STM32F4-DMA(直接存储器访问)_stm32f4 dma

        DMA，此外设有权限直接访问STM32内部的存储器：运行内存SRAM,程序存储器Flash和寄存器等。因此，DMA才能完成数据转运的工作。DMA可以实现外设和存储器之间(外设即外设的寄存器)，或者存储器和存储器之间的高速数据传输。（本质上都是存储器到存储器）并且在此数据传输的过程中无须CPU干预，CPU可以去处理其他事情，节省CPU资源。（ 外设的寄存器：一般是数据寄存器（DR），比如ADC，串口等的数据寄存器。 存储器：指的就是运行内存SRAM和程序存储器Flash。）

        STM32F4的两个 DMA 控制器（DMA1,DMA2）每一个 DMA 控制器都用于管理一个或多个外设的存储器访问请求。两个控制器总共有 16 个通道（每个控制器 8 个），DMA_SxCR 寄存器中的 CHSEL[2:0] 位用于选择DMA通道。每个通道总共可以有多达 8 个数据流（或称请求），每个DMA数据流可配置为不同的传输模式、数据方向、数据大小、地址增量等（由DMA_SxCR 寄存器配置）。DMA通道是用作连接DMA请求和DMA数据流的通道，每个通道都与一个 DMA 请求相关联，此 DMA 请求可以从 8 个可能的数据流请求中选出。

● DMA仲裁器：

DMA仲裁器是用于协调多个DMA请求的硬件模块。当有多个外设同时请求使用DMA控制器时，DMA仲裁器可以判断请求的优先级，按照优先级分配DMA通道，使不同外设的DMA请求可以有效地协调。这样，可避免DMA冲突、提高DMA的使用效率和系统性能。在STM32系列中，包括STM32 F1，F4等微控制器，都内置了DMA仲裁器。可以通过设置DMA通道的优先级级别，来实现对不同外设所发出的DMA请求进行有序的处理。每个DMA通道可以独立进行配置和控制。

● DMA数据流：

        数据流是DMA通道的一个子功能，它可以将一个DMA通道拆分成多个独立的数据传输流，每个数据流都可以进行单独的配置和控制，这样可以提高DMA控制器的灵活性和效率。（DMA仲裁器是针对每个DMA通道进行配置的，而不是针对每个DMA数据流进行配置的。）

        为什么引入数据流？在进行数据传输时，一个DMA传输若占用比较长的时间的话。当一个DMA传输正在进行时，如果需要对同一DMA通道的其他数据进行传输，则需要等待当前的DMA传输结束。这样就会造成DMA效率比较低，影响系统的性能。为了解决这个问题，STM32系列单片机引入了DMA数据流的概念，使得在一个DMA通道中可以同时进行多个DMA数据流传输，每个数据流都可以独立地控制传输的开始、结束和中断等功能。这样，几个DMA数据流可以并行地进行传输，大大提高了DMA效率。

       16个DMA通道，每个通道都和一个或者多个DMA请求连接。在进行DMA传输时，DMA通道会周期性地从外设或者存储器中接收DMA请求，并根据请求的类型进行相应的数据传输。每个数据流都支持软件触发和特定的硬件触发。[若DMA进行的是存储器到存储器的数据转运（比如将Flash里的一批数据转运到SRAM）一般采用软件触发，DMA会以最快速度将一批数据直接转运完成；若DMA进行外设到存储器的数据转运，不能一股脑的直接转运（因为外设的数据传输有一定的时机）一般需要采用硬件触发。在硬件达到时机时，传一个信号触发DMA进行转运。比如转运ADC的数据，需要等待ADC每个通道AD转换完成后，硬件触发一次，DMA再进行转运，这样数据才是正确的。]硬件触发的注意事项：若想使用某外设作为硬件触发源，必须选择对应的通道。每个通道对应的硬件触发源不同。同时需要把此外设的DMA输出开启。XXX_DMACmd（）。

        寄存器是连接软件和硬件的桥梁，CPU可以对寄存器进行读写（和读写运行内存一样），寄存器的每一位背后都连接一根导线，这些导线可以控制外设电路的状态（比如引脚置高低电平，开关导通断开，切换数据选择器等，或者多位结合起来可以当作：计数器，数据寄存器等），软件读写寄存器就是在控制硬件的执行。因此，既然外设就是寄存器，寄存器就是存储器，使用DMA进行数据转运就可归结为一类问题：从某个地址取内容再放到另一个地址去。

● 存储器映射（从起始地址开始，每个字节都分配专属的地址，帮助程序精准访问各个不同寄存器）

BootLoader和选项字节（存储的Flash的读写保护以及看门狗等内容）存储于ROM区的最后面。内核外设（NVIC和SysTick）存储于RAM0XE000 0000。

● Flash模块构成（STM32F4）：

Flash主要特性：STM32F40x 和 STM32F41x，容量1MB；128 位宽数据读取;字节、半字、字和双字数据写入; 扇区擦除与全部擦除。

Flash 结构如下：主存储器块，分为 4 个 16 KB 扇区、 1 个 64 KB 扇区和 7 个 128 KB 扇区。系统存储器，器件在系统存储器自举模式下从该存储器启动512 字节 OTP（一次性可编程），用于存储用户数据；OTP 区域还有 16 个额外字节，用于锁定对应的 OTP 数据块。选项字节，用于配置读写保护、 BOR 级别、软件/硬件看门狗以及器件处于待机或停止模式下的复位。

● DMA内部结构图：

DMA要转运数据必须要有访问的主动权，DMA控制器1和2各有一条DMA总线连接总线矩阵。每个DMA控制器有8个传输通道，每个通道都可以设置他们转运数据的源地址和目标地址。虽然多个通道可以独立转运数据，但是DMA总线只有一条，多个通道需要分时复用这一条DMA总线，若产生了冲突则需要仲裁器来判定优先级。

DMA作为一个外设，同样有自己的配置寄存器（用于配置DMA自身的参数），连接在AHB1总线上。所以DMA既是总线矩阵的主动单元（可以读写各种寄存器），也是AHB总线上的被动单元。CPU通过此AHB线路可以对DMA进行配置。

DMA请求：是DMA的硬件触发源（比如AD转换完成，串口收到数据），需要触发DMA转运数据时候，就要通过外设到DMA请求这条线路，向DMA发出硬件触发信号。

注：DMA控制Flash（ROM只读存储器的一种）时候，只能取数据而不能作为目的地址写入数据。想要写入的话需要配置Flsah接口控制器，对Flash进行按页擦除，再写入（emm...只听过没试过！）。

● DMA具体工作流程(配置DMA参考此图)

常规类型事务：DMA去左站点找数据传输到右站点。左右站点均可以是外设寄存器和存储器。源传输和目标传输在整个 4 GB 区域（地址在 0x0000 0000 和 0xFFFF FFFF 之间）都可以寻址外设和存储器。传输方向使用 DMA_SxCR 寄存器中的 DIR[1:0] 位进行配置，有三种可能的传输方向 存储器到外设、外设到存储器或存储器到存储器。
        双缓冲区类型事务(STM32F4系列新加的功能)：使用存储器的两个存储器指针的双缓冲区传输（当 DMA 正在进行自缓冲区的读或至缓冲区的写操作时，应用程序可以进行至其它缓冲区的写或自其它缓冲区的读操作）。STM32F1系列单片机，其DMA控制器并没有官方DMA双缓冲区支持。

        通过将 DMA_SxCR 寄存器中的 DBM 位置 1，即可使能双缓冲区模式。使能双缓冲区模式时，将自动使能循环模式，并在每次事务结束时交换存储器指针。除了有两个存储器指针之外，双缓冲区数据流的工作方式与常规（单缓冲区）数据流的一样。此模式下，每次事务结束时， DMA 控制器都从一个存储器目标交换为另一个存储器目标。这样，软件在处理一个存储器区域的同时，DMA 传输还可以填充/使用第二个存储器区域。

        外设和存储器两个站点，都有三个参数：起始地址（外设端和存储器端），数据宽度（可以选择字节word，半字Halfword和字word），地址是否自增（指针递增）。起始地址决定数据的源头和目的地；数据宽度决定指定一次转运要以多大宽度进行；地址是否自增决定再一次转运完成后，下次转运外设和存储器的地址是否后移一位指向地址的指针++。

● 数据对齐问题：数据源端宽度>目标端宽度：高位舍弃；数据源端宽度<目标端宽度：高位补0。

        字节就是8位，也就是一次转运uint8_t大小的数据，半字是16位，一次转运一个uint16_t大小的数据，字是32位，一次转运uint32_t大小的数据。

        要传输的数据项的数目可以由DMA控制器或者外设管理：DMA流控制器：传输的数据项数目是1到65535，可用软件编程；外设流控制器：要传输的数据项数目未知并且由源或者目标外设控制，这些外设通过硬件发出传输结束的信号。

● 单次传输和突发传输
DMA 控制器可以产生单次传输或 4 个、 8 个和 16 个节拍的增量突发传输。突发大小指示突发中的节拍数，而不是传输的字节数。为确保数据一致性，形成突发的每一组传输都不可分割。根据单次或突发配置的情况，每个 DMA 请求在 AHB 外设端口上相应地启动不同数量的传输。
当 AHB 外设端口被配置为单次传输时，根据 DMA_SxCR 寄存器 PSIZE[1:0] 位的值，每个 DMA 请求产生一次字节、半字或字的数据传输。
当 AHB 外设端口被配置为突发传输时，根据 DMA_SxCR 寄存器 PBURST[1:0] 和PSIZE[1:0] 位的值，每个 DMA 请求相应地生成 4 个、 8 个或 16 个节拍的字节、半字或字的传输。

源和目标数据宽度不相等时，DMA自动封装/解封必要的传输数据来优化带宽（FIFO模式下才可）

传输计数器：是个自减计数器，用来指定DMA总共需要转运几次。它减到0之后，DMA不会进行数据转运了（注：它减到0之后，之前自增的地址会恢复到起始地址的位置。）自动重装器：决定传输计数器减到0之后，是否重新恢复最初的值。（决定了DMA转运模式。不重装：单次模式；重装：循环模式。循环模式：指定一轮工作完成后是否开启下一轮工作。）。注：写传输计数器时，必须先关闭DMA，不能在DMA开启时写。

M2M（Memory to Memory）：控制DMA是软件触发还是硬件触发，置1：软件触发；置0：硬件触发。软件触发（可以理解为连续触发）：以最快速度连续不断触发DMA，快速将传输计数器值清0。

开关控制：DMA_Cmd（）函数使能DMA。

DMA常用于：ADC扫描模式配合DMA循环模式使用。

● 先进先出存储器缓冲区FIFO:

        每个通道有单独的四级32位先进先出存储器缓冲区FIFO，可用于FIFO模式或者直接模式。FIFO模式：可通过软件将阈值级别选取为FIFO的 1/4、 1/2、 3/4 或满；直接模式：每个DMA请求会立刻启动对DMA数据的传输。当在直接模式（禁止 FIFO）下将 DMA 配置为存储器到外设模式传输数据时，DMA 会将一个数据从存储器预加载到内部 FIFO，确保一旦外设触发 DMA 请求时立即传输数据。

        在STM32系列单片机中，每个DMA通道都有自己的独立FIFO，用于存储传输数据和相关控制信息。 DMA的数据传输过程中，数据是从外设或内存中获取到DMA控制器，并暂存到对应DMA通道的FIFO中。FIFO 用于在源数据传输到目标之前临时存储这些传输的数据。然后，DMA控制器从FIFO中读取数据，并将其传输到目标外设或内存地址中。由于每个DMA通道都拥有自己的独立FIFO，因此在多个DMA通道进行数据传输时，数据传输互不干扰。

        每个通道对应的独立4字FIFO，阈值级别可由软件配置为 1/4、 1/2、 3/4 或满。通过设置FIFO阈值可以控制DMA传输开始条件。当存储在FIFO中的数据量到达FIFO阈值时，DMA控制器将会开始进行数据传输。在STM32F4系列的单片机中，DMA通道的FIFO阈值是通过DMA_SxFCR寄存器进行配置的。该寄存器包含了多个控制位，用于配置FIFO阈值、FIFO模式、FIFO错误中断和直接模式等参数。

● DMA中断：

对于每个 DMA 数据流，可在发生以下事件时产生中断：达到半传输；传输完成；传输错误；FIFO 错误（上溢、下溢或 FIFO 级别错误）；直接模式错误。

如下图：可以使用单独的中断使能位以实现灵活性。

● DMA寄存器：

DMA 中断状态寄存器（发生中断会在此置标志位，如果配置了NVIC，会向CPU申请中断）2个：DMA 低中断状态寄存器 (DMA_LISR)；DMA 高中断状态寄存器 (DMA_HISR)。

DMA 中断标志位清除2个：寄存器DMA 低中断标志清零寄存器 (DMA_LIFCR)；DMA 高中断标志清零寄存器 (DMA_HIFCR)。

DMA通道配置寄存器2个：DMA 数据流 x 配置寄存器 (DMA_SxCR) (x = 0..7)；DMA 数据流 x 数据项数寄存器 (DMA_SxNDTR) (x = 0..7)：在STM32F4系列的单片机，DMA_SxNDTR是由DMA_SxCR寄存器和DMA_SxNDTR寄存器组成。DMA_SxCR寄存器存储了DMA通道的配置信息，包括DMA传输模式、数据宽度、传输方向、中断使能、FIFO使能和FIFO阈值等。而DMA_SxNDTR寄存器则用于存储DMA传输的数据量，即传输的数据块大小。

用于指定两个传输站点的地址的寄存器3个：DMA 数据流 x 外设地址寄存器 (DMA_SxPAR) (x = 0..7)；DMA 数据流 x 存储器 0 地址寄存器 (DMA_SxM0AR) (x = 0..7)；DMA 数据流 x 存储器 1 地址寄存器 (DMA_SxM1AR) (x = 0..7)。

DMA 数据流 x FIFO 控制寄存器 (DMA_SxFCR) (x = 0..7)。

● DMA配置程序过程

①使能DMA时钟：RCC_AHB1PeriphClockCmd()；②初始化通道参数：DMA_Init()；

③使能串口DMA发，串口DMA使能函数：USART_DMACmd()；

④查询DMA的EN位，确保数据流就绪，没有正在进行的数据传输：DMA_GetCmdStatus()；

⑤设置通道当前剩余数据量：DMA_SetCurrDataCounter()；

⑥使能DMA通道，启动传输:DMA_Cmd();⑦查询DMA传输状态：DMA_GetFlagStatus();

⑧获取/设置通道当前剩余数据量：DMA_GetCurrDataCounter();

● DMA配置参数

①通道；②优先级；③数据传输方向；④存储器/外设数据宽度；⑤存储器/外设地址是否自增；⑥循环模式/单次模式；⑦数据传输量。