代码收藏家技术教程 2023-09-23

深入解析STM32中的DMA技术

DMA简介

DMA 全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。

DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实现和完成的。

DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场过程，通过硬件为RAM和IO设备开辟一条直接传输数据的通道，使得CPU的效率大大提高。

存取方向：存储器和存储器间的传输、外设和存储器、存储器和外设之间的传输

DMA作用：为CPU减负。

STM32最多有2个DMA控制器（DMA2仅存在大容量产品中）。DMA1有7个通道。DMA2有5个通道。每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。

有一个仲裁器来协调各个DMA请求的优先权。在同一个DMA模块上，多个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级：很高、高、中等和低)，优先权设置相等时由硬件决定(请求0优先于请求1，依此类推) 。

独立数据源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字)，模拟打包和拆包的过程。源和目标地址必须按数据传输宽度对齐。

每个通道都有3个事件标志(DMA 半传输，DMA传输完成和DMA传输出错)，这3个事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求。

DMA2仅存在于大容量产品和互联型产品。

SPI/I2S3、UART4、TIM5、TIM6、TIM7和DAC的DMA请求仅存在于大容量产品和互联型产品。

ADC3、SDIO和TIM8的DMA请求仅存在于大容量产品。

此表说明DMA1外设与通道的映射关系，

DMA系统框图

通过框图掌握DMA工作流程、功能

DMA处理流程

在发生一个事件后，外设向DMA控制器发送一个请求信号。DMA控制器根据通道的优先权处理请求。当DMA控制器开始访问发出请求的外设时，DMA控制器立即发送给它一个应答信号。当从DMA控制器得到应答信号时，外设立即释放它的请求。一旦外设释放了这个请求，DMA控制器同时撤销应答信号。如果有更多的请求时，外设可以启动下一个周期。
总之，每次DMA传送由3个操作组成：
● 从外设数据寄存器或者从当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址取数据，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元。
● 存数据到外设数据寄存器或者当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元。
● 执行一次DMA_CNDTRx寄存器的递减操作，该寄存器包含未完成的操作数目。
数据传输方向

仲裁器：通道的优先级

仲裁器根据通道请求的优先级来启动外设/存储器的访问。在使用2个及以上通道时使用
优先权管理分2个阶段：
● 软件：每个通道的优先权可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级：
─ 最高优先级
─ 高优先级
─ 中等优先级
─ 低优先级
● 硬件：如果2个请求有相同的软件优先级，则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优
先权。举个例子，通道2优先于通道4。
注意：在大容量产品和互联型产品中，DMA1控制器拥有高于DMA2控制器的优先级

DMA 通道详解

DMA 传输数据总量

每个通道都可以在有固定地址的外设寄存器和存储器地址之间执行DMA传输。DMA传输的数据量是可编程的，最大达到65535。包含要传输的数据项数量的寄存器，在每次传输后递减。

数据传输宽度

外设与存储器的数据传输宽度的设置：

当PSIZE和MSIZE不相同时，DMA模块按照下表进行数据对齐。见参考手册表57。

指针增量

通过设置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC标志位，外设和存储器的指针在每次传输后可以有选择地完成自动增量。

当设置为增量模式时，下一个要传输的地址将是前一个地址加上增量值，增量值取决于所选的数据宽度为1、2或4。第一个传输的地址是存放在DMA_CPARx /DMA_CMARx寄存器中地址。

在传输过程中，这些DMA_CPARx /DMA_CMARx寄存器保持它们初始的数值，软件不能改变和读出当前正在传输的地址(它在内部的当前外设/存储器地址寄存器中)。

当通道配置为非循环模式时，传输结束后(即传输计数变为0)将不再产生DMA操作。要开始新的DMA传输，需要在关闭DMA通道的情况下，在DMA_CNDTRx寄存器中重新写入传输数目。

在循环模式下，最后一次传输结束时，DMA_CNDTRx寄存器的内容会自动地被重新加载为其初始数值，内部的当前外设/存储器地址寄存器也被重新加载为DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器设定的初始基地址。

循环模式（数据传输模式）

数据传输可以是单次传输也可以是循环不间断的传输，循环模式用于处理循环缓冲区和连续的数据传输(如ADC的扫描模式)。在DMA_CCRx寄存器中的CIRC位用于开启这一功能。当启动了循环模式，数据传输的数目变为0时，将会自动地被恢复成配置通道时设置的初值，DMA操作将会继续进行。

存储器到存储器模式（传输方向）

DMA的传输大部分是外设与存储器间的传输也可以是存储器与存储器间的传输，DMA通道的操作可以在没有外设请求的情况下进行，这种操作就是存储器到存储器模式。当设置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在软件设置了DMA_CCRx寄存器中的EN位启动DMA通道时，DMA传输将马上开始。当DMA_CNDTRx寄存器变为0时，DMA传输结束。存储器到存储器模式不能与循环模式同时使用。

通道配置过程

下面是配置DMA通道x的过程(x代表通道号)：

在DMA_CPARx寄存器中设置外设寄存器的地址。发生外设数据传输请求时，这个地址将是数据传输的源或目标。
在DMA_CMARx寄存器中设置数据存储器的地址。发生外设数据传输请求时，传输的数据将从这个地址读出或写入这个地址。
在DMA_CNDTRx寄存器中设置要传输的数据量。在每个数据传输后，这个数值递减。
在DMA_CCRx寄存器的PL[1:0]位中设置通道的优先级。
在DMA_CCRx寄存器中设置数据传输的方向、循环模式、外设和存储器的增量模式、外设和存储器的数据宽度、传输一半产生中断或传输完成产生中断。
设置DMA_CCRx寄存器的ENABLE位，启动该通道。

当传输一半的数据后，半传输标志(HTIF)被置1，当设置了允许半传输中断位(HTIE)时，将产生一个中断请求。在数据传输结束后，传输完成标志(TCIF)被置1，当设置了允许传输完成中断位(TCIE)时，将产生一个中断请求。

DMA中断

每个DMA通道都可以在DMA传输过半、传输完成和传输错误时产生中断。为应用的灵活性考虑，通过设置寄存器的不同位来打开这些中断。
中断向量
相关寄存器如图：
ISR

实验

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA传输
DMA_DeInit(DMA_CHx);   //将DMA的通道1寄存器重设为缺省值
DMA_Init(DMA_CHx, &DMA_InitStructure);
USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);
DMA_Cmd(DMA_CHx, ENABLE);
DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)!=RESET//等待通道4传输完成
DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);//清除通道4传输完成标志
DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4);//得到当前还剩余多少个数据
DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel4,DMA1_MEM_LEN);//设置DMA通道的DMA缓存的大小