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文章目录
- STM32-15-DMA
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- [1. DMA与中断的区别](#1. DMA与中断的区别)
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- [1. DMA](#1. DMA)
- [2. 中断](#2. 中断)
- [2. DMA介绍](#2. DMA介绍)
- [3. DMA结构框图](#3. DMA结构框图)
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- [1. DMA框图](#1. DMA框图)
- [2. DMA处理过程](#2. DMA处理过程)
- [3. DMA通道](#3. DMA通道)
- [4. DMA相关寄存器](#4. DMA相关寄存器)
- [5. DMA相关HAL库驱动](#5. DMA相关HAL库驱动)
- [6. 代码实现](#6. 代码实现)
STM32-15-DMA
1. DMA与中断的区别
DMA（Direct Memory Access，直接内存访问） 和中断是两种不同的机制，用于管理计算机系统中外围设备与处理器之间的数据传输和处理。
1. DMA
工作原理：
- 独立传输：DMA允许外设直接与系统内存交换数据，而不需要通过处理器（CPU）。当需要大量数据传输时，DMA控制器接管传输任务，释放CPU去执行其他任务。
- 传输过程：DMA传输数据时，CPU启动DMA传输，然后DMA控制器接管整个传输过程。传输完成后，DMA控制器通过中断通知CPU传输完成。
作用：
- 提高效率：DMA减少了CPU在数据传输过程中的参与，使得CPU能够执行其他任务，从而提高系统的整体效率。
- 减少延迟：由于DMA可以独立进行传输，因此数据传输的延迟更低，特别是在处理大块数据时。
- 应用场景 ：DMA广泛应用于音频 、视频数据流 、网络数据包的传输 、存储设备的数据读写等场景。
对程序的影响：
- 复杂度增加：引入DMA需要对DMA控制器进行配置，可能增加程序的复杂性。
- 同步问题 ：在DMA传输过程中，程序需要处理好数据同步问题，避免数据不一致性问题。
2. 中断
工作原理：
- 中断触发：中断是外设通过中断信号通知CPU某个事件发生，如输入设备有新数据可读取，定时器到期等。
- 中断处理：CPU响应中断后，暂停当前任务，跳转到相应的中断处理程序（ISR）执行。当中断处理程序执行完毕后，CPU恢复先前任务的执行。
作用：
- 实时响应：中断机制使CPU能够实时响应外设事件，保证系统对外部事件的快速反应。
- 事件驱动：中断使得程序可以基于事件驱动，而不是定期轮询外设状态，从而节省CPU资源。
- 应用场景 ：键盘输入 、鼠标移动 、网络数据包到达 、定时器事件等。
对程序的影响：
- 中断处理程序设计：中断处理程序需要尽可能简短、快速，避免长时间占用CPU。
- 中断优先级管理：系统中可能有多个中断源，需要合理设计中断优先级，以确保关键中断能够及时响应。
- 上下文切换开销：中断会引起上下文切换，带来一定的性能开销。
总结
- DMA：适用于大量数据传输，降低CPU负载，提高系统效率。
- 中断：适用于实时事件响应，保证系统对外部事件的快速处理。
两者结合使用，可以构建高效、实时的嵌入式系统。例如，DMA用于大数据块的传输，而中断用于触发DMA传输和处理传输完成事件。
2. DMA介绍
- DMA： 即直接存储器访问。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的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，能使CPU的效率大为提高。
- STM32F103内部有2个DMA控制器，
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，还有一个仲裁器来协调各个DMA请求的优先权。 - 特性：
- 每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求，每个通道都支持软件触发。这些功能通过软件来配置。
- 在七个请求间的优先权可以通过软件编程设置，当软件相同时，由硬件决定。
- 独立的源和目标数据区的传输宽度，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，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。
3. DMA结构框图
1. DMA框图
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①DMA请求
如果外设想要通过DMA来传输数据，必须先给DMA控制器发送DMA请求，DMA收到请求信号之后，控制器会给外设一个应答信号，当外设应答后且DMA控制器收到应答信号之后，就会启动DMA的传输，直到传输完毕。
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②DMA通道
DMA具有12个独立可编程的通道，其中DMA1有7个通道，DMA2有5个通道，每个通道对应不同的外设的DMA请求。虽然每个通道可以接收多个外设的请求，但是同一时间只能接收一个，不能同时接收多个。
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③DMA优先级
当发生多个DMA通道请求时，就意味着有先后响应处理的顺序问题，这个就由仲裁器管理。仲裁器管理DMA通道请求分为两个阶段。第一阶段属于软件阶段，可以在
DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级：非常高 ，高 ，中 和低四个优先级。第二阶段属于硬件阶段，如果两个或以上的DMA通道请求设置的优先级一样，则他们优先级取决于通道编号，编号越低优先权越高，比如通道0高于通道1。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。
2. DMA处理过程
DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种允许外设直接与系统内存进行数据传输的机制，不需要CPU的直接干预。以下是DMA处理过程的详细描述：
DMA处理过程
- 配置DMA控制器 ：
- 源地址：设置数据传输的源地址（可以是外设寄存器地址或内存地址）。
- 目标地址：设置数据传输的目标地址（可以是外设寄存器地址或内存地址）。
- 传输方向：指定数据传输的方向，是从外设到内存，还是从内存到外设。
- 数据长度：设置需要传输的数据长度（字节数）。
- 传输模式：选择传输模式，可以是单次传输、块传输或连续传输模式。
- 启动DMA传输 ：
- 触发传输：在配置完成后，通过设置DMA控制器的启动位，开始数据传输。
- 数据搬运：DMA控制器接管数据传输任务，将数据从源地址搬运到目标地址。这个过程中，DMA控制器直接与内存控制器和外设总线进行交互，不需要CPU干预。
- 中断通知 ：
- 传输完成中断：数据传输完成后，DMA控制器产生中断信号，通知CPU传输已经完成。CPU执行相应的中断服务程序（ISR）处理后续任务。
- 错误处理：如果在传输过程中发生错误（如总线错误），DMA控制器也会产生中断，通知CPU进行错误处理。
3. DMA通道
DMA1通道与外设的对应关系
DMA2通道与外设的对应关系
4. DMA相关寄存器
| 寄存器 | 名称 | 作用 |
|---|---|---|
| DMA_CCRx | DMA通道x配置寄存器 | 用于配置DMA（核心控制寄存器） |
| DMA_ISR | DMA中断状态寄存器 | 用于查询当前DMA传输状态 |
| DMA_IFCR | DMA中断标志清除寄存器 | 用来清除DMA_ISR对应位 |
| DMA_CNDTRx | DMA通道x传输数量寄存器 | 用于控制DMA通道x每次传输的数据量 |
| DMA_CPARx | DMA通道x外设地址寄存器 | 用于存储STM32外设地址 |
| DMA_CMARx | DMA通道x存储器地址寄存器 | 用于存放存储器的地址 |
| USART_CR3 | USART控制寄存器3 | 用于使能串口DMA发送 |
-
DMA通道x配置寄存器（
DMA_CCRx）
-
DMA中断状态寄存器（
DMA_ISR）
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DMA 中断标志清除寄存器（
DMA_IFCR）
-
DMA通道x传输数量寄存器（
DMA_CNDTRx)
该寄存器控制着DMA通道x的每次传输所要传输的数据量。其设置范围为
0~65535。并且该寄存器的值随着传输的进行而减少，当该寄存器的值为0的时候就代表此次数据传输己经全部发送完成。可以通过这个寄存器的值来获取当前DMA传输的进度。 -
DMA通道x外设地址寄存器（
DMA_CPARx）
用来存储 STM32 外设的地址。
-
DMA通道x存储器地址寄存器（
DMA_CMARx）
用来存放存储器的地址。
5. DMA相关HAL库驱动
-
使能DMA时钟
c__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); -
初始化DMA
cHAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma); typedef struct { uint32_t Direction; /* 传输方向，例如存储器到外设 DMA_MEMORY_TO_PERIPH */ uint32_t PeriphInc; /* 外设（非）增量模式，非增量模式 DMA_PINC_DISABLE */ uint32_t MemInc; /* 存储器（非）增量模式，增量模式 DMA_MINC_ENABLE */ uint32_t PeriphDataAlignment; /* 外设数据大小：8/16/32 位 */ uint32_t MemDataAlignment; /* 存储器数据大小：8/16/32 位 */ uint32_t Mode; /* 模式：循环模式/普通模式 */ uint32_t Priority; /* DMA 优先级：低/中/高/非常高 */ }DMA_InitTypeDef; __HAL_LINKDMA(&g_uart1_handler, hdmatx, g_dma_handle); -
使能串口的DMA发送，启动传输
cHAL_UART_Transmit_DMA() HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart); /* 停止 */ HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart); /* 暂停 */ HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart); /* 恢复 */ -
查询DMA传输状态
c//查询DMA传输通道的状态 __HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4); //获取当前传输剩余数据量 __HAL_DMA_GET_COUNTER(&g_dma_handle); //设置对应的DMA数据流传输的数据量大小 __HAL_DMA_SET_COUNTER (&g_dma_handle, 1000); -
DMA中断使用
c//通用中断处理函数 void HAL_DMA_IRQHandler(); //相关中断回调函数 //发送完成回调函数 void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //发送一半回调函数 void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //接收完成回调函数 void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //接收一半回调函数 void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //传输出错回调函数 void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
6. 代码实现
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功能
每按下按键KEY0,串口1就会以DMA方式发送数据，同时在LCD上面显示传送进度。打开串口调试助手，可以收到DMA发送的内容。LED0闪烁用于提示程序正在运行。
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DMA初始化函数
cvoid dma_init(DMA_Channel_TypeDef* DMAx_CHx) { if((uint32_t)DMAx_CHx > (uint32_t)DMA1_Channel7) { __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE(); } else { __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE(); } //将DMA与USART1连接起来 __HAL_LINKDMA(&g_uart1_handle, hdmatx, g_dma_handle); g_dma_handle.Instance = DMAx_CHx; //USART1_TX使用的DMA通道为DMA_Channel4 g_dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //模式选择为从存储器到外设 g_dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式 g_dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式 g_dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; //外设数据长度为8位 g_dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE; //存储器数据长度为8位 g_dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM; //中等优先级 HAL_DMA_Init(&g_dma_handle); } -
主函数
cint main(void) { uint16_t i, k; uint16_t len; uint8_t mask = 0; float pro = 0; /* 进度 */ HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */ sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */ delay_init(72); /* 延时初始化 */ usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */ led_init(); /* 初始化LED */ lcd_init(); /* 初始化LCD */ key_init(); /* 初始化按键 */ dma_init(DMA1_Channel4); /* 初始化串口1 TX DMA */ lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED); lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DMA TEST", RED); lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED); lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Start", RED); len = sizeof(TEXT_TO_SEND); k = 0; for (i = 0; i < SEND_BUF_SIZE; i++) /* 填充ASCII字符集数据 */ { if (k >= len) /* 入换行符 */ { if (mask) { g_sendbuf[i] = 0x0a; k = 0; } else { g_sendbuf[i] = 0x0d; mask++; } } else /* 复制TEXT_TO_SEND语句 */ { mask = 0; g_sendbuf[i] = TEXT_TO_SEND[k]; k++; } } i = 0; while (1) { if (key_scan(0) == 1) /* KEY0按下 */ { printf("\r\nDMA DATA:\r\n"); lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Start Transimit....", BLUE); lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, " %", BLUE); /* 显示百分号 */ HAL_UART_Transmit_DMA(&g_uart1_handle, g_sendbuf, SEND_BUF_SIZE); /* 等待DMA传输完成，此时我们来做另外一些事情，比如点灯 * 实际应用中，传输数据期间，可以执行另外的任务 */ while (1) { if ( __HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4)) /* 等待 DMA1_Channel4 传输完成 */ { __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4); HAL_UART_DMAStop(&g_uart1_handle); /* 传输完成以后关闭串口DMA */ break; } pro = DMA1_Channel4->CNDTR; /* 得到当前还剩余多少个数据 */ len = SEND_BUF_SIZE; /* 总长度 */ pro = 1 - (pro / len); /* 得到百分比 */ pro *= 100; /* 扩大100倍 */ lcd_show_num(30, 150, pro, 3, 16, BLUE); } lcd_show_num(30, 150, 100, 3, 16, BLUE); /* 显示100% */ lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Transimit Finished!", BLUE); /* 提示传送完成 */ } i++; delay_ms(10); if (i == 20) { LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁,提示系统正在运行 */ i = 0; } } } -
实验结果
通过LCD屏可以看到数据传输的百分比，通过串口助手可以看到传输的数据
声明 ：资料来源（战舰STM32F103ZET6开发板资源包）
- Cortex-M3权威指南(中文).pdf
- STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
- STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
- STM32F103ZET6（中文版）.pdf
- 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf