嵌入式技術(shù)之DMA傳輸基礎(chǔ)知識(shí)

當(dāng)用戶將參數(shù)設(shè)置好，主要涉及源地址、目標(biāo)地址、傳輸數(shù)據(jù)量這三個(gè)，DMA控制器就會(huì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)剩余傳輸數(shù)據(jù)量為0時(shí) 達(dá)到傳輸終點(diǎn)，結(jié)束DMA傳輸 ，當(dāng)然，DMA 還有循環(huán)傳輸模式 當(dāng)?shù)竭_(dá)傳輸終點(diǎn)時(shí)會(huì)重新啟動(dòng)DMA傳輸?！　∫簿褪钦f(shuō)只要剩余傳輸數(shù)據(jù)量不是0，而且DMA是啟動(dòng)狀態(tài)，那么就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸。　　

DMA的主要特征

每個(gè)通道都直接連接專用的硬件DMA請(qǐng)求，每個(gè)通道都同樣支持軟件觸發(fā)。這些功能通過(guò)軟件來(lái)配置；

在同一個(gè)DMA模塊上，多個(gè)請(qǐng)求間的優(yōu)先權(quán)可以通過(guò)軟件編程設(shè)置（共有四級(jí)：很高、高、中等和低），優(yōu)先權(quán)設(shè)置相等時(shí)由硬件決定（請(qǐng)求0優(yōu)先于請(qǐng)求1，依此類推）；

獨(dú)立數(shù)據(jù)源和目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)的傳輸寬度（字節(jié)、半字、全字），模擬打包和拆包的過(guò)程。源和目標(biāo)地址必須按數(shù)據(jù)傳輸寬度對(duì)齊；

支持循環(huán)的緩沖器管理；

每個(gè)通道都有3個(gè)事件標(biāo)志（DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯(cuò)），這3個(gè)事件標(biāo)志邏輯或成為一個(gè)單獨(dú)的中斷請(qǐng)求；

存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器間的傳輸、外設(shè)和存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器和外設(shè)之間的傳輸；

閃存、SRAM、外設(shè)的SRAM、APB1、APB2和AHB外設(shè)均可作為訪問(wèn)的源和目標(biāo)；

可編程的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)目：最大為65535。

STM32少個(gè)DMA資源？

對(duì)于大容量的STM32芯片有2個(gè)DMA控制器 兩個(gè)DMA控制器，DMA1有7個(gè)通道，DMA2有5個(gè)通道。每個(gè)通道都可以配置一些外設(shè)的地址。

①DMA1 controller

從外設(shè)（TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3]）產(chǎn)生的7個(gè)DMA請(qǐng)求，通過(guò)邏輯或輸入到DMA1控制器 其中每個(gè)通道都對(duì)應(yīng)著具體的外設(shè)：

② DMA2 controller

從外設(shè)（TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO）產(chǎn)生的5個(gè)請(qǐng)求，經(jīng)邏輯或輸入到DMA2控制器，其中每個(gè)通道都對(duì)應(yīng)著具體的外設(shè)：

這些在下方系統(tǒng)框圖中也可以清晰地看到

DMA工作系統(tǒng)框圖

上方的框圖，我們可以看到STM32內(nèi)核，存儲(chǔ)器，外設(shè)及DMA的連接，這些硬件最終通過(guò)各種各樣的線連接到總線矩陣中，硬件結(jié)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移都經(jīng)過(guò)總線矩陣的協(xié)調(diào)，使各個(gè)外設(shè)和諧的使用總線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。我們對(duì)他來(lái)進(jìn)行一點(diǎn)一點(diǎn)的分析：

下面看有與沒(méi)有DMA的情況下，ADC采集的數(shù)據(jù)是怎樣存放到SRAM中的？

沒(méi)有DMA

1.如果沒(méi)有DMA,CPU傳輸數(shù)據(jù)還要以內(nèi)核作為中轉(zhuǎn)站，比如要將ADC采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到到SRAM中，這個(gè)過(guò)程是這樣的：

內(nèi)核通過(guò)DCode經(jīng)過(guò)總線矩陣協(xié)調(diào)，從獲取AHB存儲(chǔ)的外設(shè)ADC采集的數(shù)據(jù)，

然后內(nèi)核再通過(guò)DCode經(jīng)過(guò)總線矩陣協(xié)調(diào)把數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存SRAM中。

在這里插入圖片描述

有DMA傳輸

有DMA的話，

DMA傳輸時(shí)外設(shè)對(duì)DMA控制器發(fā)出請(qǐng)求。

DMA控制器收到請(qǐng)求，觸發(fā)DMA工作。

DMA控制器從AHB外設(shè)獲取ADC采集的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到DMA通道中

DMA控制器的DMA總線與總線矩陣協(xié)調(diào)，使用AHB把外設(shè)ADC采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由DMA通道存放到SRAM中，這個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中，完全不需要內(nèi)核的參與，也就是不需要CPU的參與，

在這里插入圖片描述

我們把上面的步驟專業(yè)一點(diǎn)介紹：

在發(fā)生一個(gè)事件后，外設(shè)向DMA控制器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)。DMA控制器根據(jù)通道的優(yōu)先權(quán)處理請(qǐng)求。當(dāng)DMA控制器開(kāi)始訪問(wèn)發(fā)出請(qǐng)求的外設(shè)時(shí)，DMA控制器立即發(fā)送給它一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)從DMA控制器得到應(yīng)答信號(hào)時(shí)，外設(shè)立即釋放它的請(qǐng)求。一旦外設(shè)釋放了這個(gè)請(qǐng)求，DMA控制器同時(shí)撤銷應(yīng)答信號(hào)。DMA傳輸結(jié)束，如果有更多的請(qǐng)求時(shí)，外設(shè)可以啟動(dòng)下一個(gè)周期。

總之，每次DMA傳送由3個(gè)操作組成：

從外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或者從當(dāng)前外設(shè)/存儲(chǔ)器地址寄存器指示的存儲(chǔ)器地址取數(shù)據(jù)，第一次傳輸時(shí)的開(kāi)始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設(shè)基地址或存儲(chǔ)器單元；

存數(shù)據(jù)到外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或者當(dāng)前外設(shè)/存儲(chǔ)器地址寄存器指示的存儲(chǔ)器地址，第一次傳輸時(shí)的開(kāi)始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設(shè)基地址或存儲(chǔ)器單元；

執(zhí)行一次DMA_CNDTRx寄存器的遞減操作，該寄存器包含未完成的操作數(shù)目。

DMA傳輸方式

方法1：DMA_Mode_Normal，正常模式，

當(dāng)一次DMA數(shù)據(jù)傳輸完后，停止DMA傳送 ，也就是只傳輸一次　　方法2：DMA_Mode_Circular ，循環(huán)傳輸模式

當(dāng)傳輸結(jié)束時(shí)，硬件自動(dòng)會(huì)將傳輸數(shù)據(jù)量寄存器進(jìn)行重裝，進(jìn)行下一輪的數(shù)據(jù)傳輸。也就是多次傳輸模式

仲裁器

仲裁器的作用是確定各個(gè)DMA傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)

仲裁器根據(jù)通道請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)來(lái)啟動(dòng)外設(shè)/存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。

優(yōu)先權(quán)管理分2個(gè)階段：

軟件：每個(gè)通道的優(yōu)先權(quán)可以在DMA_CCRx寄存器中設(shè)置，有4個(gè)等級(jí)：

最高優(yōu)先級(jí)

高優(yōu)先級(jí)

中等優(yōu)先級(jí)

低優(yōu)先級(jí)；

硬件：如果2個(gè)請(qǐng)求有相同的軟件優(yōu)先級(jí)，則較低編號(hào)的通道比較高編號(hào)的通道有較高的優(yōu)先權(quán)。比如：如果軟件優(yōu)先級(jí)相同，通道2優(yōu)先于通道4。

注意：在大容量產(chǎn)品和互聯(lián)型產(chǎn)品中，DMA1控制器擁有高于DMA2控制器的優(yōu)先級(jí)。

DMA數(shù)據(jù)流（僅存在于STM32F4 /M4 內(nèi)核上）

在設(shè)置了DMA的通道之后，還要選擇通道對(duì)應(yīng)外設(shè)的數(shù)據(jù)流

8 個(gè) DMA 控制器數(shù)據(jù)流都能夠提供源和目標(biāo)之間的單向傳輸鏈路。每個(gè)數(shù)據(jù)流配置后都可以執(zhí)行：● 常規(guī)類型事務(wù)：存儲(chǔ)器到外設(shè)、外設(shè)到存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳輸?！?雙緩沖區(qū)類型事務(wù)：使用存儲(chǔ)器的兩個(gè)存儲(chǔ)器指針的雙緩沖區(qū)傳輸（當(dāng) DMA 正在進(jìn)行自/至緩沖區(qū)的讀/寫操作時(shí)，應(yīng)用程序可以進(jìn)行至/自其它緩沖區(qū)的寫/讀操作）。要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量（多達(dá) 65535）可以編程，并與連接到外設(shè) AHB 端口的外設(shè)（請(qǐng)求 DMA 傳輸）的源寬度相關(guān)。每個(gè)事務(wù)完成后，包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)總量的寄存器都會(huì)遞減。

DMA_SxCR 寄存器控制數(shù)據(jù)流到底使用哪一個(gè)通道，每個(gè)數(shù)據(jù)流有 8 個(gè)通道可供選擇，每次只能選擇其中一個(gè)通道進(jìn)行 DMA 傳輸。接下來(lái)，我們看看 DMA2 的各數(shù)據(jù)流通道映射表，如表 28.1.1 所示：

DMA 傳輸通道

每個(gè)通道都可以在有固定地址的外設(shè)寄存器和存儲(chǔ)器地址之間執(zhí)行DMA傳輸。DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 量是可編程的，大達(dá)到65535。包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)量的寄存器，在每次傳輸后遞減。

可編程的數(shù)據(jù)量：外設(shè)和存儲(chǔ)器的傳輸數(shù)據(jù)量可以通過(guò)DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位編程。

指針遞增模式

根據(jù) DMA_SxCR 寄存器中 PINC 和 MINC 位的狀態(tài)，外設(shè)和存儲(chǔ)器指針在每次傳輸后可以自動(dòng)向后遞增或保持常量。當(dāng)設(shè)置為增量模式時(shí)，下一個(gè)要傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙粋€(gè)地址加上增量值

通過(guò)單個(gè)寄存器訪問(wèn)外設(shè)源或目標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)，禁止遞增模式十分有用。

如果使能了遞增模式，則根據(jù)在 DMA_SxCR 寄存器 PSIZE 或 MSIZE 位中編程的數(shù)據(jù)寬度，下一次傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙淮蝹鬏數(shù)牡刂愤f增 1個(gè)數(shù)據(jù)寬度、2個(gè)數(shù)據(jù)寬度或 4個(gè)數(shù)據(jù)寬度。

存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器模式

DMA通道的操作可以在沒(méi)有外設(shè)請(qǐng)求的情況下進(jìn)行，這種操作就是存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器模式。

當(dāng)設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在軟件設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的EN位啟動(dòng)DMA通道時(shí)，DMA傳輸將馬上開(kāi)始。當(dāng)DMA_CNDTRx寄存器變?yōu)?時(shí)，DMA傳輸結(jié)束。存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器模式不能與循環(huán)模式同時(shí)使用。

這里要注意僅 DMA2 的外設(shè)接口可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，所以僅 DMA2 控制器支持存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳輸，DMA1 不支持。

存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器模式不能與循環(huán)模式同時(shí)使用。

DMA中斷

每個(gè)DMA通道都可以在DMA傳輸過(guò)半、傳輸完成和傳輸錯(cuò)誤時(shí)產(chǎn)生中斷。為應(yīng)用的靈活性考慮，通過(guò)設(shè)置寄存器的不同位來(lái)打開(kāi)這些中斷。

使沒(méi)開(kāi)啟，我們也可以通過(guò)查詢這些位來(lái)獲得當(dāng)前 DMA 傳輸?shù)臓顟B(tài)。這里我們常用的是 TCIFx位，即數(shù)據(jù)流 x 的 DMA 傳輸完成與否標(biāo)志。

可編程的數(shù)據(jù)傳輸寬度、對(duì)齊方式和數(shù)據(jù)大小端當(dāng)PSIZE和MSIZE不相同時(shí)，DMA模塊按照下圖進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊。

注意：在大容量產(chǎn)品中， DMA2 通道 4 和 DMA2 通道 5 的中斷被映射在同一個(gè)中斷向量上。在互聯(lián)型產(chǎn)品 中， DMA2 通道 4 和 DMA2 通道 5 的中斷分別有獨(dú)立的中斷向量。所有其他的 DMA 通道都有自己的 中斷向量

DMA的內(nèi)存占用

在STM32控制器中，芯片采用Cortex-MX架構(gòu)，總線結(jié)構(gòu)有了很大的優(yōu)化，DMA占用另外的地址總線，并不會(huì)與CPU的系統(tǒng)總線發(fā)生沖突。也就是說(shuō)，DMA的使用不會(huì)影響CPU的運(yùn)行速度

但是要注意：DMA 控制器和Cortex-M3核共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線執(zhí)行直接存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)CPU和DMA同時(shí)訪問(wèn)相同的目標(biāo)(RAM或外設(shè))時(shí)，DMA請(qǐng)求可能會(huì)停止 CPU訪問(wèn)系統(tǒng)總線達(dá)若干個(gè)周期，總線仲裁器執(zhí)行循環(huán)調(diào)度，以保證CPU至少可以得到一半的系統(tǒng)總線(存儲(chǔ)器或外設(shè))帶寬。

DMA配置部分

此部分我們分為DMA寄存器和DMA庫(kù)函數(shù)分別介紹：

DMA寄存器

DMA配置參數(shù)包括：通道地址、優(yōu)先級(jí)、數(shù)據(jù)傳輸方向、存儲(chǔ)器/外設(shè)數(shù)據(jù)寬度、存儲(chǔ)器/外設(shè)地址是否增量、循環(huán)模式、數(shù)據(jù)傳輸量。

DMA中斷狀態(tài)寄存器(DMA_ISR)

我們?nèi)绻_(kāi)啟了 DMA_ISR 中這些中斷，在達(dá)到條件后就會(huì)跳到中斷服務(wù)函數(shù)里面去，即使 沒(méi)開(kāi)啟，我們也可以通過(guò)查詢這些位來(lái)獲得當(dāng)前 DMA 傳輸?shù)臓顟B(tài)。這里我們常用的是 TCIFx， 即通道 DMA 傳輸完成與否的標(biāo)志。

注意此寄存器為只讀寄存器，所以在這些位被置位之后，只 能通過(guò)其他的操作來(lái)清除。

DMA中斷標(biāo)志清除寄存器(DMA_IFCR)

DMA_IFCR 的各位就是用來(lái)清除 DMA_ISR 的對(duì)應(yīng)位的，通過(guò)寫 0 清除。在 DMA_ISR 被置位后， 我們必須通過(guò)向該位寄存器對(duì)應(yīng)的位寫入 0 來(lái)清除。

DMA通道x配置寄存器(DMA_CCRx)

該寄存器控制著 DMA 的很多相關(guān) 信息，包括數(shù)據(jù)寬度、外設(shè)及存儲(chǔ)器的寬度、通道優(yōu)先級(jí)、增量模式、傳輸方向、中斷允許、 使能等都是通過(guò)該寄存器來(lái)設(shè)置的。所以 DMA_CCRx 是 DMA 傳輸?shù)暮诵目刂萍拇嫫?/strong>

typedef?struct?{??
?uint32_t?DMA_PeripheralBaseAddr;???
?/*設(shè)置DMA源地址*/
?uint32_t?DMA_MemoryBaseAddr;???????
?/*設(shè)置DMA目的地址*/
?uint32_t?DMA_DIR;?
?/*?設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸方向，決定是從外設(shè)讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)存還送從內(nèi)存讀取數(shù)?據(jù)發(fā)送到外設(shè)，也就是外設(shè)是源地還是目的地
?*/???????????????????????
?uint32_t?DMA_BufferSize;??????
?/*設(shè)置傳輸大小*/????
?uint32_t?DMA_PeripheralInc;???????
?/*設(shè)置ReceiveBuff地址是否自增*/??????
?uint32_t?DMA_MemoryInc;?
?/*設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)時(shí)候內(nèi)存地址是否遞，需要開(kāi)啟*/???????
?uint32_t?DMA_PeripheralDataSize;???
?/*外設(shè)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是為字節(jié)傳輸（8bits），半?字傳輸(16bits)?還是字傳輸(32bits)?*/????
?uint32_t?DMA_MemoryDataSize;????
???/*設(shè)置內(nèi)存的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度*/
?uint32_t?DMA_Mode;??????
?/*設(shè)置DMA的模式，正常模式/循環(huán)模式??是否循環(huán)發(fā)送*/????????
?uint32_t?DMA_Priority;?
??/*設(shè)置?DMA?通道的優(yōu)先級(jí)，有低，中，高，超高四種模式*/????????
?uint32_t?DMA_M2M;????
??/*設(shè)置是否是存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器模式傳輸，*/???????}
?DMA_InitTypeDef;?
2.DMA使能函數(shù)

void?DMA_ITConfig(DMA_Channel_TypeDef*?DMAy_Channelx,?uint32_t?DMA_IT,??FunctionalState?NewState);
1

void?DMA_SetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef*?DMAy_Channelx,?uint16_t??DataNumber);
?uint16_t?DMA_GetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef*?DMAy_Channelx);
12

void?dma_init()
{
?
??DMA_InitTypeDef?DMA_InitStructure;
??RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);

??/*DMA配置*/

??DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr?=?USART1_DR_Base;//串口數(shù)據(jù)寄存器地址
??DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr?=?(uint32_t)SendBuff;?//內(nèi)存地址(要傳輸?shù)淖兞康闹羔?
??DMA_InitStructure.DMA_DIR?=?DMA_DIR_PeripheralDST;?//方向(從內(nèi)存到外設(shè))
??DMA_InitStructure.DMA_BufferSize?=?500;?//傳輸內(nèi)容的大小
??DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc?=?DMA_PeripheralInc_Disable;?//外設(shè)地址不增
??DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc?=?DMA_MemoryInc_Enable;?//內(nèi)存地址自增
??DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize?=
??DMA_PeripheralDataSize_Byte?;?//外設(shè)數(shù)據(jù)單位
??DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize?=
??DMA_MemoryDataSize_Byte?;?//內(nèi)存數(shù)據(jù)單位
??DMA_InitStructure.DMA_Mode?=?DMA_Mode_Normal?;?//DMA模式：一次傳輸，循環(huán)
??DMA_InitStructure.DMA_Priority?=?DMA_Priority_Medium?;?//優(yōu)先級(jí)：高
??DMA_InitStructure.DMA_M2M?=?DMA_M2M_Disable;?//禁止內(nèi)存到內(nèi)存的傳輸

??DMA_Init(DMA1_Channel4,?&DMA_InitStructure);?//配置DMA1的4通道
??DMA_Cmd(DMA1_Channel4,ENABLE);
??DMA_SetCurrDataCounter(DMA_CH4,DMA1_MEM_LEN);//DMA通道的DMA緩存的大小
??DMA_ITConfig(DMA1_Channel4,DMA_IT_TC,ENABLE);//配置DMA發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷
?
}

void?DMA1_Channel4_IRQHandler(void)
{
?if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)==SET)
?{
?
??DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);
?}
}

#define?SEND_BUF_SIZE?500?//發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,最好等于sizeof(TEXT_TO_SEND)+2的整數(shù)倍.
?
u8?SendBuff[SEND_BUF_SIZE];?//發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
const?u8?TEXT_TO_SEND[]={"STM32F1?DMA?串口實(shí)驗(yàn)"};
?uint16_t?i;
int?main(void)
{????
?uart_init(115200);???//串口初始化為115200
??
?for(i=0;i<500;i++)
?{
?SendBuff[i]?=0xaf;
?}?
?USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);??//使能串口dma傳輸?
?
?while(1);
}
編輯：黃飛