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优化STM32的ADC DMA采集效率

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前言

本篇记录关于32的ADC的DMA采集，包含ADC外设配置思路、DMA配置思路，以及标准库和HAL库两个版本的程序实现。

一、ADC配置思路

ADC配置需要考虑哪些呢？首先最先想到的是应该是它需要IO做模拟输入，它有分辨率，采样时间等等的要求，若是多个ADC通道采集，那么还需要考虑不同通道的顺序转换，因为几个通道共用一个ADC外设的DR寄存器。
按照惯例，要使用片上外设，首先是使能相应外设的时钟，使能跟外设有关的IO时钟，配置IO口，配置ADC外设。接着在采集模拟信号之前，别忘了使能ADC，开启转换。

二、DMA配置思路

DMA就是一个直接内存访问控制器，关于它的作用，通俗地讲就是无需CPU就能实现将数据从外设搬到内存；将数据从内存搬到外设；将数据从一个内存搬到另一个内存。那么既然是片上的控制器，使用之前，首先是使能相应的时钟，配置DMA控制器，然后使能控制器让其按配置参数工作。DMA是怎么将ADC的采集数据搬到内存中的呢，什么时候搬？只有在规则通道转换完成之后ADC才会发送DMA请求，这时DMA就开始接锅啦。

三、ADC+DMA程序实现

1.标准库版本

这里我使用的是stm32F103C8T6来写个测试程序。步骤如下：

1.1 配置相关IO口。

我使用ADC1组的IN0~4，IN8，IN9这7个通道来采集模拟信号。对应的引脚是PA0–PA4，PB0,PB1。配置如下：

static void ADC1_GPIO_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	/* 配置IO口为模拟输入 */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 ;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);		
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = 
	GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3| GPIO_Pin_4;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);			
}

1.2 配置ADC

static void ADC1_init(void)
{
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
	/* ADC1配置参数 */
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//独立ADC模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE ; 	 //扫描模式用于多通道采集
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;	//开启连续转换模式，即不停地进行ADC转换
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//不使用外部触发转换
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; 	//采集数据右对齐,若是左对齐还要自己右移4位,不直接
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 7;	 	//要转换的通道数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
	
	/*配置ADC时钟，为PCLK2(72MHz)的6分频，即12MHz,ADC频率最高不能超过14MHz*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 
	/*配置ADC1的通道采样时间，随便选个 */ 
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 5, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_8, 6, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_9, 7, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	/* 使能 ADC1 */
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//必须在校准之前将ADON位置1，即唤醒ADC外设
	/*复位校准寄存器 */   
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	/*等待校准寄存器复位完成 */
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
	/* ADC校准 */
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	/* 等待校准完成*/
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
	
	/* 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换 */ 
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

1.3 配置DMA

从参考手册上面了解到ADC1的请求信号通过DMA1通道1传入，如下：

所以配置目标是DMA1的通道1，如下：

static void DMA1_init(void)
{
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	/* 使能DMA时钟 */
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
	/* DMA配置 */
	DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;	 //ADC的数据寄存器地址
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue[0];//内存地址,自己定义一个16位的数组
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//外设作为传输数据的来源
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 7;//一次传输数据量的大小
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设地址固定
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //内存地址递增
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;	//半字16 bits
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;//半字16 bits
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;		//循环传输
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;//高优先级
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;//是否存储器到存储器传输模式：否
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
	
	/* 使能DMA通道 */
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
}

1.4 开始ADC+DMA采集

extern void ADC_DMA_Start(void)
{
	ADC1_GPIO_Config();
	ADC1_init();
	DMA1_init();
	/* 使能ADC1DMA */
	ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
	/* 由于没有采用外部触发，所以使用软件触发ADC转换 */ 
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

2.HAL库版本

2.1 cubemx配置

推荐大家使用CUBEMX直接配置ADC，我这里使用STM32F407单片机做下示例，下面是配置流程：

选择Analog中的ADC组，然后选择想要的通道，我选了6个通道，接下来就是ADC外设的参数选择，最后一步是DMA的设置参数选择。

上面的第一个参数Mode选独立模式，即选中的ADC组跟其他ADC组是独立开来的；
第二个是ADC驱动时钟配置，STM32F4的ADC最大时钟不能超过36Mhz(F1的不能超过14Mhz)，而ADC是挂载在APB2总线上的，总线最大时钟频率是84MHz，这里选个4分频；
接下来是设置分辨率，对齐模式。由于用到DMA，所以这里使能扫描模式和使能连续转换模式，扫描选中的通道和每个通道连续转换。使能ADC的DMA请求。设置单通道转换完成置位EOC。
接着，设置规则通道的转换通道个数，采样时间，以及顺序。
ADC的参数设置完毕，接下来只需转到DMA Settings添加DMA的请求信号，注意这里将DMA请求模式设置为循环Circular，从外设到内存。

2.2 代码移植

一切准备就绪，不用管NVIC Settings，点击生成代码。生成的代码如下：

static void MX_ADC1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 0 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 0 */

  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 1 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 1 */
  /** Configure the global features of the ADC (Clock, Resolution, Data Alignment and number of conversion)
  */
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 6;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
  while(HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK);//这里我修改了下
  /** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_10;
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;
  while(HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK);
  /** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_11;
  sConfig.Rank = 2;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;
  while(HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK);
  /** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_12;
  sConfig.Rank = 3;
  while(HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK);
  /** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_13;
  sConfig.Rank = 4;
  while(HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK);
  /** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_14;
  sConfig.Rank = 5;
  while(HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK);
  /** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.
  */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_15;
  sConfig.Rank = 6;
  while(HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK);
  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */

  /* USER CODE END ADC1_Init 2 */

}

将上面的代码移植到自己的工程中，这里没贴出ADC句柄的定义。再在自己的工程中移植ADC的回调函数MSP，代码如下，有趣的是HAL库用__HAL_LINKDMA宏将外设和DMA连接起来了。

void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(hadc->Instance==ADC1)
  {
  /* USER CODE BEGIN ADC1_MspInit 0 */

  /* USER CODE END ADC1_MspInit 0 */
    /* Peripheral clock enable */
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
		
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    /**ADC1 GPIO Configuration
    PC0     ------> ADC1_IN10
    PC1     ------> ADC1_IN11
    PC2     ------> ADC1_IN12
    PC3     ------> ADC1_IN13
    PC4     ------> ADC1_IN14
    PC5     ------> ADC1_IN15
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3
                          |GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    /* ADC1 DMA Init */
    hdma_adc1.Instance = DMA2_Stream4;
    hdma_adc1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;
    hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    hdma_adc1.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
    hdma_adc1.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
 
    while (HAL_DMA_Init(&hdma_adc1) != HAL_OK);

    __HAL_LINKDMA(hadc,DMA_Handle,hdma_adc1);

  /* USER CODE BEGIN ADC1_MspInit 1 */

  /* USER CODE END ADC1_MspInit 1 */
  }
}

最后开启ADC+DMA的采集：

extern void ADC_Init(void)
{
	__HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
	MX_ADC1_Init();
	HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)ADC_convert_result, 6);//u16 ADC_convert_result[6];
}

2.3 结果

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