第一個鏈表項需要被編程到DMA控制器的對應通道。鏈表項所描述的傳輸數據包通常需要進行一次或多次DMA突發傳輸到設定的源或目標。如不需要鏈表項分散／聚集，那么鏈表地址寄存器須設置為零。一個鏈表的最后一個鏈表項也須設置為零。
一個鏈表項的內容由4個字組成，依次為源地址、目標地址、下個鏈表項地址及控制字。為了方便記錄DMA鏈表內容，設計并定義一個鏈表內容結構體標識，標識名稱記作stDMALinkListInfor，定義如下：


2 緩存區的設計
2．1 串行數據緩存區的設計
建立UARTn的接口數據緩存區，記作UARTn_BUF(n)，用來存儲UART串口數據包。為數據緩存區設置空緩存地址的FIFO隊列UARTn_BUF_FR EE_TABLE，用來存放未被數據填充占用的空數據緩存分區地址；設置已占用緩存地址的FIFO隊列UARTn_BUF_FILL_TABLE，用來存放已經被數據填充占用的數據緩存分區地址。