【STM32单片机】#9 DMA直接存储器存取

主要参考学习资料：

B站@江协科技

STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕

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单片机套装：STM32F103C8T6开发板单片机C6T6核心板 实验板最小系统板套件科协

实验：

• DMA数据转运
• DMA+AD多通道

新函数：

• DMA库函数

DMA简介

• DMA（Direct Memory Access）直接存储器存取
• DMA可以提供外设和存储器或存储器和存储器之间的高速数据传输，无须CPU干预，节省了CPU的资源。
• STM32的DMA拥有12个独立可配置的通道：DMA1（7个通道），DMA2（5个通道）
• 每个通道都支持软件触发和特定的硬件触发。存储器和存储器之间通常使用软件触发一次性全部转运，而外设到存储器的转运通常由硬件触发源触发以在正确的时机转运。
• STM32F103C8T6资源：DMA1（7个通道）

存储器映像

存储器映像包含了STM32的所有存储器及其地址：

其中ROM是非易失性、掉电不丢失的只读存储器，RAM是易失性、掉电丢失的随机存储器。

从起始地址开始，存储器内部的每个字节都会分配一个独一无二的地址，终止地址取决于存储器的容量。外设寄存器中的每个外设又有自己的起始地址。

DMA框图

左上角为Cortex-M3内核，包含CPU和内核外设，其右侧设备均可看作存储器。总线矩阵可以高效有条理地访问存储器，左端是拥有存储器访问权的主动单元，右端是被主动单元读写的被动单元。DMA1和DMA2各有一条DMA总线，另一条DMA总线为以太网外设私有的DMA。DMA1和DMA2的各个通道可分别设置它们转运数据的源地址和目的地址，各自独立工作，但每个DMA的所有通道只能分时复用一条DMA总线，如果产生冲突，则由仲裁器根据通道的优先级决定先后顺序。总线矩阵也有一个仲裁器，如果DMA和CPU要访问同一个目标，则DMA会暂停CPU访问以防冲突，但总线仲裁器仍保证CPU得到一半的总线带宽以正常工作。AHB从设备是DMA自身的寄存器，作为被动单元由CPU配置。DMA请求是DMA的硬件触发源。

DMA基本结构

在数据转运中，转运的方向由参数控制，但由于Flash只读，因此无法将数据转运到Flash。外设站点和存储器站点（此为STM32官方称呼，实际上站点无外设和存储器之分）各有3个参数，起始地址决定数据从哪来、到哪去；数据宽度指定一次转运要按多大的数据宽度来进行，可选字节（8位）、半字（16位）、字（32位）；地址是否自增指定一次转运完成后，下一次转运是否要把地址移动到下一个位置，以防数据覆盖。

传输计数器指定总共需要转运几次，是一个自减计数器，每转运一次计数器减一，减到零后不再进行数据转运，自增地址也会恢复为起始地址以便开始新一轮转运。自动重装器指定传输计数器减到零后是否要自动恢复到最初的值，即转运模式是单次还是循环。

触发决定DMA在什么时机转运，触发源由M2M决定，1为软件触发，0为硬件触发。软件触发会连续不断地触发转运直至传输计数器清零，因此无法与循环模式同时使用，适用于软件启动、无需时机、需尽快完成的存储器到存储器的转运。而外设到寄存器的转运需要一定的时机，通常使用硬件触发。

开关控制使能后则DMA可以转运。若为单次转运，则传输计数器清零后需关闭DMA，重新写入传输计数器的值再开启。

DMA请求

每个通道的硬件触发源不同，硬件触发必须使用相应的通道，而软件触发可以任意选择。每个通道选择哪个触发源由对应的外设是否开启了DMA输出决定。

数据宽度与对齐

该表列举了STM32在转运两端不同数据宽度配置下的处理方法。简而言之，目标宽度冗余则高位补零，目标宽度不足则舍弃高位。

函数详解

DMA_DeInit函数

简介：恢复缺省配置。

参数：DMA通道

DMA1_Channel1, ..., DMA1_Channel7
DMA2_Channel1, ..., DMA2_Channel5

DMA_Init函数

简介：初始化DMA。

参数一：DMA通道

参数二：DMA_InitTypeDef结构体指针

DMA_InitTypeDef结构体

成员DMA_PeripheralBaseAddr：外设站点起始地址

成员DMA_PeripheralDataSize：外设站点数据宽度

DMA_PeripheralDataSize_Byte（字节）
DMA_PeripheralDataSize_HalfWord（半字）
DMA_PeripheralDataSize_Word（字）

成员DMA_PeripheralInc：外设站点地址是否自增

DMA_PeripheralInc_Enable（自增）
DMA_PeripheralInc_Disable（不自增）

成员DMA_MemoryBaseAddr：存储器站点起始地址

成员DMA_MemoryDataSize：存储器站点数据宽度

DMA_MemoryDataSize_Byte（字节）
DMA_MemoryDataSize_HalfWord（半字）
DMA_MemoryDataSize_Word（字）

成员DMA_MemoryInc：存储器站点地址是否自增

DMA_MemoryInc_Enable（自增）
DMA_MemoryInc_Disable（不自增）

成员DMA_DIR：传输方向

DMA_DIR_PeripheralDST（存储器站点→外设站点）
DMA_DIR_PeripheralSRC（外设站点→存储器站点）

成员DMA_BufferSize：传输计数器值

成员DMA_Mode：是否自动重装

DMA_Mode_Circular（循环模式）
DMA_Mode_Normal（单次模式）

成员DMA_M2M：触发方式

DMA_M2M_Enable（软件触发）
DMA_M2M_Disable（硬件触发）

成员DMA_Priority：优先级

DMA_Priority_VeryHigh
DMA_Priority_High
DMA_Priority_Medium
DMA_Priority_Low

DMA_StructInit函数

简介：初始化DMA_InitTypeDef结构体。

参数：DMA_InitTypeDef结构体指针

DMA_Cmd函数

简介：DMA使能。

参数一：DMA通道

参数二：使能/失能

DMA_ITConfig函数

简介：DMA中断输出使能。

参数一：DMA通道

参数二：DMA中断源

DMA_IT_TC（转运完成）
DMA_IT_HT（转运过半）
DMA_IT_TE（转运错误）

DMA_SetCurrDataCounter函数

简介：设置当前传输计数器。

参数一：DMA通道

参数二：计数值

DMA_GetCurrDataCounter函数

简介：获取当前传输计数器值。

参数一：DMA通道

中断标志位函数

DMA_GetFlagStatus函数

DMA_ClearFlag函数

参数：DMA标志位

x为DMA名称，y为DMA通道
DMAx_FLAG_GLy（全局）
DMAx_FLAG_TCy（转运完成）
DMAx_FLAG_HTy（转运过半）
DMAx_FLAG_TEy（转运错误）

DMA_GetITStatus函数

DMA_ClearITPendingBit函数

参数：DMA中断源

实验18 DMA数据转运

任务分析

该实验我们将SRAM中的数组DataA转运到另一个数组DataB中。外设地址和存储器地址分别为DataA和DataB的首地址；数组类型为uint8_t，因此数据宽度为8位字节；每次转运完数组的一个元素后，两个站点的地址都应该自增移动到下一个元素的位置继续转运；方向为外设站点到存储器站点；传输计数器初值为数组元素个数，不需要自动重装；存储器到存储器的转运使用软件触发。

接线图

DMA驱动

该驱动存放在System文件夹和组中。

MyDMA.h

#ifndef __MYDMA_H
#define __MYDMA_Hvoid MyDMA_Init(uint32_t AddrA, uint32_t AddrB, uint16_t Size);
void MyDMA_Transfer(void);#endif

MyDMA.c

#include "stm32f10x.h"//存储传输计数器初值的全局变量
uint16_t MyDMA_Size;void MyDMA_Init(uint32_t AddrA, uint32_t AddrB, uint16_t Size)
{MyDMA_Size = Size;RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;//外设站点//数组地址不固定，因此通过传入参数的数组名获取地址DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = AddrA;//数据宽度8位字节DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//地址自增DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable;//存储器站点DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = AddrB;DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//传输计数器初值DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = Size;//方向由外设到存储器DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//软件触发DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;//单次转运DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;//优先级随意DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);//初始化不转运，等待手动调用再转运DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);
}//再次给传输计数器赋值启动DMA转运
void MyDMA_Transfer(void)
{DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1, MyDMA_Size);DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);//等待转运完成while(!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1));//手动清除标志位DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);
}

主程序

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyDMA.h"uint8_t DataA[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
uint8_t DataB[] = {0, 0, 0, 0};int main(void)
{OLED_Init();MyDMA_Init((uint32_t)DataA, (uint32_t)DataB, 4);OLED_ShowString(1, 1, "DataA");OLED_ShowString(3, 1, "DataB");//显示数组地址OLED_ShowHexNum(1, 8, (uint32_t)DataA, 8);OLED_ShowHexNum(3, 8, (uint32_t)DataB, 8);OLED_ShowHexNum(2, 1, DataA[0], 2);OLED_ShowHexNum(2, 4, DataA[1], 2);OLED_ShowHexNum(2, 7, DataA[2], 2);OLED_ShowHexNum(2, 10, DataA[3], 2);OLED_ShowHexNum(4, 1, DataB[0], 2);OLED_ShowHexNum(4, 4, DataB[1], 2);OLED_ShowHexNum(4, 7, DataB[2], 2);OLED_ShowHexNum(4, 10, DataB[3], 2);while(1){//DataA自增DataA[0] ++;DataA[1] ++;DataA[2] ++;DataA[3] ++;OLED_ShowHexNum(2, 1, DataA[0], 2);OLED_ShowHexNum(2, 4, DataA[1], 2);OLED_ShowHexNum(2, 7, DataA[2], 2);OLED_ShowHexNum(2, 10, DataA[3], 2);OLED_ShowHexNum(4, 1, DataB[0], 2);OLED_ShowHexNum(4, 4, DataB[1], 2);OLED_ShowHexNum(4, 7, DataB[2], 2);OLED_ShowHexNum(4, 10, DataB[3], 2);Delay_ms(1000);//将DataA转运到DataBMyDMA_Transfer();OLED_ShowHexNum(2, 1, DataA[0], 2);OLED_ShowHexNum(2, 4, DataA[1], 2);OLED_ShowHexNum(2, 7, DataA[2], 2);OLED_ShowHexNum(2, 10, DataA[3], 2);OLED_ShowHexNum(4, 1, DataB[0], 2);OLED_ShowHexNum(4, 4, DataB[1], 2);OLED_ShowHexNum(4, 7, DataB[2], 2);OLED_ShowHexNum(4, 10, DataB[3], 2);Delay_ms(1000);}
}

实验19 DMA+AD多通道

任务分析

左侧为ADC扫描模式执行流程，7个通道依次进行AD转换，转换结果都存入ADC_DR数据寄存器。我们需要在每个单独的通道转换完成之后进行一次DMA数据转运，并且目的地址自增，以防数据覆盖。DMA配置中，外设地址为ADC_DR寄存器地址，存储器地址是在SRAM中定义数组ADValue的地址；数据宽度根据uint16_t数据类型，选择半字传输；外设地址不自增，存储器地址自增；传输方向由外设站点到计数器站点；传输计数器初值与转换通道数相同；如果ADC为单次扫描，则DMA可不自动重装，如果为连续扫描，则DMA可自动重装；DMA转运时机需和ADC单个通道转换完成同步，因此触发源为ADC硬件触发。

接线图

接线同实验17。

单次扫描-单次转运

ADC驱动

ADC驱动沿用实验17。

AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_H//供外部调用的SRAM数组
extern uint16_t AD_Value[4];void AD_Init(void);
void AD_GetValue(void);#endif

AD.c

#include "stm32f10x.h"uint16_t AD_Value[4];void AD_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//配置多通道序列ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//配置通道数为4ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 4;//开启扫描模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//DMA初始化沿用实验18RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;//外设站点//地址为ADC1的DR寄存器地址DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;//数据宽度为半字DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//地址不自增DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//存储器站点//地址为SRAM数组地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)AD_Value;//数据宽度为半字DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//传输数量为4DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 4;DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//不使用软件触发DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;//ADC1的硬件触发只与通道1连接，其余通道不行DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);//开启ADC到DMA的输出信号ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}void AD_GetValue(void)
{//重写传输计数器DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1, 4);DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);//启动转换ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//等待DMA转运完成while(!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1));DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);
}

主程序

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"int main(void)
{OLED_Init();AD_Init();OLED_ShowString(1, 1, "AD0:");OLED_ShowString(2, 1, "AD1:");OLED_ShowString(3, 1, "AD2:");OLED_ShowString(4, 1, "AD3:");while(1){AD_GetValue();OLED_ShowNum(1, 5, AD_Value[0], 4);OLED_ShowNum(2, 5, AD_Value[1], 4);OLED_ShowNum(3, 5, AD_Value[2], 4);OLED_ShowNum(4, 5, AD_Value[3], 4);Delay_ms(100);}
}

连续扫描-循环转运

ADC驱动

AD.h

#ifndef __AD_H
#define __AD_Hextern uint16_t AD_Value[4];void AD_Init(void);#endif

AD.c

#include "stm32f10x.h"uint16_t AD_Value[4];void AD_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;//使用ADC连续模式ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 4;ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)AD_Value;DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 4;DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;//使用DMA循环模式DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;//ADC1的硬件触发只与通道1连接，其余通道不行DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);//开启ADC到DMA的输出信号ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//ADC触发放在初始化最后，之后ADC连续转换，DMA循环转运ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}
//不需要GetValue函数

主程序

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"int main(void)
{OLED_Init();AD_Init();OLED_ShowString(1, 1, "AD0:");OLED_ShowString(2, 1, "AD1:");OLED_ShowString(3, 1, "AD2:");OLED_ShowString(4, 1, "AD3:");while(1){//不需要调用GetValue函数OLED_ShowNum(1, 5, AD_Value[0], 4);OLED_ShowNum(2, 5, AD_Value[1], 4);OLED_ShowNum(3, 5, AD_Value[2], 4);OLED_ShowNum(4, 5, AD_Value[3], 4);Delay_ms(100);}
}