STM32的 DMA（直接存储器访问） 详解

STM32的DMA（Direct Memory Access，直接存储器存取）是一种在单片机中用于高效实现数据传输的技术。它允许外设设备直接访问RAM，不需要CPU的干预，从而释放CPU资源，提高CPU工作效率，本文基于STM32F429、Hal库详细分析DMA的特性与使用。

1.DMA的特性

（1）STM32F429拥有两个DMA控制器（DMA1和DMA2），DMA1 控制器 AHB 外设端口不连接到总线矩阵，因此，只有 DMA2 数据流能够执行存储器到存储器的传输，外设包括片内外设和片外外设。

片内外设：例如GPIO（通用输入输出端口）、USART（通用同步/异步收发器）、I2C（Inter-Integrated Circuit，一种串行通信总线）、SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）等。这些外设通过DMA控制器，可以直接与内存（如SRAM、Flash等）进行数据传输。

片外外设：这是指通过外部接口连接到STM32芯片的设备，例如DHT11温度传感器、MQ2烟雾传感器等。这些设备通过相应的接口（如ADC、SPI等）与STM32连接，然后通过DMA控制器进行数据传输，要确保片外外设支持DMA功能才可以用DMA传输数据。

存储器到存储器的传输意味着DMA控制器可以直接从一个内存区域（如RAM的一个数组或缓冲区）读取数据，并将这些数据写入到另一个内存区域（同样是RAM的另一个数组或缓冲区）。这种传输模式在多种应用中都非常有用，比如：

1. 数据移动：如果你需要将一段数据从一个位置移动到另一个位置，使用DMA可以节省CPU时间，因为CPU不需要参与数据的传输过程。

2. 数据处理：在图像处理、音频处理或任何需要处理大量数据的应用中，你可能需要将数据从一个缓冲区读取出来，进行一些处理（如滤波、FFT等），然后将结果写回另一个缓冲区。使用DMA可以并行地进行数据的读取和写入，从而加速整个处理过程。

3. 数据桥接：在某些应用中，你可能需要从一个硬件接口读取数据，然后将其写入到另一个硬件接口。使用DMA可以确保这两个接口之间的数据传输是高效的，不会受到CPU中断或其他任务的影响。

4. 循环缓冲区：在处理实时数据流时，循环缓冲区是一种常见的解决方案。使用DMA可以自动地将新数据写入循环缓冲区的末尾，并将旧数据从缓冲区的开头移出，从而实现无缝的数据传输和处理。

（2）每个DMA控制器有8个数据流，每个数据流拥有8个通道，每次传输的数据最大为65535（如果数据单位为字，则一次可以传输256KB），每个通道具体是什么数据接口如下图所示：

DMA1通道

DMA2通道

（3）DMA传输具有FIFO（先进先出）模式和直接模式。FIFO用于在源数据传输到目标地址之前临时存放这些数据，每个数据流都有一个独立的 4 字 FIFO，阈值级别可由软件配置为 1/4、1/2、3/4 或满。而直接模式在每个外设请求都立即启动对存储器传输。

（4）数据流与数据流之间的传输优先级通过软件和硬件两个方面决定。软件上，可以通过DMA_SxCR寄存器配置数据流的优先级，总共有四个等级：非常高、高、中、低。硬件上，若两个请求的软件优先级相同时，仲裁器根据DMA通道的编号来决定响应顺序，序号较小的数据流优先级更高，另外，DMA1拥有比DMA2更高的优先级。

（5）DMA支持源地址和目标地址的数据宽度可以不同，如源数据是源源不断的字节数据，而目标地址要求输出字宽度的数据。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。

（6）DMA拥有5个中断，分别是：半传输、传输完成、传输错误、FIFO 上溢/下溢、直接模式错误。

2.DMA的使用

下面我们将一些数据通过DMA2的UART1输出出来：

（1）使能DMA时钟

 __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();//DMA2时钟使能    

(2) 初始化DMA通道，配置通道，外设和内存地址，传输数据量等

__HAL_LINKDMA(&UART1_Handler,hdmatx,UART1TxDMA_Handler);    //将DMA与USART1联系起来(发送DMA)
    
    //Tx DMA配置
    UART1TxDMA_Handler.Instance=DMA2_Stream7;                            //数据流选择DMA2控制器的数据流7
    UART1TxDMA_Handler.Init.Channel=DMA_CHANNEL_4;                       //通道选择4
    UART1TxDMA_Handler.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH;             //存储器到外设
    UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE;                 //外设非增量模式
    UART1TxDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE;                     //存储器增量模式
    UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_BYTE;    //外设数据长度:8位
    UART1TxDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_BYTE;       //存储器数据长度:8位
    UART1TxDMA_Handler.Init.Mode=DMA_NORMAL;                            //外设普通模式
    UART1TxDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_MEDIUM;               //中等优先级
    UART1TxDMA_Handler.Init.FIFOMode=DMA_FIFOMODE_DISABLE;              
    UART1TxDMA_Handler.Init.FIFOThreshold=DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;      
    UART1TxDMA_Handler.Init.MemBurst=DMA_MBURST_SINGLE;                 //存储器突发单次传输
    UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphBurst=DMA_PBURST_SINGLE;              //外设突发单次传输
    
    HAL_DMA_DeInit(&UART1TxDMA_Handler);   
    HAL_DMA_Init(&UART1TxDMA_Handler);

（3）开启DMA通道传输

 MYDMA_USART_Transmit(&UART1_Handler,(u8*)SendBuff,SEND_BUF_SIZE); //启动传输    

（4） 查询DMA通道状态,传输结束后关闭串口DMA

while(1){
    if(__HAL_DMA_GET_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF3_7))//等待DMA2_Steam7传输完成
    {
         __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF3_7);//清除DMA2_Steam7传输完成标志
         HAL_UART_DMAStop(&UART1_Handler);      //传输完成以后关闭串口DMA
	     break; 
    }
     delayms(10);
}