从零开始学嵌入式之STM32——33.直接存储器访问-DMA

软件优先级 由 DMA 仲裁器统一仲裁配置，可编程设置 4 个等级：非常高、高、中等、低。软件优先级可由用户在程序中自行配置。
硬件优先级 当多个 DMA 通道软件优先级设置相同时 ，自动启用硬件优先级裁决。硬件优先级由通道编号 决定：通道号越小，硬件优先级越高。

四、CPU和DMA的总线调度策略

STM32F10x 采用 Cortex-M3 内核，CPU 内核与 DMA 控制器共享系统数据总线，同一时刻总线只能被一方占用，因此需要硬件总线仲裁机制进行调度。

（1）总线仲裁规则

硬件默认配置下， DMA 控制器的总线请求优先级高于 CPU。原因是外设数据流具有实时性、内部缓存容量小，若总线响应延迟，极易造成数据丢失；而 CPU 程序执行可短暂等待，不会立即丢失关键数据

（2）周期窃取与分时复用机制

系统采用 周期窃取 的总线调度方式：DMA 并不会长期独占总线，而是每次仅占用少数总线周期完成一次数据传输，传输间隙主动释放总线给 CPU 使用。通过分时复用总线资源，既保证外设 DMA 实时传输，又 避免 CPU 长期得不到总线使用权而产生 "饥饿" 现象。

（3）DMA 请求与应答握手流程

外设需要以 DMA 方式收发数据时，首先向 DMA 控制器发送 DMA 请求信号 ；DMA 控制器经通道配置与总线仲裁通过后，向外设返回 DMA 应答信号，随后正式启动总线数据传输。

五、数据传输

STM32 DMA 支持三种数据传输方向：

外设 → 内存外设数据通过 DMA 搬运至内部存储器。
内存 → 外设内存中数据通过 DMA 发送到外设。
内存 → 内存无需外设参与，DMA 实现存储器之间直接搬运，仅 DMA1 支持该模式。
ROM 属于只读程序存储器，仅允许 ROM → RAM 的 DMA 读取；硬件上 禁止 RAM → ROM 写入操作，无法通过 DMA 向 ROM 写数据。

六、寄存器介绍

（1）DMA通道配置寄存器(DMA_CCRx)

MEM2MEM：使用存储器到存储器模式时置位该位

PL：优先级配置

MSIZE：存储器数据宽度，设置从存储器中一次获取的数据的数据大小，有8、16、32三个长度

PSIZE：外设数据宽度，设置向外设中一次发送的数据的数据大小，有8、16、32三个长度，除特殊需求，PSIZE和MSIZE应保持一致。

MINC：存储器地址自增，需要传输多个数据、且数据都在连续地址中存储时，可以使用该功能。

PINC：外设地址自增，当外设的数据连续存储在外设的内存中时，使用该功能。注意，如果外设的数据仅在同一个寄存器中不断刷新时，禁用该功能。

CIRC：循环模式，当设定了数据传输数量CNDTR后，DMA每传输一个数据，CNDTR的值会减1，直到减为零。当循环模式打开时，会再次回到初始位置重新开始传输，如果不使能循环模式，当CNDTR为0后传输停止。

DIR：数据传输方向

除此之外，还有三个中断控制位

（2）DMA通道传输数量寄存器(DMA_CNDTRx)

数据传输数量

数据传输数量为0至65535。这个寄存器只能在通道不工作(DMA_CCRx的EN=0)时写入。通道开启后该寄存器变为只读，指示剩余的待传输字节数目。寄存器内容在每次DMA传输后递减。

数据传输结束后，寄存器的内容或者变为0；或者当该通道配置为自动重加载模式时，寄存器的内容将被自动重新加载为之前配置时的数值。

当寄存器的内容为0时，无论通道是否开启，都不会发生任何数据传输。

（3）DMA通道外设地址寄存器(DMA_CPARx)

外设数据寄存器的基地址，作为数据传输的源或目标。

当PSIZE='01'(16位)，不使用PA[0]位。操作自动地与半字地址对齐。

当PSIZE='10'(32位)，不使用PA[1:0]位。操作自动地与字地址对齐。

（4）DMA通道存储器地址寄存器(DMA_CMARx)

存储器地址作为数据传输的源或目标。

当MSIZE='01'(16位)，不使用MA[0]位。操作自动地与半字地址对齐。

当MSIZE='10'(32位)，不使用MA[1:0]位。操作自动地与字地址对齐。

（5）DMA中断状态寄存器(DMA_ISR)

该寄存器的控制位分为三类：

TEIF：传输错误标志位

HTIF：传输过半标志位

TCIF：传输完成标志位

该寄存器为只读，由硬件置位，清零需要通过IFCR寄存器操作

（6）DMA中断标志清除寄存器(DMA_IFCR)

该寄存器的控制位分为三类：

CTEIF：清除传输错误标志位

CHTIF：清除传输过半标志位

CTCIF：清除传输完成标志位

七、使用寄存器操作DMA功能时的配置思路

（1）封装初始化函数：

1.开启时钟

2.DMA配置传输设置

数据传输方向配置

数据宽度配置

地址自增配置

3.配置中断，传输结束后进行处理，控制位：TCIE

4.NVIC中断配置

（2）封装数据传输函数

1.配置前先停止DMA

2.设置外设地址

3.设置目的地址

4.设置数据长度

5.使能DMA，开始传输

（3）寄存器操作DMA的使用示例

文件名：dma.c

cpp 复制代码

#include "dma.h"

void DMA1_Init(void)
{
    // 1.打开时钟模块
    RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_DMA1EN;

    // 2.DMA配置
    DMA1_Channel4->CCR = 0;
    // 2.1.数据宽度配置00-8位宽度
    DMA1_Channel4->CCR &= ~DMA_CCR4_MSIZE;
    DMA1_Channel4->CCR &= ~DMA_CCR4_PSIZE;
    // 2.2.地址自增配置
    DMA1_Channel4->CCR |= DMA_CCR4_MINC;
    DMA1_Channel4->CCR &= ~DMA_CCR4_PINC;   // 串口不自增
    // 2.3.数据传输方向
    DMA1_Channel4->CCR |= DMA_CCR4_DIR;    // 从存储器读

    // 3.开启DMA中断，处理传输完成后的操作
    DMA1_Channel4->CCR |= DMA_CCR4_TCIE;

    // 4.中断配置
    NVIC_SetPriorityGrouping(3);
    NVIC_SetPriority(DMA1_Channel4_IRQn, 2);
    NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel4_IRQn);
}

void DMA1_TO_USART1(uint32_t src, uint32_t dst, uint16_t dataLen)
{
    // 传输前关闭DMA通道
    DMA1_Channel4->CCR &= ~DMA_CCR4_EN;

    // 设置源数据地址，内存地址
    DMA1_Channel4->CMAR = src;

    // 设置目的地址，外设地址
    DMA1_Channel4->CPAR = dst;

    // 设置数据长度
    DMA1_Channel4->CNDTR = dataLen;

    // 开启DMA通道
    DMA1_Channel4->CCR |= DMA_CCR4_EN;
}

void DMA1_Channel4_IRQHandler(void)
{
    if(DMA1->ISR & DMA_ISR_TCIF4)
    {
        // 关闭DMA通道4
        /*
        在中断服务函数中，常规的操作顺序是：
        第一步：立刻关闭 / 屏蔽 能再次触发本次同类型中断的硬件使能
        第二步：清除中断标志位
        第三步：执行正常业务逻辑处理
        */
        DMA1_Channel4->CCR &= ~DMA_CCR4_EN;
        // 清除中断标志位
        DMA1->IFCR |= DMA_IFCR_CTCIF4;
    }
}

文件名：dma.h

cpp 复制代码

#ifndef __DMA_H
#define __DMA_H

#include "stm32f10x.h"
// DMA初始化
void DMA1_Init(void);
// DMA通道传输数据到UART1
void DMA1_TO_USART1(uint32_t src, uint32_t dst, uint16_t dataLen);
#endif

文件名：usart.c

cpp 复制代码

#include "usart.h"

// 1.串口初始化
void USART1_Init(void)
{
    // 1.打开时钟模块
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

    // 2.串口收发引脚配置
    /*
        GPIOA9 -TX  复用功能推挽输出；CNF-10;MODE-11
        GPIOA10-RX  浮空输入;CNF-01;MODE-00
    */
   GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1;
   GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9_0;
   GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9;

   GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF10_1;
   GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF10_0;
   GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10;

   // 3.串口参数配置,波特率115200
   USART1->BRR = 0X271;
   USART1->CR1 |= USART_CR1_UE;
   USART1->CR1 |= USART_CR1_TE;
   USART1->CR1 |= USART_CR1_RE;

   // 开启DMA发送
   USART1->CR3 |= USART_CR3_DMAT;
}

// 2.发送一字节数据
void USART1_Send_Byte(int ch)
{
    while((USART1->SR & USART_SR_TXE) == 0);   // 等待上一字节发送完成
    USART1->DR = ch;    // 发送当前字节
}

// 3.模拟实现fputc
int fputc(int ch, FILE* file)
{
    USART1_Send_Byte(ch);
    return ch;
}

文件名：usart.h

cpp 复制代码

#ifndef __USART_H
#define __USART_H

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

// 1.串口初始化
void USART1_Init(void);

// 2.发送一字节数据
void USART1_Send_Byte(int ch);

// 3.模拟实现fputc
int fputc(int ch, FILE* file);

#endif

文件名：main.c

cpp 复制代码

#include "main.h"

uint8_t data_in_ram[4] = {"ABC"};

int main(void)
{
    USART1_Init();
    DMA1_Init();

    printf("test.\n");

    DMA1_TO_USART1((uint32_t)data_in_ram, (uint32_t)&(USART1->DR), 4);

    while(1)
    {
    }
}

八、使用HAL库配置DMA的方法

通过STM32cubemx图形化配置界面做基础配置

1.时钟配置

HSE和LSE都选择选择外部晶振

2.串口基础配置

开启串口通讯功能，选择异步通讯，其余配置默认即可。

在串口配置界面配置DMA（也可以开启串口后再DMA中配置）

在这里选择UART-TX

其余配置保持默认即可

3.生成代码调用HAL库实现DMA传输数据

cpp 复制代码

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  // 准备要发送的数据
  uint8_t data_in_ram[4] = {"abc"};
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // 调用HAL库，通过DMA发送数据
  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, data_in_ram, 4);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

以上是通过HAL库的实现方法，这些基础的操作全部由图形化界面配置完成，快速、稳定，在工作中，做产品开发时使用HAL库会大大提高开发效率，寄存器仅用于学习原理。