使用 DMA 访问高速串口

Question

我在 C# 中使用串口组件，它运行良好！但问题是如何才能更快地处理高速（例如 2 Mbps）数据传输。

正如我对此所做的研究，我发现可以直接访问内存（使用 this link 之类的 DMA）。谁能告诉我如何在我的应用程序中定义和使用它？

Answer 1

不，[c#] 标签使它遥不可及一百万英里。该网页上的代码片段不是真实的，它只是一个 "pattern"。它可以做 C# 做不到的事情，比如处理中断、获取缓冲区的物理内存地址、直接对设备寄存器进行编程。在那种能执行C#代码的机器上，不算Micro Framework，这只能靠设备驱动了。

这将是一种可以运行在微控制器上的代码，这种处理器不运行具有保护模式操作系统。即便如此，它仍然是伸展的，它通过未说明的魔法调用 DMA，例如从未真正开始传输。也没有 DMA 控制器的迹象，需要仲裁设备之间的总线访问。这是假代码。

当您使用真正的硬件时，您总是会得到一个设备驱动程序来负责与设备通信。如果设备实际上支持 DMA，非常不寻常，那么设备驱动程序程序员就不会避免使用它。您在 C# 程序中使用的 SerialPort class 使用操作系统 api，该操作系统对任何类型的串行端口设备都是通用的。它将您的 I/O 请求传递给设备驱动程序以完成工作。

操作系统 api 和设备驱动程序之间的接口由 IOCTL 覆盖。 This MSDN page 记录 Windows 的那些。 IOCTL 和 api 之间的匹配非常接近，api 层非常薄。当您仔细观察时，很明显其中 none 个与 DMA 有任何关系。他们不能，这完全是一个驱动程序实现细节。

Answer 2

我相信您不需要使串行访问更快，而是调整您的 c# 应用程序以更快地处理数据传输。运行您选择的分析器，并测量花在串口组件方法上的时间百分比。我预测这会很低，这意味着任何使串行端口更快的努力都将白费。

Answer 3

你完全错了。

首先，您所处的环境无法直接访问硬件 (Windows)，因此如果不编写内核驱动程序（并且您不我不想，相信我）。

其次，操作系统及其驱动程序已经非常优化，如果需要使用 DMA 传输，它应该已经做到了。

第三，除非您的串行控制器支持，否则您将无法获得这些速度，而它们通常不支持，PC 的 RS232 控制器通常最高可达 115200 波特，但有些控制器最高可达 1Mb。

但还有另一种选择，没有 USB 的 USB :D

根据你的问题，我假设你正在将某种类型的微控制器与 PC 连接，并且你不想为控制器编写 USB 驱动程序（或者它没有 USB 功能），所以一个很好的选择是使用 RS-232 到 USB 电缆，它们通常支持非常快的速度，我个人使用了 FTDI RS-232 3v3，它达到 3Mb (http://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/Cables/DS_TTL-232R_CABLES.pdf)。

最后你将编写一个普通的串行端口代码，但它将使用更扩展的 USB 接口（这是另一个优势，今天并不是所有的 PC 都带有串行端口）。

之后，要真正受益于加速，请记住为端口设置一个非常大的 read/write 缓冲区（至少 1Mb），执行非阻塞接收例程并发送大数据块（必须适合写入缓冲区）。

请记住，您的设备必须与所选速度匹配，因此，如果将其设置为 2-3Mbps，您的设备必须运行串行接口的速度完全相同。

这里是我描述的接收部分的例子：

    SerialPort sp;
    Queue<byte[]> buffer = new Queue<byte[]>();
    AutoResetEvent dataAvailable = new AutoResetEvent(false);
    Thread processThread;

    public void Start()
    {
        //Start the processing thread
        processThread = new Thread(ProcessData);
        processThread.Start();

        //Open the serial port at 3Mbps and with buffers of 3Mb
        sp = new SerialPort("COM12", 3145728, Parity.None, 8, StopBits.One);
        sp.ReadBufferSize = 1024 * 1024 * 3;
        sp.WriteBufferSize = 1024 * 1024 * 3;
        sp.DataReceived += sp_DataReceived;
        sp.Open();
    }

    //This thread processes the stored chunks doing the less locking possible
    void ProcessData(object state)
    {

        while (true)
        {

            dataAvailable.WaitOne();

            while (buffer.Count > 0)
            {

                byte[] chunk;

                lock (buffer)
                    chunk = buffer.Dequeue();

                //Process the chunk here as you wish

            }

        }

    }

    //The receiving function only stores data in a list of chunks
    void sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
    {
        while (sp.BytesToRead > 0)
        { 
            byte[] chunk = new byte[sp.BytesToRead];
            sp.Read(chunk, 0, chunk.Length);

            lock (buffer)
                buffer.Enqueue(chunk);

            dataAvailable.Set();
        }
    }

使用 DMA 访问高速串口

Using DMA to access High Speed Serial Port

c#

serial-port

dma

directmemory