代码收藏家技术教程 2024-03-05

简明易懂的STM32 DMA入门指南

什么是DMA

DMA，全称直接存储器访问（Direct Memory Access），是一种允许硬件子系统直接读写系统内存的技术，无需中央处理单元（CPU）的介入。下面是DMA的工作原理概述：
数据传输触发：DMA传输可以由CPU指令触发，也可以由硬件事件（如一个外设准备好数据）自动触发。
外设和内存之间的数据交换：一旦DMA传输开始，DMA控制器会将数据从源地址直接传送到目的地址。源地址常常是外设的数据寄存器，目的地址通常是内存中的一个缓冲区；反之亦然。
CPU解放：在没有DMA的情况下，CPU需要执行多个指令来完成数据的传送，包括数据的读取和写入操作。当使用DMA时，CPU只需初始化传输，之后DMA控制器将自动处理数据传送，CPU则可以执行其他任务。
传输完成中断：当所有数据都被传输至目的地之后，DMA控制器会向CPU发送一个中断信号。这个中断告知CPU数据已经成功传输完毕，CPU随后可以进行后续处理，比如停止DMA，处理数据，或重新初始化另一次DMA传输。
优先级和通道：DMA控制器可能有多个通道，每个通道可以独立配置并与特定的外设关联。在多通道DMA系统中，可能会有优先级设置，以决定哪个DMA请求被优先处理。
DMA是提高数据传输效率、减少CPU负荷、优化系统性能的有效手段，特别是在处理高速数据流或频繁数据传输时。在嵌入式系统和计算机架构中，有了DMA，CPU就可以更有效地处理逻辑计算和数据处理任务，而不是花费大量时间在数据移动上。

DMA可以用于哪些数据传输方式？

DMA 可以用于多种数据传输方式，包括：
1、内存到内存：数据可以直接从一个内存地址复制到另一个内存地址，无需CPU的介入。
2、外设到内存：数据从外设（如ADC，UART接收缓冲区，SPI等）直接传输到内存。这通常用于从外设读取数据时。
3、内存到外设：数据从内存直接传输到外设（如DAC，UART发送缓冲区，SPI等）。这通常在向外设写入数据时使用。
4、外设到外设：虽然不是所有DMA控制器都支持这个功能，但有些高级系统允许直接从一个外设到另一个外设的数据传输，不经过内存。
这些传输方式中，最常见的使用场景是外设到内存和内存到外设。因为这可以大幅度减轻CPU的工作负担，尤其是在数据流量较大时，如从网络接口接收数据包，或向图形处理器发送图像数据。

DMA初始化的步骤有哪些？

DMA初始化的步骤通常如下所示：
1、DMA控制器时钟使能：
通过 RCC（Reset and Clock Control）模块使能 DMA 控制器的时钟。
2、DMA通道配置：
a、为目标 DMA 通道配置传输方向（从内存到外设、从外设到内存或者内存到内存）。
b、设置源地址和目的地址及其增量模式（地址在传输后是否递增）。
c、配置数据大小（传输的数据宽度，一般为8位、16位或32位）。
d、设定传输数据的数量（数据块大小）。
3、外设配置：
如果外设（如 ADC, UART, SPI）使用 DMA 进行数据传输，需要在外设的配置中使能相应的 DMA 传输请求。
4、中断配置（可选）：
根据实际需要，可以配置并使能传输完成、半传输完成及传输错误中断。
5、DMA流控制（如果适用）：
在某些情况下，特别是在使用双缓冲或循环模式时，可能需要配置 DMA 流控制。
6、启动DMA传输：
使用相应的库函数或直接通过控制寄存器启动 DMA 传输。

重要寄存器

STM32微控制器中的DMA（直接存储器访问）寄存器包括几组关键的控制和状态寄存器，用于管理和监控DMA的操作。具体的寄存器会根据STM32的不同系列及其内部架构的差异而有所不同，但一般而言，一个DMA通道会涉及以下几个主要寄存器：
1、DMA控制寄存器 (DMA_CCRx)：
控制传输的基本配置，包括传输方向、传输模式（正常或循环模式）、优先级、内存和外设大小、内存增量模式、外设增量模式等。
2、DMA数量寄存器 (DMA_CNDTRx)：
包含被传输数据的数量。一次DMA操作开始前，此寄存器需要被加载。
3、DMA外设地址寄存器 (DMA_CPARx)：
保存外部外设的基地址。
4、DMA内存地址寄存器 (DMA_CMARx)：
保存内存的基地址。这是数据要被传输到或从中传输出的内存位置。
5、DMA状态寄存器 (DMA_ISR)：
表示每个通道的状态，包括传输完成、半传输、传输错误和全局中断标志。
6、DMA标志清除寄存器 (DMA_IFCR)：
用于清除特定通道的中断标志位。

DMA的状态寄存器具体表示了哪些通道的状态？

DMA的状态寄存器提供了关于各通道传输状态的具体信息，主要包括：
1、传输完成（TC）：指示相应DMA通道是否已经完成所配置的数据传输任务。
2、半传输（HT）：指示相应DMA通道是否已经完成一半的数据传输（对于某些应用可能需要在传输一半时进行处理）。
3、传输错误（TE）：如果DMA通道在传输过程中遇到错误，该标志会被置位。
这些状态可以用来触发中断服务程序（Interrupt Service Routines, ISRs), 允许软件响应DMA传输的完成或错误。开发者通常会在对应的中断处理函数中检查这些状态，以确定传输是否成功，或者是否需要采取措施来处理错误情况。

DMA的中断服务程序是如何触发的？

DMA的中断服务程序（ISR）是通过设置DMA控制寄存器中的中断使能位来触发的。具体触发步骤如下：
1、使能中断：在初始化DMA时，你需要在DMA通道的控制寄存器（DMA_CCRx）中使能传输完成中断、半完成中断和/或传输错误中断。
2、配置NVIC：在嵌套向量中断控制器（NVIC）中，你需要为对应的DMA通道中断配置优先级，并使能中断。
3、中断发生：
a、当DMA传输完指定数量的数据后，如果启用了传输完成中断，DMA控制器将设置状态寄存器（DMA_ISR）的传输完成标志（TC）。
b、如果启用了半传输中断，当传输完成一半的数据量时，DMA控制器将设置状态寄存器的半传输完成标志（HT）。
c、如果在传输过程中发生任何错误，如FIFO溢出或者总线错误等，DMA控制器将设置状态寄存器的传输错误标志（TE）。
4、中断处理：一旦相应的标志位被置位，如果NVIC中对应的中断已使能，CPU将暂停当前任务，跳转到对应的中断服务程序执行中断处理代码。
5、中断标志清除：在中断服务程序中，需要手动清除DMA的状态寄存器中的中断标志位，以防止重复进入中断服务程序。
通过以上步骤，STM32 中的DMA中断服务程序可以在特定的事件发生时被触发，以便进行如数据处理、错误处理等操作。

代码演示

下面是一个简单的STM32程序例子，用于演示如何使用DMA将数据从一个数组复制到另一个数组（内存到内存的DMA传输）

#include "stm32f4xx.h"
// 定义数组大小
#define ARRAYSIZE 5
// 定义源数组和目标数组
uint32_t srcArray[ARRAY_SIZE] = {1, 2, 3, 4, 5};
uint32_t destArray[ARRAY_SIZE] = {0, 0, 0, 0, 0};
void DMA_Config(void)
{
    // 手动使能DMA1时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);
    // 创建DMA初始化结构体并填入配置
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    DMA_DeInit(DMA1_Stream0);  // 将DMA Stream恢复到初始状态
    DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0; 
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&srcArray;  // 设置DMA源地址
    DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)&destArray;    // 设置DMA目标地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToMemory;  // 设置内存到内存模式
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ARRAY_SIZE;  // 传输的数据大小
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable;   // 外设地址递增
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;   // 内存地址递增
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word; // 32位数据宽度
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Word; // 32位数据宽度
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;   // 设置为正常模式
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Low; // 设置优先级为低
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;  // FIFO模式禁用
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull; // FIFO阈值设置
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single; // 单次突发模式
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single; // 单次突发模式
    // 初始化DMA
    DMA_Init(DMA1_Stream0, &DMA_InitStructure);
    // 使能DMA流
    DMA_Cmd(DMA1_Stream0, ENABLE);
    // 如果都是定期的规律的检查传输状态，可以留空这里
    // 如果你需要传输完成的通知，可能需要使用中断和相应的服务函数
}
int main(void)
{
    // 系统初始化
    SystemInit();
    // 配置DMA
    DMA_Config();
    // 在这里，我们假定系统只是简单地执行一次内存到内存的复制
    // 复制完后，可以添加代码检查destArray数组中的值
    // 这里以简单的检查第一个元素是否等于1为例
    if (destArray[0] == 1)
    {
        // 如果传输成功，将会进入到这里
    }
    // 主循环，程序可以继续执行或者进入睡眠
    while (1)
    {
    }
}

作者：石头嵌入式