STM32中的DMA

DMA介绍

什么是DMA?

        DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）提供在外设与内存、存储器和存储器之间的高速数据传输使用。它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU，在这个时间中，CPU对于内存的工作来说就无法使用。

        简单描述： 就是一个数据搬运工！

DMA的意义

代替 CPU 搬运数据，为 CPU 减负。

1.数据搬运的工作比较耗时间；

2. 数据搬运工作时效要求高（有数据来就要搬走）；

3. 没啥技术含量（CPU 节约出来的时间可以处理更重要的事）。

搬运数据的方式

有三种方式：存储器到存储器、存储器到外设、外设到存储器

• 存储器→存储器（例如：复制某特别大的数据buf）
• 存储器→外设 （例如：将某数据buf写入串口TDR寄存器）
• 外设→存储器 （例如：将串口RDR寄存器写入某数据buf）。

        这里的外设指的是spi、usart、iic、adc 等基于APB1 、APB2或AHB时钟的外设，而这里的存储器包括自身的闪存(flash)或者内存(SRAM)以及外设的存储设备都可以作为访问地源或者目的地。

存储器→存储器

存储器→外设 

外设→存储器 

 DMA框图

说明：利用DMA进行外设的数据搬运，首先，外设需向DMA1进项请求，然后，经过DMA的仲裁之后，DMA访问外设的数据进行搬运。 

DMA控制器 

STM32F103 有 2 个 DMA 控制器， DMA1 有 7 个通道， DMA 2 有 5 个通道。

注意：

一个通道每次只能搬运一个外设的数据！！ 如果同时有多个外设的 DMA 请求，则按照优先级进行响应。 STM32F103C8T6 只有 DMA1 ！

• DMA1有7个通道：

• DMA2 有 5 个通道： 

DMA优先级管理 

• 优先级管理采用软件+硬件：

软件： 每个通道的优先级可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级：最高级>高级>中级>低级。

硬件： 如果2个请求，它们的软件优先级相同，则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。比如：如果软件优先级相同，通道2优先于通道4。

 DMA传输方式与指针递增模式

• 传输方式

DMA_Mode_Normal （正常模式）	一次DMA数据传输完后，停止DMA传送 ，也就是只传输一次。
DMA_Mode_Circular （循环传输模式）	当传输结束时，硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装，进行下一轮的数据传输。 也就是多次传输模式。

• 指针递增模式

        外设和存储器指针在每次传输后可以自动向后递增或保持常量。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。

情况1：

情况2：（目标只有一个存储数据的位置，例如:串口只有一个数据寄存器)

 DMA数据对齐方式

• 数据宽度大的转移到数据宽度小的时候，低位保留高位截断

DMA寄存器 

•  DMA中断状态寄存器(DMA_ISR)

• DMA中断标志清除寄存器(DMA_IFCR) 

•  DMA通道x配置寄存器(DMA_CCRx)(x = 1…7)

•  DMA通道x传输数量寄存器(DMA_CNDTRx)(x = 1…7)

 16位寄存器，最多可以传输数量65536。

• DMA通道x外设地址寄存器(DMA_CPARx)(x = 1…7)

• DMA通道x存储器地址寄存器(DMA_CMARx)(x = 1…7) 

DMA的库函数

在hal.dma.c文件中的一些常用的函数：

打开dma1时钟的函数： 

在hal.dma.h文件中的一些常用的宏函数： 

在hal_dma_ex.h文件中，获取 传输完成标志位

在hal.def.h文件中还存在所需的下面的函数： 

 若要读取外设的数据还需要相关串口的函数,如下：

 小实验1：DMA内存到内存数据搬运

 实验目的

使用DMA将一个大数组的数组搬运到另一个位置。

硬件清单

开发板、ST-Link、USB转TTL

配置流程

文件代码 

• dma.c文件代码

#include "dma.h"
#include "stdio.h"#define BUF_SIZE 16uint32_t src_buf[BUF_SIZE] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};uint32_t dst_buf[BUF_SIZE] = {0};/**
* @breif    DMA的初始化函数
* @note     打开时钟，配置相关参数
* @param    无
* @retval   无
*/
DMA_HandleTypeDef dma_handle = {0};
void dma_init(void){__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();dma_handle.Instance = DMA1_Channel1;dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY;           /* 搬运数据的方式：内存到内存，外设到内存，内存到外设 *///内存相关的配置dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;     /* 源：内存数据对齐模式：一般是8位 */dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;                   /* 源：内存数据指针递增的方式 */dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;  /* 目标：外设数据对齐模式：一般是8位 */dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_ENABLE;                /* 目标：外设数据指针递增的方式 */dma_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL;                          /* 传输的模式：循环，不循环。内存到内存不支持循环模式 */dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;             /* 通道的优先级设置：有四种*/HAL_DMA_Init(&dma_handle);}/**
* @breif    封装一个函数进行数据的转运
* @note     利用DMA_Start函数进行数据的搬运，当搬运完成后查看标志位是否置1，然后进行打印
* @note     在DMA_Start()函数中，数据的长度要写成sizeof(uint32_t)*BUF_SIZE,不能写成BUF_SIZE
* @param    无
* @retval   无
*/
void dma_transmit(void){HAL_DMA_Start(&dma_handle,(uint32_t)src_buf,(uint32_t)dst_buf,sizeof(uint32_t)*BUF_SIZE);while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&dma_handle,DMA_FLAG_TC1) == RESET);for(uint16_t i = 0;i < BUF_SIZE;i++){printf("传输的数据是：%d \r\n",dst_buf[i]);}        
}

• dma.h文件代码 

#ifndef __DMA_H__
#define __DMA_H__
#include "stm32f1xx.h"void dma_init(void);
void dma_transmit(void);#endif

• mian.c文件代码 

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "uart1.h"
#include "dma.h"int main(void)
{HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */led_init();                         /* LED初始化 */uart1_init(115200);printf("hello,world");dma_init();dma_transmit();while(1){ }
}

 注意事项：

• 关于数据传输中最后一行出现异常值（如从15突然跳变到1073872904），如下所示：

原因：缓冲区溢出或内存越界

解决方式：将上面的等号去掉，就会正常。

• *****关于dma.c文件中的while循环中的判断条件：==RESET，而不能用!=SET*****

原因：!= SET 还可能代表其他未定义的状态，例如：硬件错误、无效参数，导致条件判断不准确。

因此，要直接使用官方推荐条件，可避免兼容性的问题。

小实验2：内存到外设数据转运

 实验目的

使用DMA将一个大数据通过串口1发送

硬件清单

开发板、ST-Link、USB转TTL

配置流程 

文件代码 

•  dma.c文件代码

#include "dma.h"
#include "stdio.h"
extern UART_HandleTypeDef uart1_handle;/**
* @breif    DMA的初始化函数
* @note     打开时钟，配置相关参数
* @param    无
* @retval   无
*/
DMA_HandleTypeDef dma_handle = {0};
void dma_init(void){__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();dma_handle.Instance = DMA1_Channel4;                        /* 查看表格：看所需的DMA通道:通道4， */dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;           /* 搬运数据的方式：内存到内存，外设到内存，内存到外设 *///内存相关的配置dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;     /* 源：内存数据对齐模式：一般是8位 */dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;                   /* 源：内存数据指针递增的方式 */dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;  /* 目标：外设数据对齐模式：一般是8位 */dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;               /* 目标：串口发送寄存器数据指针是不能递增的 */dma_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL;                          /* 传输的模式：循环，不循环。内存到内存不支持循环模式 */dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;             /* 通道的优先级设置：有四种*/HAL_DMA_Init(&dma_handle);__HAL_LINKDMA(&uart1_handle,hdmatx,dma_handle);             /* 将内存和外设的地址进行连接，注意：dma句柄前面不用加&*/   
}/**
* @breif    封装一个函数进行数据的转运
* @note     利用DMA_Start函数进行数据的搬运，当搬运完成后查看标志位是否置1，然后进行打印
* @note     在DMA_Start()函数中，数据的长度要写成sizeof(uint32_t)*BUF_SIZE,不能写成BUF_SIZE
* @param    无
* @retval   无
*/

 dma.h文件代码

#ifndef __DMA_H__
#define __DMA_H__
#include "stm32f1xx.h"void dma_init(void);#endif

• main.c文件代码 

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "uart1.h"
#include "dma.h"extern UART_HandleTypeDef uart1_handle;
uint8_t send_buf[1000] = {0};int main(void)
{HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */led_init();                         /* LED初始化 */uart1_init(115200);
//    printf("hello,world");dma_init();int i = 0;for(i = 0; i < 1000;i++){send_buf[i] = 'A';}HAL_UART_Transmit_DMA(&uart1_handle,send_buf,1000);while(1){ }
}

总结：

• 本代码是将内存中的数据转运到串口的发送数据的寄存器中，利用的函数HAL_UART_Transmit_DMA()函数，然后通过串口打印到串口调试助手的界面上。
• 与利用printf函数不同；
• 在将数据由内存转运到内存中时，利用的是HAL_DMA_Start（）函数，通过判断传输完成标志位的函数__HAL_DMA_GET_FLAG()函数 ==SET(表明数据传输完成)。，然后利用printf（）函数将数据打印出来。
• 在dma.c和main.c文件中用到串口初始化函数的句柄，所以，要注意利用extern声明一下外部变量。

• 实验现象

小实验3：DMA外设到寄存器内存数据搬运 

实验目的

使用DMA接收串口的数据

硬件清单

开发板、ST-Link、USB转TTL 

函数的意义：声明一个接收缓冲区（数组）；这个函数返回接收完数据后剩余的数组长度。

可以用来计算，传输数据的长度： 

例：

uart1_rx_len = UART1_RX_BUF_SIZE-__HAL_DMA_GET_COUNTER(&dma_handle);

配置流程 

文件代码 

• dma.c文件代码

#include "dma.h"
#include "stdio.h"
extern UART_HandleTypeDef uart1_handle;extern uint8_t uart1_rx_buf[UART1_RX_BUF_SIZE];                                    /* UART1接收缓冲区 *//**
* @breif    DMA的初始化函数
* @note     打开时钟，配置相关参数
* @param    无
* @retval   无
*/
DMA_HandleTypeDef dma_handle = {0};
void dma_init(void){__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();dma_handle.Instance = DMA1_Channel5;                        /* 查看表格：UART1_RX的DMA通道:通道5 */dma_handle.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;           /* 搬运数据的方式：内存到内存，外设到内存，内存到外设 *///内存相关的配置dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;     /* 源：内存数据对齐模式：一般是8位 */dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;                   /* 源：内存数据指针递增的方式 */dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;  /* 目标：外设数据对齐模式：一般是8位 */dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;               /* 目标：串口发送寄存器数据指针是不能递增的 */dma_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL;                          /* 传输的模式：循环，不循环。内存到内存不支持循环模式 */dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;             /* 通道的优先级设置：有四种*/HAL_DMA_Init(&dma_handle);__HAL_LINKDMA(&uart1_handle,hdmarx,dma_handle);             /* 将内存和外设的地址进行连接，注意：dma句柄前面不用加&*/  HAL_UART_Receive_DMA(&uart1_handle,uart1_rx_buf,UART1_RX_BUF_SIZE);  /* 打开串口的DMA数据转运，*/
}

•  dma.h文件代码

#ifndef __DMA_H__
#define __DMA_H__
#include "stm32f1xx.h"#define UART1_RX_BUF_SIZE            128
void dma_init(void);#endif

• uart1.c文件代码 

• main.c文件代码 

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "uart1.h"
#include "dma.h"int main(void)
{HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */led_init();                         /* LED初始化 */uart1_init(115200);printf("hello,world\r\n");dma_init();while(1){ }
}

注意事项：

• 注意在串口中断函数中书写的DMA转运数据的流程。