DMA的应用 - 技术栈

文章目录

GPDMA
GPDMA基本应用
- UART的DMA
- - CubeMX配置
- [UART的DMA + IDLE中断](#UART的DMA + IDLE中断)
- GPDMA的链表应用
- - CubeMX配置
  - 主要函数
DMA，全称为：Direct Memory Access (直接存储器访问)
DMA传输是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，而无需 CPU 介入
这样，既不用CPU不断查询是否需要进行数据传输，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

GPDMA

基于stm32u575为例
前缀GP：General purpose 和另一个使用前缀LP（Low Power）的LPDMA区分

GPDMA的通道

16个通道，可以最多同时为16个外设、内存之间完成无CPU介入的DMA传输
16个通道，分别由各自的一组寄存器控制，通道彼此独立
可配置的传输形式：
- 外设到内存
- 内存到外设
- 内存到内存
- 外设到外设
16个通道可并行使用
16个通道分为2组

通道	FIFO 尺寸	特性
0~11	2 字共 8 字节	支持固定或连续递增的地址必须用于 APB 或 AHB 的外设和 SRAM 之间
12~15	8 字共 32 字节	支持二维地址二者均适用于源和目标，可设定两个地址跳转 / 偏移量可用于要求更高的 APB 或 AHB 的外设和 SRAM 之间或者从 / 至外部 RAM

对总线的端口

双向的AHB主端口
2个端口
- Port 0：通常用于连接外设到内存或内存到外设的传输
- Port 1：通常用于内存到内存的传输或特定外设连接

传输的优先级

可配置为 4 个优先级，其中，优先级3 最高，0 最低
优先级3 为时间敏感的传输
优先级0~2通过各自的分组，循环占用总线

DMA触发源

与外设相关的
- 一共126个DMA请求源，编号：0 ~ 125，包含了几乎所有的对外接口、定时器、ADC/DAC等等
- 通过GPDMA_CxTR2寄存器REQSEL[6:0] 配置
片上一些特定事件
- 一共68个触发源，编号：0 ~ 67，主要为EXTI中断，防拆，定时器，比较器以及DMA内部传输结束等
- 通过 GPDMA_CxTR2 寄存器的 TRIGSEL[6:0] 位进行选择
- TRIGPOL[1:0] 控制上升沿或下降沿触发

突发(burst)传输和块(block)传输

突发是一系列节拍（n = 1 至 64）。每一拍是一次数据传输，具有相同数据宽度
建议将 GPDMA 突发的大小设定为所分配 GPDMA 通道的 FIFO 大小的一半
- 通道 0 至 11 通常为 1 字突发
- 通道12 至 15 通常为 4 字突发

特性	Burst 模式	Block 模式
传输方式	单事件触发多数据连续传输	分块传输，可中断 / 链式触发
效率	更高（减少总线仲裁开销）	适中（适合非连续数据）
适用外设	TIM、HRTIM、高速 ADC/DAC	SDIO、USB、SPI/I2C
配置复杂度	需注意数据对齐（如 GPDMA 处理）	更简单，块大小可灵活设定

两种应用方式

普通方式

直接向寄存器配置GPDMA相关参数，启动后，在触发源的控制下，完成设定次数的DMA传输

链表模式

在内存中建立一个链表，链表的每个节点都存储着控制GPDMA传输所需要的所有寄存器内容

传输开始，先将链表的头节点内容加载到DMA控制相关寄存器中，待传输完成，可以自动加载下一个节点的内容，直到完成所有节点中要求的DMA传输。
每个节点的配置参数可以相互独立，但通常用于拓展不同的参与DMA传输的内存空间地址。例如，可以通过链表模式，让一个外设对应3个不同的内存地址，依次使用，避免DMA传输完成，处理内存数据时，DMA的停顿

普通模式的应用流程

传输配置
- 传输模式（参与传输的模块角色）
- 优先级
- 源地址及是否需要自增
- 目标地址及是否需要自增
- 传输宽度（源和目标可配置不同的宽度，通过使用FIFO拆组包匹配）
- DMA传输次数
- 绑定外设
- 设置传输完成一半中断（可选）和全部传输完成中断
传输过程
- 使能DMA，开始在触发源的控制下进行数据的传输
- 完成一半次数的传输，可以触发中断
- 完成所有的传输，触发传输完成中断
其他：
- 在传输过程中，可以对传输进行挂起和恢复
- 在传输过程中，可以对传输进行中断和复位

常规模式和循环模式

每次完成预设的DMA传输次数，就停止DMA传输，为常规模式
每次完成一轮预设的DMA传输次数后，自动更新下一参与传输的内存地址并将传输次数重置为之前的次数。开始新一轮的DMA传输。循环模式需要使用链表

通道可产生的事件及中断

传输完成中断(TC: transfer complete) & 完成一半传输中断(HTF: half transfer)
一共有3种DMA完成事件产生时机，受TCEM[1:0]控制，可配置成：
- 00，块传输级：当传输项全部完成（GPDMA_CxBR1.BNDT[15:0] = 0）时：全部（或一半）传输事件在块结束时（或半块结束时）生成
- 01：对于通道 0至11，与00相同；通道12至15，在2D/重复块级别，当是最末一个数据快（GPDMA_CxBR1.BRC[10:0] = 0）且传输完成（GPDMA_CxBR1.BNDT[15:0] = 0）时。完整（及半）传输事件在2D/重复块结束时（或半块结束时）生成
- 10：链表节点传输级：每完成一个链表节点控制的一半或所有DMA传输项，产生半传输或传输完成中断。
- 11，通道级别：完整传输事件在最后一个LLI传输结束时生成。半传输事件在最后一个LLI数据传输的中途生成。全部传输事件在最末一个LLI全部传输完成时产生。若通道传输为连续/无限模式，则不会生成任何事件
错误相关的事件和中断
- 用户设置错误(USE: user setting error)
- 更新链表传输错误(ULE: update link transfer error)
- 数据传输错误(DTE: data transfer error )
其他的事件和中断
- 触发溢出中断(TO: trigger overrun)
- 挂起中断(SUSP: completed suspension)

低功耗模式下的数据自主传输模式

在睡眠Sleep和停止Stop模式下自主完成数据传输

线性地址和二维地址

线性地址：每次DMA传输的地址都是连续的
二维地址：DMA传输的数据可以到不连续的地址中，例如可以在采样立体声音频时，把左右声道的数据分别存储到两个不连续的内存数据块中

GPDMA基本应用

UART的DMA

开辟一个8字节的缓冲区，接收定长数据，并转发回来
收发皆使用GPDMA的模式

CubeMX配置

在GPDMA菜单，选择未使用的通道

为每个通道配置相应的触发源

单通道详细配置

UART的DMA + IDLE中断

使用DMA+UART Idle中断的方式接收不定长数据，并通过DMA方式转发回来
相关函数

c 复制代码

//串口发送-DMA方式
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t
                                        *pData, uint16_t Size);
//串口发送DMA中断回调函数
//完成一半
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//全部完成（需开启串口全局中断）
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//串口接收-DMA方式
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t
*pData, uint16_t Size);
//串口接收DMA中断回调函数
//完成一半
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//全部完成
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
//串口接收-DMA + Idle中断
HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(UART_HandleTypeDef *huart,
                                                uint8_t *pData, uint16_t Size);
//接收回调函数(完成一半，全部完成，Idle中断均会触发)
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size);

GPDMA的链表应用

定义两个DMA链表，分别用于串口的接收和发送
每个链表2个节点，完成接收后，将接收的内容，通过发送链表转发回来

CubeMX配置

在GPDMA选项卡，申请2个通道，使能为 Link List 模式

CH1作为发送用链表

CH2作为接收链表

在 Utilities 菜单下，操作 LINKEDLIST，通过 Add List 添加链表

通过 Add Node 添加链表中的节点：
- 接收用节点的详细配置界面

复制代码

- 发送用节点的详细配置界面

主要函数

c 复制代码

//CubeMX生成的链表配置函数，会因链表名称不同而不同
MX_uart1_rx_queue_Config();
//转换成动态链表，减少更新寄存器的数量，提高效率
HAL_StatusTypeDef HAL_DMAEx_List_ConvertQToDynamic(DMA_QListTypeDef *const
                                                    pQList);
//将链表与DMA通道关联
HAL_StatusTypeDef HAL_DMAEx_List_LinkQ(DMA_HandleTypeDef *const hdma,
DMA_QListTypeDef *const pQList);
//宏函数，用于将链表和具体的外设DMA源关联
__HAL_LINKDMA(__HANDLE__, __PPP_DMA_FIELD__, __DMA_HANDLE__);