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43 KiB
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红外遥控 (RMT)
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:link_to_translation:`en:[English]`
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简介
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红外遥控 (RMT) 外设是一个红外发射和接收控制器。其数据格式灵活，可进一步扩展为多功能的通用收发器，发送或接收多种类型的信号。就网络分层而言，RMT 硬件包含物理层和数据链路层。物理层定义通信介质和比特信号的表示方式，数据链路层定义 RMT 帧的格式。RMT 帧的最小数据单元称为 **RMT 符号**，在驱动程序中以 :cpp:type:`rmt_symbol_word_t` 表示。
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{IDF_TARGET_NAME} 的 RMT 外设存在多个通道 [1]_，每个通道都可以独立配置为发射器或接收器。
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RMT 外设通常支持以下场景：
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- 发送或接收红外信号，支持所有红外线协议，如 NEC 协议
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- 生成通用序列
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- 有限或无限次地在硬件控制的循环中发送信号
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- 多通道同时发送
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- 将载波调制到输出信号或从输入信号解调载波
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RMT 符号的内存布局
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RMT 硬件定义了自己的数据模式，称为 **RMT 符号**。下图展示了一个 RMT 符号的位字段：每个符号由两对两个值组成，每对中的第一个值是一个 15 位的值，表示信号持续时间，以 RMT 滴答计。每对中的第二个值是一个 1 位的值，表示信号的逻辑电平，即高电平或低电平。
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.. packetdiag:: /../_static/diagrams/rmt/rmt_symbols.diag
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:caption: RMT 符号结构（L - 信号电平）
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RMT 发射器概述
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RMT 发送通道 (TX Channel) 的数据路径和控制路径如下图所示：
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.. blockdiag:: /../_static/diagrams/rmt/rmt_tx.diag
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:caption: RMT 发射器概述
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驱动程序将用户数据编码为 RMT 数据格式，随后由 RMT 发射器根据编码生成波形。在将波形发送到 GPIO 管脚前，还可以调制高频载波信号。
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RMT 接收器概述
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RMT 接收通道 (RX Channel) 的数据路径和控制路径如下图所示：
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.. blockdiag:: /../_static/diagrams/rmt/rmt_rx.diag
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:caption: RMT 接收器概述
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:align: center
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RMT 接收器可以对输入信号采样，将其转换为 RMT 数据格式，并将数据存储在内存中。还可以向接收器提供输入信号的基本特征，使其识别信号停止条件，并过滤掉信号干扰和噪声。RMT 外设还支持从基准信号中解调出高频载波信号。
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功能概述
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下文将分节概述 RMT 的功能：
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- :ref:`rmt-resource-allocation` - 介绍如何分配和正确配置 RMT 通道，以及如何回收闲置通道及其他资源。
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- :ref:`rmt-carrier-modulation-and demodulation` - 介绍如何调制和解调用于 TX 和 RX 通道的载波信号。
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- :ref:`rmt-register-event-callbacks` - 介绍如何注册用户提供的事件回调函数以接收 RMT 通道事件。
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- :ref:`rmt-enable-and-disable-channel` - 介绍如何启用和禁用 RMT 通道。
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- :ref:`rmt-initiate-tx-transaction` - 介绍发起 TX 通道事务的步骤。
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- :ref:`rmt-initiate-rx-transaction` - 介绍发起 RX 通道事务的步骤。
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- :ref:`rmt-multiple-channels-simultaneous-transmission` - 介绍如何将多个通道收集到一个同步组中，以便同时启动发送。
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- :ref:`rmt-rmt-encoder` - 介绍如何通过组合驱动程序提供的多个基本编码器来编写自定义编码器。
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- :ref:`rmt-power-management` - 介绍不同时钟源对功耗的影响。
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- :ref:`rmt-iram-safe` - 介绍禁用 cache 对 RMT 驱动程序的影响，并提供应对方案。
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- :ref:`rmt-thread-safety` - 介绍由驱动程序认证为线程安全的 API。
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- :ref:`rmt-kconfig-options` - 介绍 RMT 驱动程序支持的各种 Kconfig 选项。
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.. _rmt-resource-allocation:
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资源分配
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驱动程序中，:cpp:type:`rmt_channel_handle_t` 用于表示 RMT 的 TX 和 RX 通道。驱动程序在内部管理可用的通道，并在收到请求时提供空闲通道。
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安装 RMT TX 通道
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要安装 RMT TX 通道，应预先提供配置结构体 :cpp:type:`rmt_tx_channel_config_t`。以下列表介绍了配置结构体中的各个部分。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::gpio_num` 设置发射器使用的 GPIO 编号。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::clk_src` 选择 RMT 通道的时钟源。:cpp:type:`rmt_clock_source_t` 中列出了可用的时钟源。注意，其他通道将使用同一所选时钟源，因此，应确保分配的任意 TX 或 RX 通道都享有相同的配置。有关不同时钟源对功耗的影响，请参阅 :ref:`rmt-power-management`。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::resolution_hz` 设置内部滴答计数器的分辨率。基于此 **滴答**，可以计算 RMT 信号的定时参数。
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- 在启用 DMA 后端和未启用 DMA 后端的情况下，:cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::mem_block_symbols` 字段含义稍有不同。
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- 若通过 :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::with_dma` 启用 DMA，则该字段可以控制内部 DMA 缓冲区大小。为实现更好的吞吐量、减少 CPU 开销，建议为字段设置一个较大的值，如 ``1024``。
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- 如果未启用 DMA，则该字段控制通道专用内存块大小，至少为 {IDF_TARGET_SOC_RMT_MEM_WORDS_PER_CHANNEL}。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::trans_queue_depth` 设置内部事务队列深度。队列越深，在待处理队列中可以准备的事务越多。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::invert_out` 决定是否在将 RMT 信号发送到 GPIO 管脚前反转 RMT 信号。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::with_dma` 为通道启用 DMA 后端。启用 DMA 后端可以释放 CPU 上的大部分通道工作负载，显著减轻 CPU 负担。但并非所有 ESP 芯片都支持 DMA 后端，在启用此选项前，请参阅 [`TRM <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#rmt>`__]。若所选芯片不支持 DMA 后端，可能会报告 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_SUPPORTED` 错误。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::io_loop_back` 启用通道所分配的 GPIO 上的输入和输出功能，将发送通道和接收通道绑定到同一个 GPIO 上，从而实现回环功能。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::io_od_mode` 配置通道分配的 GPIO 为开漏模式 (open-drain)。当与 :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::io_loop_back` 结合使用时，可以实现双向总线，如 1-wire。
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- :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::intr_priority` 设置中断的优先级。如果设置为 ``0`` ，驱动将会使用一个中低优先级的中断（优先级可能为 1，2 或 3），否则会使用 :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::intr_priority` 指定的优先级。请使用优先级序号 (1, 2, 3)，而不是 bitmask 的形式（(1<<1)，(1<<2)，(1<<3)）。请注意，中断优先级一旦设置，在 :cpp:func:`rmt_del_channel` 被调用之前不可再次修改。
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将必要参数填充到结构体 :cpp:type:`rmt_tx_channel_config_t` 后，可以调用 :cpp:func:`rmt_new_tx_channel` 来分配和初始化 TX 通道。如果函数运行正确，会返回 RMT 通道句柄；如果 RMT 资源池内缺少空闲通道，会返回 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_FOUND` 错误；如果硬件不支持 DMA 后端等部分功能，则返回 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_SUPPORTED` 错误。
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.. code-block:: c
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rmt_channel_handle_t tx_chan = NULL;
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rmt_tx_channel_config_t tx_chan_config = {
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.clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT, // 选择时钟源
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.gpio_num = 0, // GPIO 编号
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.mem_block_symbols = 64, // 内存块大小，即 64 * 4 = 256 字节
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.resolution_hz = 1 * 1000 * 1000, // 1 MHz 滴答分辨率，即 1 滴答 = 1 µs
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.trans_queue_depth = 4, // 设置后台等待处理的事务数量
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.flags.invert_out = false, // 不反转输出信号
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.flags.with_dma = false, // 不需要 DMA 后端
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};
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_tx_channel(&tx_chan_config, &tx_chan));
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安装 RMT RX 通道
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要安装 RMT RX 通道，应预先提供配置结构体 :cpp:type:`rmt_rx_channel_config_t`。以下列表介绍了配置结构体中的各个部分。
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- :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::gpio_num` 设置接收器使用的 GPIO 编号。
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- :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::clk_src` 选择 RMT 通道的时钟源。:cpp:type:`rmt_clock_source_t` 中列出了可用的时钟源。注意，其他通道将使用同一所选时钟源，因此，应确保分配的任意 TX 或 RX 通道都享有相同的配置。有关不同时钟源对功耗的影响，请参阅 :ref:`rmt-power-management`。
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- :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::resolution_hz` 设置内部滴答计数器的分辨率。基于此 **滴答**，可以计算 RMT 信号的定时参数。
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- 在启用 DMA 后端和未启用 DMA 后端的情况下，:cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::mem_block_symbols` 字段含义稍有不同。
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- 若通过 :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::with_dma` 启用 DMA，则该字段可以最大化控制内部 DMA 缓冲区大小。
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- 如果未启用 DMA，则该字段控制通道专用内存块大小，至少为 {IDF_TARGET_SOC_RMT_MEM_WORDS_PER_CHANNEL}。
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- :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::invert_in` 在输入信号传递到 RMT 接收器前对其进行反转。该反转由 GPIO 交换矩阵完成，而非 RMT 外设。
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- :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::with_dma` 为通道启用 DMA 后端。启用 DMA 后端可以释放 CPU 上的大部分通道工作负载，显著减轻 CPU 负担。但并非所有 ESP 芯片都支持 DMA 后端，在启用此选项前，请参阅 [`TRM <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#rmt>`__]。若所选芯片不支持 DMA 后端，可能会报告 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_SUPPORTED` 错误。
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- :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::io_loop_back` 启用通道所分配的 GPIO 上的输入和输出功能，将发送通道和接收通道绑定到同一个 GPIO 上，从而实现回环功能。
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- :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::intr_priority` 设置中断的优先级。如果设置为 ``0`` ，驱动将会使用一个中低优先级的中断（优先级可能为 1，2 或 3），否则会使用 :cpp:member:`rmt_rx_channel_config_t::intr_priority` 指定的优先级。请使用优先级序号 (1，2，3)，而不是 bitmask 的形式（(1<<1)，(1<<2)，(1<<3)）。请注意，中断优先级一旦设置，在 :cpp:func:`rmt_del_channel` 被调用之前不可再次修改。
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将必要参数填充到结构体 :cpp:type:`rmt_rx_channel_config_t` 后，可以调用 :cpp:func:`rmt_new_rx_channel` 来分配和初始化 RX 通道。如果函数运行正确，会返回 RMT 通道句柄；如果 RMT 资源池内缺少空闲通道，会返回 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_FOUND` 错误；如果硬件不支持 DMA 后端等部分功能，则返回 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_SUPPORTED` 错误。
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.. code-block:: c
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rmt_channel_handle_t rx_chan = NULL;
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rmt_rx_channel_config_t rx_chan_config = {
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.clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT, // 选择时钟源
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.resolution_hz = 1 * 1000 * 1000, // 1 MHz 滴答分辨率，即 1 滴答 = 1 µs
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.mem_block_symbols = 64, // 内存块大小，即 64 * 4 = 256 字节
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.gpio_num = 2, // GPIO 编号
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.flags.invert_in = false, // 不反转输入信号
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.flags.with_dma = false, // 不需要 DMA 后端
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};
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_rx_channel(&rx_chan_config, &rx_chan));
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.. note::
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由于 GPIO 驱动程序中的软件限制，当 TX 和 RX 通道都绑定到同一 GPIO 时，请确保在 TX 通道之前初始化 RX 通道。如果先设置 TX 通道，那么在 RX 通道设置期间，GPIO 控制信号将覆盖先前的 RMT TX 通道信号。
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卸载 RMT 通道
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如果不再需要之前安装的 RMT 通道，建议调用 :cpp:func:`rmt_del_channel` 回收资源，使底层软件与硬件重新用于其他功能。
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.. _rmt-carrier-modulation-and demodulation:
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载波调制与解调
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RMT 发射器可以生成载波信号，并将其调制到消息信号上。载波信号的频率远高于消息信号。此外，仅支持配置载波信号的频率和占空比。RMT 接收器可以从输入信号中解调出载波信号。注意，并非所有 ESP 芯片都支持载波调制和解调功能，在配置载波前，请参阅 [`TRM <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#rmt>`__]。若所选芯片不支持载波调制和解调功能，可能会报告 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_SUPPORTED` 错误。
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载波相关配置位于 :cpp:type:`rmt_carrier_config_t` 中，该配置中的各部分详情如下：
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- :cpp:member:`rmt_carrier_config_t::frequency_hz` 设置载波频率，单位为 Hz。
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- :cpp:member:`rmt_carrier_config_t::duty_cycle` 设置载波占空比。
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- :cpp:member:`rmt_carrier_config_t::polarity_active_low` 设置载波极性，即应用载波的电平。
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- :cpp:member:`rmt_carrier_config_t::always_on` 设置是否在数据发送完成后仍输出载波，该配置仅适用于 TX 通道。
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.. note::
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RX 通道的载波频率不应设置为理论值，建议为载波频率留出一定的容差。例如，以下代码片段的载波频率设置为 25 KHz，而非 TX 侧配置的 38 KHz。因为信号在空气中传播时会发生反射和折射，导致接收端接收的频率失真。
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.. code-block:: c
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rmt_carrier_config_t tx_carrier_cfg = {
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.duty_cycle = 0.33, // 载波占空比为 33%
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.frequency_hz = 38000, // 38 KHz
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.flags.polarity_active_low = false, // 载波应调制到高电平
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};
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// 将载波调制到 TX 通道
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_apply_carrier(tx_chan, &tx_carrier_cfg));
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rmt_carrier_config_t rx_carrier_cfg = {
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.duty_cycle = 0.33, // 载波占空比为 33%
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.frequency_hz = 25000, // 载波频率为 25 KHz，应小于发射器的载波频率
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.flags.polarity_active_low = false, // 载波调制到高电平
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};
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// 从 RX 通道解调载波
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_apply_carrier(rx_chan, &rx_carrier_cfg));
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.. _rmt-register-event-callbacks:
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注册事件回调
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当 RMT 通道生成发送或接收完成等事件时，会通过中断告知 CPU。如果需要在发生特定事件时调用函数，可以为 TX 和 RX 通道分别调用 :cpp:func:`rmt_tx_register_event_callbacks` 和 :cpp:func:`rmt_rx_register_event_callbacks`，向 RMT 驱动程序的中断服务程序 (ISR) 注册事件回调。由于上述回调函数是在 ISR 中调用的，因此，这些函数不应涉及 block 操作。可以检查调用 API 的后缀，确保在函数中只调用了后缀为 ISR 的 FreeRTOS API。回调函数具有布尔返回值，指示回调是否解除了更高优先级任务的阻塞状态。
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有关 TX 通道支持的事件回调，请参阅 :cpp:type:`rmt_tx_event_callbacks_t`：
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- :cpp:member:`rmt_tx_event_callbacks_t::on_trans_done` 为“发送完成”的事件设置回调函数，函数原型声明为 :cpp:type:`rmt_tx_done_callback_t`。
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有关 RX 通道支持的事件回调，请参阅 :cpp:type:`rmt_rx_event_callbacks_t`：
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- :cpp:member:`rmt_rx_event_callbacks_t::on_recv_done` 为“接收完成”的事件设置回调函数，函数原型声明为 :cpp:type:`rmt_rx_done_callback_t`。
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也可使用参数 ``user_data``，在 :cpp:func:`rmt_tx_register_event_callbacks` 和 :cpp:func:`rmt_rx_register_event_callbacks` 中保存自定义上下文。用户数据将直接传递给每个回调函数。
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.. note::
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"receive-done" 不等同于 "receive-finished". 这个回调函数也可以在 "partial-receive-done" 时间发生的时候被调用。
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在回调函数中可以获取驱动程序在 ``edata`` 中填充的特定事件数据。注意，``edata`` 指针仅在回调的持续时间内有效。
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有关 TX 完成事件数据的定义，请参阅 :cpp:type:`rmt_tx_done_event_data_t`：
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- :cpp:member:`rmt_tx_done_event_data_t::num_symbols` 表示已发送的 RMT 符号数量，也反映了编码数据大小。注意，该值还考虑了由驱动程序附加的 ``EOF`` 符号，该符号标志着一次事务的结束。
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有关 RX 完成事件数据的定义，请参阅 :cpp:type:`rmt_rx_done_event_data_t`：
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- :cpp:member:`rmt_rx_done_event_data_t::received_symbols` 指向接收到的 RMT 符号，这些符号存储在 :cpp:func:`rmt_receive` 函数的 ``buffer`` 参数中，在回调函数返回前不应释放此接收缓冲区。如果你还启用了部分接收的功能，则这个用户缓冲区会被用作“二级缓冲区”，其中的内容可以被随后传入的数据覆盖。在这种情况下，如果你想要保存或者稍后处理一些数据，则需要将接收到的数据复制到其他位置。
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- :cpp:member:`rmt_rx_done_event_data_t::num_symbols` 表示接收到的 RMT 符号数量，该值不会超过 :cpp:func:`rmt_receive` 函数的 ``buffer_size`` 参数。如果 ``buffer_size`` 不足以容纳所有接收到的 RMT 符号，驱动程序将只保存缓冲区能够容纳的最大数量的符号，并丢弃或忽略多余的符号。
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- :cpp:member:`rmt_rx_done_event_data_t::is_last` 指示收到的数据包是否是当前的接收任务中的最后一个。这个标志在你使能 :cpp:member:`rmt_receive_config_t::extra_flags::en_partial_rx` 部分接收功能时非常有用。
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.. _rmt-enable-and-disable-channel:
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启用及禁用通道
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在发送或接收 RMT 符号前，应预先调用 :cpp:func:`rmt_enable`。启用 TX 通道会启用特定中断，并使硬件准备发送事务。启用 RX 通道也会启用中断，但由于传入信号的特性尚不明确，接收器不会在此时启动，而是在 :cpp:func:`rmt_receive` 中启动。
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相反，:cpp:func:`rmt_disable` 会禁用中断并清除队列中的中断，同时禁用发射器和接收器。
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.. code:: c
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_enable(tx_chan));
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_enable(rx_chan));
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.. _rmt-initiate-tx-transaction:
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发起 TX 事务
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RMT 是一种特殊的通信外设，无法像 SPI 和 I2C 那样发送原始字节流，只能以 :cpp:type:`rmt_symbol_word_t` 格式发送数据。然而，硬件无法将用户数据转换为 RMT 符号，该转换只能通过 RMT 编码器在软件中完成。编码器将用户数据编码为 RMT 符号，随后写入 RMT 内存块或 DMA 缓冲区。有关创建 RMT 编码器的详细信息，请参阅 :ref:`rmt-rmt-encoder`。
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获取编码器后，调用 :cpp:func:`rmt_transmit` 启动 TX 事务，该函数会接收少数位置参数，如通道句柄、编码器句柄和有效负载缓冲区。此外，还需要在 :cpp:type:`rmt_transmit_config_t` 中提供专用于发送的配置，具体如下：
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- :cpp:member:`rmt_transmit_config_t::loop_count` 设置发送的循环次数。在发射器完成一轮发送后，如果该值未设置为零，则再次启动相同的发送程序。由于循环由硬件控制，RMT 通道可以在几乎不需要 CPU 干预的情况下，生成许多周期性序列。
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- 将 :cpp:member:`rmt_transmit_config_t::loop_count` 设置为 ``-1``，会启用无限循环发送机制，此时，除非手动调用 :cpp:func:`rmt_disable`，否则通道不会停止，也不会生成“完成发送”事件。
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- 将 :cpp:member:`rmt_transmit_config_t::loop_count` 设置为正数，意味着迭代次数有限。此时，“完成发送”事件在指定的迭代次数完成后发生。
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.. note::
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注意，不是所有 ESP 芯片都支持 **循环发送** 功能，在配置此选项前，请参阅 [`TRM <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#rmt>`__]。若所选芯片不支持配置此选项，可能会报告 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_SUPPORTED` 错误。
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- :cpp:member:`rmt_transmit_config_t::eot_level` 设置发射器完成工作时的输出电平，该设置同时适用于调用 :cpp:func:`rmt_disable` 停止发射器工作时的输出电平。
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- :cpp:member:`rmt_transmit_config_t::queue_nonblocking` 设置当传输队列满的时候该函数是否需要等待。如果该值设置为 ``true`` 那么当遇到队列满的时候，该函数会立即返回错误代码 :c:macro:`ESP_ERR_INVALID_STATE`。否则，函数会阻塞当前线程，直到传输队列有空档。
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.. note::
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如果将 :cpp:member:`rmt_transmit_config_t::loop_count` 设置为非零值，即启用循环功能，则传输的大小将受到限制。编码的 RMT 符号不应超过 RMT 硬件内存块容量，否则会出现类似 ``encoding artifacts can't exceed hw memory block for loop transmission`` 的报错信息。如需通过循环启动大型事务，请尝试以下任一方法：
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- 增加 :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::mem_block_symbols`。若此时启用了 DMA 后端，该方法将失效。
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- 自定义编码器，并在编码函数中构造一个无限循环，详情请参阅 :ref:`rmt-rmt-encoder`。
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:cpp:func:`rmt_transmit` 会在其内部构建一个事务描述符，并将其发送到作业队列中，该队列将在 ISR 中调度。因此，在 :cpp:func:`rmt_transmit` 返回时，事务可能尚未启动。为确保完成所有挂起的事务，请调用 :cpp:func:`rmt_tx_wait_all_done`。
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.. _rmt-multiple-channels-simultaneous-transmission:
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多通道同时发送
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在一些实时控制应用程序中，启动多个 TX 通道（例如使两个器械臂同时移动）时，应避免出现任何时间漂移。为此，RMT 驱动程序可以创建 **同步管理器** 帮助管理该过程。在驱动程序中，同步管理器为 :cpp:type:`rmt_sync_manager_handle_t`。RMT 同步发送过程如下图所示：
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.. figure:: /../_static/rmt_tx_sync.png
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:align: center
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:alt: RMT TX Sync
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RMT TX 同步发送
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安装 RMT 同步管理器
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要创建同步管理器，应预先在 :cpp:type:`rmt_sync_manager_config_t` 中指定要管理的通道：
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- :cpp:member:`rmt_sync_manager_config_t::tx_channel_array` 指向要管理的 TX 通道数组。
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- :cpp:member:`rmt_sync_manager_config_t::array_size` 设置要管理的通道数量。
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成功调用 :cpp:func:`rmt_new_sync_manager` 函数将返回管理器句柄，该函数也可能因为无效参数等错误而无法调用。在已经安装了同步管理器，且缺少硬件资源来创建另一个管理器时，该函数将报告 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_FOUND` 错误。此外，如果硬件不支持同步管理器，将报告 :c:macro:`ESP_ERR_NOT_SUPPORTED` 错误。在使用同步管理器功能之前，请参阅 [`TRM <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#rmt>`__]。
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发起同时发送
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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在调用 :cpp:member:`rmt_sync_manager_config_t::tx_channel_array` 中所有通道上的 :cpp:func:`rmt_transmit` 前，任何受管理的 TX 通道都不会启动发送机制，而是处于待命状态。由于各通道事务不同，TX 通道通常会在不同的时间完成相应事务，这可能导致无法同步。因此，在重新启动同时发送程序之前，应调用 :cpp:func:`rmt_sync_reset` 函数重新同步所有通道。
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调用 :cpp:func:`rmt_del_sync_manager` 函数可以回收同步管理器，并使通道可以在将来独立启动发送程序。
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.. code:: c
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rmt_channel_handle_t tx_channels[2] = {NULL}; // 声明两个通道
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int tx_gpio_number[2] = {0, 2};
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// 依次安装通道
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for (int i = 0; i < 2; i++) {
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rmt_tx_channel_config_t tx_chan_config = {
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.clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT, // 选择时钟源
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.gpio_num = tx_gpio_number[i], // GPIO 编号
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.mem_block_symbols = 64, // 内存块大小，即 64 * 4 = 256 字节
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.resolution_hz = 1 * 1000 * 1000, // 1 MHz 分辨率
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.trans_queue_depth = 1, // 设置可以在后台挂起的事务数量
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};
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_tx_channel(&tx_chan_config, &tx_channels[i]));
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}
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// 安装同步管理器
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rmt_sync_manager_handle_t synchro = NULL;
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rmt_sync_manager_config_t synchro_config = {
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.tx_channel_array = tx_channels,
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.array_size = sizeof(tx_channels) / sizeof(tx_channels[0]),
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};
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_sync_manager(&synchro_config, &synchro));
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_transmit(tx_channels[0], led_strip_encoders[0], led_data, led_num * 3, &transmit_config));
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// 只有在调用 tx_channels[1] 的 rmt_transmit() 函数返回后，tx_channels[0] 才会开始发送数据。
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_transmit(tx_channels[1], led_strip_encoders[1], led_data, led_num * 3, &transmit_config));
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.. _rmt-initiate-rx-transaction:
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发起 RX 事务
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如 :ref:`rmt-enable-and-disable-channel` 一节所述，仅调用 :cpp:func:`rmt_enable` 时，RX 通道无法接收 RMT 符号。为此，应在 :cpp:type:`rmt_receive_config_t` 中指明传入信号的基本特征：
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- :cpp:member:`rmt_receive_config_t::signal_range_min_ns` 指定高电平或低电平有效脉冲的最小持续时间。如果脉冲宽度小于指定值，硬件会将其视作干扰信号并忽略。
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- :cpp:member:`rmt_receive_config_t::signal_range_max_ns` 指定高电平或低电平有效脉冲的最大持续时间。如果脉冲宽度大于指定值，接收器会将其视作 **停止信号**，并立即生成接收完成事件。
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||
- 如果传入的数据包很长，无法一次性保存在用户缓冲区中，可以通过将 :cpp:member:`rmt_receive_config_t::extra_flags::en_partial_rx` 设置为 ``true`` 来开启部分接收功能。在这种情况下，当用户缓冲区快满的时候，驱动会多次调用 :cpp:member:`rmt_rx_event_callbacks_t::on_recv_done` 回调函数来通知用户去处理已经收到的数据。你可以检查 :cpp:member::`rmt_rx_done_event_data_t::is_last` 的值来了解当前事务是否已经结束。
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根据以上配置调用 :cpp:func:`rmt_receive` 后，RMT 接收器会启动 RX 机制。注意，以上配置均针对特定事务存在，也就是说，要开启新一轮的接收时，需要再次设置 :cpp:type:`rmt_receive_config_t` 选项。接收器会将传入信号以 :cpp:type:`rmt_symbol_word_t` 的格式保存在内部内存块或 DMA 缓冲区中。
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.. only:: SOC_RMT_SUPPORT_RX_PINGPONG
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由于内存块大小有限，RMT 接收器会交替提醒驱动程序将累积的符号复制到外部处理。
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.. only:: not SOC_RMT_SUPPORT_RX_PINGPONG
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由于内存块大小有限，RMT 接收器只能保存长度不超过内存块容量的短帧。硬件会将长帧截断，并由驱动程序报错：``hw buffer too small, received symbols truncated``。
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应在 :cpp:func:`rmt_receive` 函数的 ``buffer`` 参数中提供复制目标。如果由于缓冲区大小不足而导致缓冲区溢出，接收器仍可继续工作，但会丢弃溢出的符号，并报告此错误信息： ``user buffer too small, received symbols truncated``。请注意 ``buffer`` 参数的生命周期，确保在接收器完成或停止工作前不会回收缓冲区。
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当接收器完成工作，即接收到持续时间大于 :cpp:member:`rmt_receive_config_t::signal_range_max_ns` 的信号时，驱动程序将停止接收器。如有需要，应再次调用 :cpp:func:`rmt_receive` 重新启动接收器。在 :cpp:member:`rmt_rx_event_callbacks_t::on_recv_done` 的回调中可以获取接收到的数据。要获取更多有关详情，请参阅 :ref:`rmt-register-event-callbacks`。
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.. code:: c
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static bool example_rmt_rx_done_callback(rmt_channel_handle_t channel, const rmt_rx_done_event_data_t *edata, void *user_data)
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{
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BaseType_t high_task_wakeup = pdFALSE;
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QueueHandle_t receive_queue = (QueueHandle_t)user_data;
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// 将接收到的 RMT 符号发送到解析任务的消息队列中
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xQueueSendFromISR(receive_queue, edata, &high_task_wakeup);
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// 返回是否唤醒了任何任务
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return high_task_wakeup == pdTRUE;
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}
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QueueHandle_t receive_queue = xQueueCreate(1, sizeof(rmt_rx_done_event_data_t));
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||
rmt_rx_event_callbacks_t cbs = {
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.on_recv_done = example_rmt_rx_done_callback,
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||
};
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_rx_register_event_callbacks(rx_channel, &cbs, receive_queue));
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||
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// 以下时间要求均基于 NEC 协议
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rmt_receive_config_t receive_config = {
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.signal_range_min_ns = 1250, // NEC 信号的最短持续时间为 560 µs，由于 1250 ns < 560 µs，有效信号不会视为噪声
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||
.signal_range_max_ns = 12000000, // NEC 信号的最长持续时间为 9000 µs，由于 12000000 ns > 9000 µs，接收不会提前停止
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||
};
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rmt_symbol_word_t raw_symbols[64]; // 64 个符号应足够存储一个标准 NEC 帧的数据
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// 准备开始接收
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ESP_ERROR_CHECK(rmt_receive(rx_channel, raw_symbols, sizeof(raw_symbols), &receive_config));
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||
// 等待 RX 完成信号
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rmt_rx_done_event_data_t rx_data;
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||
xQueueReceive(receive_queue, &rx_data, portMAX_DELAY);
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||
// 解析接收到的符号数据
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example_parse_nec_frame(rx_data.received_symbols, rx_data.num_symbols);
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.. _rmt-rmt-encoder:
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RMT 编码器
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RMT 编码器是 RMT TX 事务的一部分，用于在特定时间生成正确的 RMT 符号，并将其写入硬件内存或 DMA 缓冲区。对于编码函数，存在以下特殊限制条件：
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- 由于目标 RMT 内存块无法一次性容纳所有数据，在单个事务中，须多次调用编码函数。为突破这一限制，可以采用 **交替** 方式，将编码会话分成多个部分。为此，编码器需要 **记录其状态**，以便从上一部分编码结束之处继续编码。
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- 编码函数在 ISR 上下文中运行。为加快编码会话，建议将编码函数放入 IRAM，这也有助于避免在编码过程中出现 cache 失效的情况。
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为帮助用户更快速地上手 RMT 驱动程序，该程序默认提供了一些常用编码器，可以单独使用，也可以链式组合成新的编码器，有关原理请参阅 `组合模式 <https://en.wikipedia.org/wiki/Composite_pattern>`__。驱动程序在 :cpp:type:`rmt_encoder_t` 中定义了编码器接口，包含以下函数：
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- :cpp:member:`rmt_encoder_t::encode` 是编码器的基本函数，编码会话即在此处进行。
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- 在单个事务中，可能会多次调用 :cpp:member:`rmt_encoder_t::encode` 函数，该函数会返回当前编码会话的状态。
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- 可能出现的编码状态已在 :cpp:type:`rmt_encode_state_t` 列出。如果返回结果中包含 :cpp:enumerator:`RMT_ENCODING_COMPLETE`，表示当前编码器已完成编码。
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- 如果返回结果中包含 :cpp:enumerator:`RMT_ENCODING_MEM_FULL`，表示保存编码数据的空间不足，需要从当前会话中退出。
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- :cpp:member:`rmt_encoder_t::reset` 会将编码器重置为初始状态（编码器有其特定状态）。
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- 如果在未重置 RMT 发射器对应编码器的情况下，手动停止 RMT 发射器，随后的编码会话将报错。
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- 该函数也会在 :cpp:func:`rmt_disable` 中隐式调用。
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- :cpp:member:`rmt_encoder_t::del` 可以释放编码器分配的资源。
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拷贝编码器
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~~~~~~~~~~~~
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调用 :cpp:func:`rmt_new_copy_encoder` 可以创建拷贝编码器，将 RMT 符号从用户空间复制到驱动程序层。拷贝编码器通常用于编码 ``const`` 数据，即初始化后在运行时不会发生更改的数据，如红外协议中的前导码。
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调用 :cpp:func:`rmt_new_copy_encoder` 前，应预先提供配置结构体 :cpp:type:`rmt_copy_encoder_config_t`。目前，该配置保留用作未来的扩展功能，暂无具体用途或设置项。
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字节编码器
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~~~~~~~~~~~~~
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调用 :cpp:func:`rmt_new_bytes_encoder` 可以创建字节编码器，将用户空间的字节流动态转化成 RMT 符号。字节编码区通常用于编码动态数据，如红外协议中的地址和命令字段。
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调用 :cpp:func:`rmt_new_bytes_encoder` 前，应预先提供配置结构体 :cpp:type:`rmt_bytes_encoder_config_t`，具体配置如下：
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- :cpp:member:`rmt_bytes_encoder_config_t::bit0` 和 :cpp:member:`rmt_bytes_encoder_config_t::bit1` 为必要项，用于告知编码器如何以 :cpp:type:`rmt_symbol_word_t` 格式表示零位和一位。
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- :cpp:member:`rmt_bytes_encoder_config_t::msb_first` 设置各字节的位编码。如果设置为真，编码器将首先编码 **最高有效位**，否则将首先编码 **最低有效位**。
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除驱动程序提供的原始编码器外，也可以将现有编码器链式组合成自定义编码器。常见编码器链如下图所示：
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.. blockdiag:: /../_static/diagrams/rmt/rmt_encoder_chain.diag
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:caption: RMT 编码器链
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:align: center
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自定义 NEC 协议的 RMT 编码器
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本节将演示编写 NEC 编码器的流程。NEC 红外协议使用脉冲距离编码来发送消息位，每个脉冲突发的持续时间为 ``562.5 µs``，逻辑位发送详见下文。注意，各字节的最低有效位会优先发送。
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- 逻辑 ``0``：``562.5 µs`` 的脉冲突发后有 ``562.5 µs`` 的空闲时间，总发送时间为 ``1.125 ms``
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- 逻辑 ``1``：``562.5 µs`` 的脉冲突发后有 ``1.6875 ms`` 的空闲时间，总发送时间为 ``2.25 ms``
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在遥控器上按下某个按键时，将按以下顺序发送有关信号：
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.. figure:: /../_static/ir_nec.png
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:align: center
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:alt: 红外 NEC 帧
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红外 NEC 帧
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- ``9 ms`` 的引导脉冲发射，也称为 AGC 脉冲
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- ``4.5 ms`` 的空闲时间
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- 接收设备的 8 位地址
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- 地址的 8 位逻辑反码
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- 8 位命令
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- 命令的 8 位逻辑反码
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- 最后的 ``562.5 µs`` 脉冲突发，表示消息发送结束
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随后可以按相同顺序构建 NEC :cpp:member:`rmt_encoder_t::encode` 函数，例如
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.. code:: c
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// 红外 NEC 扫码表示法
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typedef struct {
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uint16_t address;
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uint16_t command;
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} ir_nec_scan_code_t;
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// 通过组合原始编码器构建编码器
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typedef struct {
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rmt_encoder_t base; // 基础类 "class" 声明了标准编码器接口
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rmt_encoder_t *copy_encoder; // 使用拷贝编码器来编码前导码和结束码
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||
rmt_encoder_t *bytes_encoder; // 使用字节编码器来编码地址和命令数据
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||
rmt_symbol_word_t nec_leading_symbol; // 使用 RMT 表示的 NEC 前导码
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||
rmt_symbol_word_t nec_ending_symbol; // 使用 RMT 表示的 NEC 结束码
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||
int state; // 记录当前编码状态,即所处编码阶段
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||
} rmt_ir_nec_encoder_t;
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||
|
||
static size_t rmt_encode_ir_nec(rmt_encoder_t *encoder, rmt_channel_handle_t channel, const void *primary_data, size_t data_size, rmt_encode_state_t *ret_state)
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||
{
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||
rmt_ir_nec_encoder_t *nec_encoder = __containerof(encoder, rmt_ir_nec_encoder_t, base);
|
||
rmt_encode_state_t session_state = RMT_ENCODING_RESET;
|
||
rmt_encode_state_t state = RMT_ENCODING_RESET;
|
||
size_t encoded_symbols = 0;
|
||
ir_nec_scan_code_t *scan_code = (ir_nec_scan_code_t *)primary_data;
|
||
rmt_encoder_handle_t copy_encoder = nec_encoder->copy_encoder;
|
||
rmt_encoder_handle_t bytes_encoder = nec_encoder->bytes_encoder;
|
||
switch (nec_encoder->state) {
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||
case 0: // 发送前导码
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||
encoded_symbols += copy_encoder->encode(copy_encoder, channel, &nec_encoder->nec_leading_symbol,
|
||
sizeof(rmt_symbol_word_t), &session_state);
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_COMPLETE) {
|
||
nec_encoder->state = 1; // 只有在当前编码器完成工作时才能切换到下一个状态
|
||
}
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_MEM_FULL) {
|
||
state |= RMT_ENCODING_MEM_FULL;
|
||
goto out; // 如果没有足够的空间来存放其他编码相关的数据，程序会暂停当前操作，并跳转到指定位置继续执行。
|
||
}
|
||
// 继续执行
|
||
case 1: // 发送地址
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||
encoded_symbols += bytes_encoder->encode(bytes_encoder, channel, &scan_code->address, sizeof(uint16_t), &session_state);
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_COMPLETE) {
|
||
nec_encoder->state = 2; // 只有在当前编码器完成工作时才能切换到下一个状态
|
||
}
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_MEM_FULL) {
|
||
state |= RMT_ENCODING_MEM_FULL;
|
||
goto out; // 如果没有足够的空间来存放其他编码相关的数据，程序会暂停当前操作，并跳转到指定位置继续执行。
|
||
}
|
||
// 继续执行
|
||
case 2: // 发送命令
|
||
encoded_symbols += bytes_encoder->encode(bytes_encoder, channel, &scan_code->command, sizeof(uint16_t), &session_state);
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_COMPLETE) {
|
||
nec_encoder->state = 3; // 只有在当前编码器完成工作时才能切换到下一个状态
|
||
}
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_MEM_FULL) {
|
||
state |= RMT_ENCODING_MEM_FULL;
|
||
goto out; // 如果没有足够的空间来存放其他编码相关的数据，程序会暂停当前操作，并跳转到指定位置继续执行。
|
||
}
|
||
// 继续执行
|
||
case 3: // 发送结束码
|
||
encoded_symbols += copy_encoder->encode(copy_encoder, channel, &nec_encoder->nec_ending_symbol,
|
||
sizeof(rmt_symbol_word_t), &session_state);
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_COMPLETE) {
|
||
nec_encoder->state = RMT_ENCODING_RESET; // 返回初始编码会话
|
||
state |= RMT_ENCODING_COMPLETE; // 告知调用者 NEC 编码已完成
|
||
}
|
||
if (session_state & RMT_ENCODING_MEM_FULL) {
|
||
state |= RMT_ENCODING_MEM_FULL;
|
||
goto out; // 如果没有足够的空间来存放其他编码相关的数据，程序会暂停当前操作，并跳转到指定位置继续执行。
|
||
}
|
||
}
|
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out:
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||
*ret_state = state;
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return encoded_symbols;
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||
}
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完整示例代码存放在 :example:`peripherals/rmt/ir_nec_transceiver` 目录下。以上代码片段使用了 ``switch-case`` 和一些 ``goto`` 语句实现了一个 `有限状态机 <https://en.wikipedia.org/wiki/Finite-state_machine>`__，借助此模式可构建更复杂的红外协议。
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.. _rmt-power-management:
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电源管理
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通过 :ref:`CONFIG_PM_ENABLE` 选项启用电源管理时，系统会在进入 Light-sleep 模式前调整 APB 频率。该操作可能改变 RMT 内部计数器的分辨率。
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然而，驱动程序可以通过获取 :cpp:enumerator:`ESP_PM_APB_FREQ_MAX` 类型的电源管理锁，防止系统改变 APB 频率。每当驱动创建以 :cpp:enumerator:`RMT_CLK_SRC_APB` 作为时钟源的 RMT 通道时，都会在通过 :cpp:func:`rmt_enable` 启用通道后获取电源管理锁。反之，调用 :cpp:func:`rmt_disable` 时，驱动程序释放锁。这也意味着 :cpp:func:`rmt_enable` 和 :cpp:func:`rmt_disable` 应成对出现。
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||
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||
如果将通道时钟源设置为其他选项，如 :cpp:enumerator:`RMT_CLK_SRC_XTAL`，则驱动程序不会为其安装电源管理锁。对于低功耗应用程序来说，只要时钟源仍然可以提供足够的分辨率，不安装电源管理锁更为合适。
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.. _rmt-iram-safe:
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IRAM 安全
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默认情况下，禁用 cache 时，写入/擦除主 flash 等原因将导致 RMT 中断延迟，事件回调函数也将延迟执行。在实时应用程序中，应避免此类情况。此外，当 RMT 事务依赖 **交替** 中断连续编码或复制 RMT 符号时，上述中断延迟将导致不可预测的结果。
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||
因此，可以启用 Kconfig 选项 :ref:`CONFIG_RMT_ISR_IRAM_SAFE`，该选项：
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1. 支持在禁用 cache 时启用所需中断
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2. 支持将 ISR 使用的所有函数存放在 IRAM 中 [2]_
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3. 支持将驱动程序实例存放在 DRAM 中，以防其意外映射到 PSRAM 中
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启用该选项可以保证 cache 禁用时的中断运行，但会相应增加 IRAM 占用。
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||
另外一个 Kconfig 选项 :ref:`CONFIG_RMT_RECV_FUNC_IN_IRAM` 可以将 :cpp:func:`rmt_receive` 函数放进内部的 IRAM 中，从而当 flash cache 被关闭的时候，这个函数也能够被使用。
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.. _rmt-thread-safety:
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线程安全
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^^^^^^^^^^^^^
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RMT 驱动程序会确保工厂函数 :cpp:func:`rmt_new_tx_channel`、:cpp:func:`rmt_new_rx_channel` 和 :cpp:func:`rmt_new_sync_manager` 的线程安全。使用时，可以直接从不同的 RTOS 任务中调用此类函数，无需额外锁保护。
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||
其他以 :cpp:type:`rmt_channel_handle_t` 和 :cpp:type:`rmt_sync_manager_handle_t` 作为第一个位置参数的函数均非线程安全，在没有设置互斥锁保护的任务中，应避免从多个任务中调用这类函数。
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以下函数允许在 ISR 上下文中使用：
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- :cpp:func:`rmt_receive`
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.. _rmt-kconfig-options:
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Kconfig 选项
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- :ref:`CONFIG_RMT_ISR_IRAM_SAFE` 控制默认 ISR 处理程序能否在禁用 cache 的情况下工作。详情请参阅 :ref:`rmt-iram-safe`。
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- :ref:`CONFIG_RMT_ENABLE_DEBUG_LOG` 用于启用调试日志输出，启用此选项将增加固件的二进制文件大小。
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||
- :ref:`CONFIG_RMT_RECV_FUNC_IN_IRAM` 用于控制 RMT 接收函数被链接到系统存储的哪个位置（IRAM 还是 Flash）。详情请参阅 :ref:`rmt-iram-safe`。
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应用示例
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* 基于 RMT 的 RGB LED 灯带自定义编码器：:example:`peripherals/rmt/led_strip`
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* RMT 红外 NEC 协议的编码与解码：:example:`peripherals/rmt/ir_nec_transceiver`
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* 队列中的 RMT 事务：:example:`peripherals/rmt/musical_buzzer`
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* 基于 RMT 的步进电机与 S 曲线算法：: :example:`peripherals/rmt/stepper_motor`
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||
* 用于驱动 DShot ESC 的 RMT 无限循环：:example:`peripherals/rmt/dshot_esc`
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* 模拟 1-wire 协议的 RMT 实现（以 DS18B20 为例）：:example:`peripherals/rmt/onewire`
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FAQ
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* RMT 编码器为什么会产生比预期更多的数据？
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RMT 编码在 ISR 上下文中发生。如果 RMT 编码会话耗时较长（例如，记录调试信息），或者由于中断延迟导致编码会话延迟执行，则传输速率可能会超过编码速率。此时，编码器无法及时准备下一组数据，致使传输器再次发送先前的数据。由于传输器无法停止并等待，可以通过以下方法来缓解此问题：
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- 增加 :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::mem_block_symbols` 的值，步长为 {IDF_TARGET_SOC_RMT_MEM_WORDS_PER_CHANNEL}。
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- 将编码函数放置在 IRAM 中。
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- 如果所用芯片支持 :cpp:member:`rmt_tx_channel_config_t::with_dma`，请启用该选项。
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API 参考
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.. include-build-file:: inc/rmt_tx.inc
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.. include-build-file:: inc/rmt_rx.inc
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.. include-build-file:: inc/rmt_common.inc
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||
.. include-build-file:: inc/rmt_encoder.inc
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||
.. include-build-file:: inc/components/esp_driver_rmt/include/driver/rmt_types.inc
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||
.. include-build-file:: inc/components/hal/include/hal/rmt_types.inc
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.. [1]
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不同 ESP 芯片系列可能具有不同数量的 RMT 通道，详情请参阅 [`TRM <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#rmt>`__]。驱动程序对通道申请数量不做限制，但当硬件资源用尽时，驱动程序将返回错误。因此，每次进行 :ref:`rmt-resource-allocation` 时，请注意检查返回值。
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.. [2]
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注意，回调函数（如 :cpp:member:`rmt_tx_event_callbacks_t::on_trans_done`）及回调函数所调用的函数也应位于 IRAM 中。
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