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【STM32】DMA基本原理、寄存器、库函数（DMA一般步骤）_stm32 dma工作原理

作者：AllinToyou | 2024-03-23 01:55:43

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stm32 dma工作原理

STM32F1xx官方资料：

《STM32中文参考手册V10》-第10章 DMA控制器

 

DMA的基本介绍

DMA的基本定义

DMA，全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。

DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实现和完成的。DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场过程，通过硬件为RAM和IO设备开辟一条直接传输数据的通道，使得CPU的效率大大提高。

DMA的主要特征

  • 每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求，每个通道都同样支持软件触发。这些功能通过软件来配置；
  • 在同一个DMA模块上，多个请求间的优先权可以通过软件编程设置（共有四级：很高、高、中等和低），优先权设置相等时由硬件决定（请求0优先于请求1，依此类推）；
  • 独立数据源和目标数据区的传输宽度（字节、半字、全字），模拟打包和拆包的过程。源和目标地址必须按数据传输宽度对齐；
  • 支持循环的缓冲器管理；
  • 每个通道都有3个事件标志（DMA半传输、DMA传输完成和DMA传输出错），这3个事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求；
  • 存储器和存储器间的传输、外设和存储器、存储器和外设之间的传输；
  • 闪存、SRAM、外设的SRAM、APB1、APB2和AHB外设均可作为访问的源和目标；
  • 可编程的数据传输数目：最大为65535。

STM32F10x系列芯片DMA控制器

STM32F10x系列芯片最多有2个DMA控制器（DMA2仅存在大容量产品中），DMA1有7个通道。DMA2有5个通道。每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。还有一个仲裁起来协调各个DMA请求的优先权。

从外设（TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3]）产生的7个请求，通过逻辑或输入到DMA1控制器，这意味着同时只能有一个请求有效。各个通道的DMA1请求一览见下图：

从外设（TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO）产生的5个请求，经逻辑或输入到DMA2控制器，这意味着同时只能有一个请求有效。各个通道的DMA2请求一览见下图：

 

DMA的基本原理

DMA控制器和Cortex™-M3核心共享系统数据总线，执行直接存储器数据传输。当CPU和DMA同时访问相同的目标（RAM或外设）时，DMA请求会暂停CPU访问系统总线达若干个周期，总线仲裁器执行循环调度，以保证CPU至少可以得到一半的系统总线（存储器或外设）带宽。

DMA的工作框图

DMA模块的框图看起来比较复杂，接下来会一点一点地对它进行分析。

DMA处理

在发生一个事件后，外设向DMA控制器发送一个请求信号。DMA控制器根据通道的优先权处理请求。当DMA控制器开始访问发出请求的外设时，DMA控制器立即发送给它一个应答信号。当从DMA控制器得到应答信号时，外设立即释放它的请求。一旦外设释放了这个请求，DMA控制器同时撤销应答信号。如果有更多的请求时，外设可以启动下一个周期。

总之，每次DMA传送由3个操作组成：

  • 从外设数据寄存器或者从当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址取数据，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元；
  • 存数据到外设数据寄存器或者当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元；
  • 执行一次DMA_CNDTRx寄存器的递减操作，该寄存器包含未完成的操作数目。

仲裁器

仲裁器根据通道请求的优先级来启动外设/存储器的访问。

优先权管理分2个阶段：

  • 软件：每个通道的优先权可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级：最高优先级、高优先级、中等优先级、低优先级；
  • 硬件：如果2个请求有相同的软件优先级，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。 

注意： 在大容量产品和互联型产品中，DMA1控制器拥有高于DMA2控制器的优先级。

DMA通道

每个通道都可以在有固定地址的外设寄存器和存储器地址之间执行DMA传输。DMA传输的数据量是可编程的，最大达到65535。包含要传输的数据项数量的寄存器，在每次传输后递减。

可编程的数据量

外设和存储器的传输数据量可以通过DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位编程。

指针增量

通过设置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC标志位，外设和存储器的指针在每次传输后可以有选择地完成自动增量。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，增量值取决与所选的数据宽度为1、2或4。

第一个传输的地址是存放在DMA_CPARx /DMA_CMARx寄存器中的值。在传输过程中，这些寄存器保持它们初始的数值，软件不能改变和读出当前正在传输的地址（它在内部的当前外设/存储器地址寄存器中）。

当通道配置为非循环模式时，传输结束后（即传输计数变为0）将不再产生DMA操作。要开始新的DMA传输，需要在关闭DMA通道的情况下，在DMA_CNDTRx寄存器中重新写入传输数目。 在循环模式下，最后一次传输结束时，DMA_CNDTRx寄存器的内容会自动地被重新加载为其初始数值，内部的当前外设/存储器地址寄存器也被重新加载为DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器设定的初始基地址。

循环模式

循环模式用于处理循环缓冲区和连续的数据传输（如ADC的扫描模式）。

在DMA_CCRx寄存器中的CIRC位用于开启这一功能。当启动了循环模式，数据传输的数目变为0时，将会自动地被恢复成配置通道时设置的初值，DMA操作将会继续进行。

存储器到存储器模式

DMA通道的操作可以在没有外设请求的情况下进行，这种操作就是存储器到存储器模式。

当设置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在软件设置了DMA_CCRx寄存器中的EN位启动DMA通道时，DMA传输将马上开始。当DMA_CNDTRx寄存器变为0时，DMA传输结束。存储器到存储器模式不能与循环模式同时使用。

可编程的数据传输宽度、对齐方式和数据大小端

当PSIZE和MSIZE不相同时，DMA模块按照下图进行数据对齐。

中断

每个DMA通道都可以在DMA传输过半、传输完成和传输错误时产生中断。为应用的灵活性考虑，通过设置寄存器的不同位来打开这些中断。

注意：在大容量产品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中断被映射在同一个中断向量上。在互联型产品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中断分别有独立的中断向量。所有其他的DMA通道都有自己的中断向量。

 

DMA相关配置寄存器

DMA配置参数包括：通道地址、优先级、数据传输方向、存储器/外设数据宽度、存储器/外设地址是否增量、循环模式、数据传输量。

DMA通道x配置寄存器（DMA_CCRx）

作用：配置DMA通道模式、优先级、数据宽度、是否增量、传输方向、是否增量参数。

DMA通道x传输数量寄存器（DMA_CNDTRx）

作用：配置DMA通道的数据传输数量，范围为0-65535。

主要注意：该寄存器的值会随着传输的进行而减少，当该寄存器的值为0的时候，就代表着此次传输已经全部结束了。也就是说，当DMA通道开启传输了之后，该寄存器变成只读，指示的是数据传输数量中剩余待传输的字节数目。

DMA通道x外设地址寄存器（DMA_CPARx）

作用：配置DMA通道的外设地址。比如使用串口1的数据引脚，则该寄存器必须写上0x40013804（其实就是串口数据寄存器的地址，&USART1->DR的值）。

主要注意：当通道已经开启（被使能），此时DMA通道外设地址寄存器就不能修改了。

DMA通道x存储器地址寄存器（DMA_CMARx）

作用：配置DMA通道存储器地址。

主要注意：当通道已经开启（被使能），此时DMA通道存储器地址寄存器就不能修改了。

DMA中断状态寄存器（DMA_ISR）

作用：可以获取DMA传输的状态标志。

注意：此寄存器为只读寄存器，所以在这些位被置位后只能通过其他的操作来清除。

DMA中断标志清除寄存器（DMA_IFCR）

作用：通过往寄存器内写1来清除DMA_ISR被置位的位。

 

DMA通道配置过程

下面是配置DMA通道x的过程（x代表通道号）：

  • 在DMA_CPARx寄存器中设置外设寄存器的地址。发生外设数据传输请求时，这个地址将是数据传输的源或目标；
  • 在DMA_CMARx寄存器中设置数据存储器的地址。发生外设数据传输请求时，传输的数据将从这个地址读出或写入这个地址；
  • 在DMA_CNDTRx寄存器中设置要传输的数据量。在每个数据传输后，这个数值递减；
  • 在DMA_CCRx寄存器的PL[1:0]位中设置通道的优先级；
  • 在DMA_CCRx寄存器中设置数据传输的方向、循环模式、外设和存储器的增量模式、外设和存储器的数据宽度、传输一半产生中断或传输完成产生中断；
  • 设置DMA_CCRx寄存器的ENABLE位，启动该通道。

一旦启动了DMA通道，它既可响应连到该通道上的外设的DMA请求。当传输一半的数据后，半传输标志(HTIF)被置1，当设置了允许半传输中断位(HTIE)时，将产生一个中断请求。在数据传输结束后，传输完成标志(TCIF)被置1，当设置了允许传输完成中断位(TCIE)时，将产生一个中断请求。

 

DMA相关配置库函数

  • 1个初始化函数
void DMA_Init(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, DMA_InitTypeDef* DMA_InitStruct);

作用：初始化DMA通道外设寄存器地址、数据存储器地址、数据传输的方向、传输的数据量、外设和存储器的增量模式、外设和存储器的数据宽度、是否开启循环模式。

  • 2个使能函数
  1. void DMA_Cmd(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, FunctionalState NewState);
  2. void DMA_ITConfig(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, uint32_t DMA_IT, FunctionalState NewState);

作用：前者使能DMA通道；后者使能DMA通道中断。

  • 2个传输数据量函数
  1. void DMA_SetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, uint16_t DataNumber); 
  2. uint16_t DMA_GetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx);

作用：前者设置DMA通道的传输数据量（DMA处于关闭状态）；后者获取当前DMA通道传输剩余数据量（DMA处于开启状态）。

  • 4个状态位函数
  1. FlagStatus DMA_GetFlagStatus(uint32_t DMAy_FLAG);
  2. void DMA_ClearFlag(uint32_t DMAy_FLAG);
  3. ITStatus DMA_GetITStatus(uint32_t DMAy_IT);
  4. void DMA_ClearITPendingBit(uint32_t DMAy_IT);

作用：获取DMA通道的各种状态位，并能清除这些状态位。

  • 8个外设DMA使能函数
  1. void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState);
  2. void ADC_DMACmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
  3. void DAC_DMACmd(uint32_t DAC_Channel, FunctionalState NewState);
  4. void I2C_DMACmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
  5. void SDIO_DMACmd(FunctionalState NewState);
  6. void SPI_I2S_DMACmd(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_DMAReq, FunctionalState NewState);
  7. void TIM_DMAConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_DMABase, uint16_t TIM_DMABurstLength);
  8. void TIM_DMACmd(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_DMASource, FunctionalState NewState);

作用：用于使能外设的DMA通道。

 

DMA的一般步骤

实验目标：利用外部按键KEY0来控制DMA的传送，每按一次KEY0，DMA就传送一次数据到USART1，然后在TFTLCD模块上显示进度等信息。

  • 使能DMA时钟。调用函数：RCC_AHBPeriphClockCmd()；
  • 初始化DMA通道参数。调用函数：DMA_Init()；
  • 使能串口DMA发送，串口DMA使能函数。调用函数：USART_DMACmd()；
  • 使能DMA1通道，启动传输。调用函数：DMA_Cmd()；
  • 查询DMA传输状态。调用函数：DMA_GetFlagStatus()；
  • 获取/设置通道当前剩余数据量。调用函数：DMA_GetCurrDataCounter()；DMA_SetCurrDataCounter()。

下面按照这个一般步骤来进行一个简单的DMA程序：

  1. DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  2.  
  3. u16 DMA1_MEM_LEN;//保存DMA每次数据传送的长度 	    
  4. //DMA1的各通道配置
  5. //这里的传输形式是固定的,这点要根据不同的情况来修改
  6. //从存储器->外设模式/8位数据宽度/存储器增量模式
  7. //DMA_CHx:DMA通道CHx
  8. //cpar:外设地址
  9. //cmar:存储器地址
  10. //cndtr:数据传输量 
  11. void MYDMA_Config(DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx,u32 cpar,u32 cmar,u16 cndtr)
  12. {
  13.  	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA传输
  14. 	
  15.         DMA_DeInit(DMA_CHx);   //将DMA的通道1寄存器重设为缺省值
  16.  
  17. 	DMA1_MEM_LEN=cndtr;
  18. 	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = cpar;  //DMA外设基地址
  19. 	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = cmar;  //DMA内存基地址
  20. 	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;  //数据传输方向，从内存读取发送到外设
  21. 	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = cndtr;  //DMA通道的DMA缓存的大小
  22. 	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外设地址寄存器不变
  23. 	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //内存地址寄存器递增
  24. 	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;  //数据宽度为8位
  25. 	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据宽度为8位
  26. 	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;  //工作在正常模式
  27. 	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x拥有中优先级 
  28. 	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;  //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
  29. 	DMA_Init(DMA_CHx, &DMA_InitStructure);  //根据DMA_InitStruct中指定的参数初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所标识的寄存器
  30. 	  	
  31. } 
  32. //开启一次DMA传输
  33. void MYDMA_Enable(DMA_Channel_TypeDef*DMA_CHx)
  34. { 
  35. 	DMA_Cmd(DMA_CHx, DISABLE );  //关闭USART1 TX DMA1 所指示的通道      
  36.  	DMA_SetCurrDataCounter(DMA_CHx,DMA1_MEM_LEN);//DMA通道的DMA缓存的大小
  37.  	DMA_Cmd(DMA_CHx, ENABLE);  //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道 
  38. }	  
  1. #define SEND_BUF_SIZE 8200	//发送数据长度,最好等于sizeof(TEXT_TO_SEND)+2的整数倍.
  2.  
  3. u8 SendBuff[SEND_BUF_SIZE];	//发送数据缓冲区
  4. const u8 TEXT_TO_SEND[]={"STM32F1 DMA 串口实验"};
  5.  
  6. int main(void)
  7. {	 
  8. 	u16 i;
  9. 	u8 t=0;
  10. 	u8 j,mask=0;
  11. 	float pro=0;        //进度
  12.  
  13. 	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
  14.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);        //设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
  15. 	uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200
  16. 	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
  17. 	LCD_Init();			   	//初始化LCD 	
  18. 	KEY_Init();				//按键初始化		 	
  19.  	MYDMA_Config(DMA1_Channel4,(u32)&USART1->DR,(u32)SendBuff,SEND_BUF_SIZE);//DMA1通道4,外设为串口1,存储器为SendBuff,长度SEND_BUF_SIZE.
  20.  	POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
  21. 	LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"WarShip STM32");	
  22. 	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DMA TEST");	
  23. 	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
  24. 	LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/15");	
  25.  	LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Start");
  26. 	//显示提示信息	
  27. 	j=sizeof(TEXT_TO_SEND);	   
  28. 	for(i=0;i<SEND_BUF_SIZE;i++)//填充数据到SendBuff
  29.         {
  30. 		if(t>=j)//加入换行符
  31. 		{
  32. 			if(mask)
  33. 			{
  34. 				SendBuff[i]=0x0a;
  35. 				t=0;
  36. 			}else 
  37. 			{
  38. 				SendBuff[i]=0x0d;
  39. 				mask++;
  40. 			}	
  41. 		}else//复制TEXT_TO_SEND语句
  42. 		{
  43. 			mask=0;
  44. 			SendBuff[i]=TEXT_TO_SEND[t];
  45. 			t++;
  46. 		}    	   
  47.         }		 
  48. 	POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色	  
  49. 	i=0;
  50. 	while(1)
  51. 	{
  52. 		t=KEY_Scan(0);
  53. 		if(t==KEY0_PRES)//KEY0按下
  54. 		{
  55. 			LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Start Transimit....");
  56. 			LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"   %");//显示百分号
  57. 			printf("\r\nDMA DATA:\r\n"); 	    
  58. 		        USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE); //使能串口1的DMA发送      
  59. 			MYDMA_Enable(DMA1_Channel4);//开始一次DMA传输！	  
  60. 		        //等待DMA传输完成，此时我们来做另外一些事，点灯
  61. 		        //实际应用中，传输数据期间，可以执行另外的任务
  62. 		        while(1)
  63. 		        {
  64. 				if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)!=RESET)	//判断通道4传输完成
  65. 				{
  66. 					DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);//清除通道4传输完成标志
  67. 					break; 
  68. 		                }
  69. 				pro=DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4);//得到当前还剩余多少个数据
  70. 				pro=1-pro/SEND_BUF_SIZE;//得到百分比	  
  71. 				pro*=100;      //扩大100倍
  72. 				LCD_ShowNum(30,170,pro,3,16);	  
  73. 		        }			    
  74. 			LCD_ShowNum(30,170,100,3,16);//显示100%	  
  75. 			LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Transimit Finished!");//提示传送完成
  76. 		}
  77. 		i++;
  78. 		delay_ms(10);
  79. 		if(i==20)
  80. 		{
  81. 			LED0=!LED0;//提示系统正在运行	
  82. 			i=0;
  83. 		}		   
  84. 	}
  85. }

MYDMA_Enable函数

传输数据量寄存器的值，在DMA的传输过程中，该值会随着传输的进行而减少，当该寄存器的值为0的时候，就代表着此次传输已经全部结束了。在没有设置循环模式的情况下，想要下一次DMA传输的时候，还保持原有的传输数据，就需要重新赋予该寄存器应有的值。

该寄存器在DMA使能的情况下，是一个只读寄存器，也就是说，要想改变这个寄存器，必须先要让DMA失能：

  1. 	DMA_Cmd(DMA_CHx, DISABLE );  //关闭USART1 TX DMA1 所指示的通道      
  2.  	DMA_SetCurrDataCounter(DMA_CHx,DMA1_MEM_LEN);//DMA通道的DMA缓存的大小
  3.  	DMA_Cmd(DMA_CHx, ENABLE);  //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道

main函数

在main函数中，先判断DMA1通道4传输完成，这里需要用到一个标志位判断：

  1. if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)!=RESET)	//判断通道4传输完成
  2. {
  3. 	DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);//清除通道4传输完成标志
  4. 	break; 
  5. }

 

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