STM32F103 学习笔记-22-DMA(第1节)-DMA功能框图讲解和DMA初始化结构体讲解

一、DMA 简介

DMA (Direct Memory Access，直接存储器访问) ​ 是 STM32F103 系列微控制器内置的一个独立外设，其核心功能是在不占用 CPU 资源的情况下，实现数据在存储器与外设之间、存储器与存储器之间的高速传输。

1.1 核心优势

传统的数据传输方式需要 CPU 主动参与，将数据从源地址读取到内核寄存器，再写入目标地址，整个过程 CPU 被完全占用。而 DMA 传输时，CPU 只需配置传输参数并启动 DMA，之后 DMA 控制器会自动完成数据搬运，CPU 可以并行执行其他任务，极大提高了系统效率。

1.2 支持的传输方向

DMA 支持三种数据传输模式：

• 存储器到存储器 (Memory-to-Memory, M2M)：数据在内部 Flash、SRAM 之间传输

• 外设到存储器 (Peripheral-to-Memory, P2M)：典型应用如 ADC 采集数据到 SRAM

• 存储器到外设 (Memory-to-Peripheral, M2P)：典型应用如 SRAM 中的数据通过串口发送

1.3 DMA 控制器与通道

STM32F103 系列包含两个 DMA 控制器：

• DMA1：拥有 7 个独立通道，支持所有三种传输模式

• DMA2：拥有 5 个独立通道，支持所有三种传输模式

重要说明 ：DMA2 仅存在于大容量产品 （Flash 容量 256KB~512KB）和互联型产品（STM32F105/F107 系列）中。指南者和霸道开发板使用的 STM32F103ZET6 属于大容量产品，因此同时具备 DMA1 和 DMA2。

二、DMA 功能框图详解

DMA 功能框图主要由三部分组成：DMA 请求 、通道 和仲裁器。

2.1 DMA 请求

DMA 传输必须由请求源触发。对于 P2M 和 M2P 模式，请求源只能是外设；对于 M2M 模式，由软件触发。

当外设需要进行 DMA 传输时，会向对应的 DMA 通道发送请求信号。DMA 控制器接收到请求后，若通道空闲，则启动数据传输。

2.2 DMA 通道

DMA 通道可以理解为独立的数据传输管道，每个通道都有自己的配置寄存器，可以独立配置传输方向、数据宽度、地址增量等参数。

2.2.1 DMA1 通道映射

DMA1 通道	外设请求源
通道 1	ADC1、TIM2_CH3、TIM4_CH1
通道 2	SPI1_RX、TIM1_CH1、TIM2_UP、TIM3_CH1
通道 3	SPI1_TX、TIM1_CH2、TIM2_CH2、TIM3_CH2
通道 4	SPI2_RX、USART1_TX、TIM1_CH4、TIM1_TRIG、TIM3_CH3
通道 5	SPI2_TX、USART1_RX、TIM1_UP、TIM3_CH4、TIM3_TRIG
通道 6	USART2_RX、TIM1_CH1、TIM2_CH4
通道 7	USART2_TX、TIM1_CH2、TIM2_CH1、TIM4_CH2

2.2.2 DMA2 通道映射

DMA2 通道	外设请求源
通道 1	ADC3、TIM5_CH4、TIM8_CH3
通道 2	SPI3_RX、TIM5_CH3、TIM8_CH4、TIM8_TRIG
通道 3	SPI3_TX、TIM5_CH2、TIM8_CH1
通道 4	UART4_RX、SDIO、TIM5_CH1、TIM8_CH2
通道 5	UART4_TX、TIM5_UP、TIM6_UP/DAC_CH1、TIM7_UP/DAC_CH2、TIM8_UP

特殊说明 ：存储器到存储器(M2M)模式不受上述通道映射限制，可以使用 DMA1 和 DMA2 的任意通道。

2.3 DMA 仲裁器

当多个 DMA 通道同时产生传输请求时，仲裁器负责决定哪个通道优先获得总线使用权。仲裁规则分为两个阶段：

1. 软件优先级阶段：通过 DMA_CCRx 寄存器的 PL[1:0] 位配置，分为四个等级：

   • 00：低优先级

   • 01：中优先级

   • 10：高优先级

   • 11：最高优先级

2. 硬件优先级阶段：当两个通道的软件优先级相同时，通道编号小的优先级更高。例如，DMA1 通道 4 的优先级高于 DMA1 通道 7。

跨控制器优先级：DMA1 的所有通道优先级均高于 DMA2 的通道。

三、DMA 初始化结构体详解

STM32 标准外设库使用 DMA_InitTypeDef结构体来配置 DMA 参数，该结构体定义在 stm32f10x_dma.h文件中。

3.1 数据从哪里来，要到哪里去

这部分由结构体的前三个成员决定：

typedef struct {
    uint32_t DMA_PeripheralBaseAddr;  // 外设基地址
    uint32_t DMA_MemoryBaseAddr;      // 存储器基地址
    uint32_t DMA_DIR;                 // 数据传输方向
    // ... 其他成员
} DMA_InitTypeDef;

1. DMA_PeripheralBaseAddr ：配置 DMA_CPAR 寄存器，指定外设数据寄存器的地址。例如，串口发送时应设置为 (uint32_t)&USART1->DR。

2. DMA_MemoryBaseAddr：配置 DMA_CMAR 寄存器，指定存储器的起始地址。例如，发送数组时应设置为数组名（数组首地址）。

3. DMA_DIR：配置 DMA_CCR 寄存器的 DIR 位（位 4），指定数据传输方向：

   • DMA_DIR_PeripheralDST：外设作为目标地址（M2P 模式）

   • DMA_DIR_PeripheralSRC：外设作为源地址（P2M 模式）

M2M 模式说明 ：除了配置上述三个成员外，还需要单独配置 DMA_CCR 寄存器的 MEM2MEM 位（位 14）为 1，即设置结构体成员 DMA_M2M = DMA_M2M_Enable。

3.2 数据要传多少，传的单位是什么

这部分由以下五个成员决定：

uint32_t DMA_BufferSize;          // 传输数据数目
uint32_t DMA_PeripheralInc;       // 外设地址增量模式
uint32_t DMA_MemoryInc;           // 存储器地址增量模式
uint32_t DMA_PeripheralDataSize;  // 外设数据宽度
uint32_t DMA_MemoryDataSize;      // 存储器数据宽度

1. DMA_BufferSize ：配置 DMA_CNDTR 寄存器，指定一次传输的数据单元数目。该寄存器为 16 位，因此最大传输数目为65535。

2. DMA_PeripheralInc：配置 DMA_CCR 寄存器的 PINC 位（位 6），指定外设地址是否自动递增：

   • DMA_PeripheralInc_Enable：每次传输后外设地址自动加 1

   • DMA_PeripheralInc_Disable：外设地址保持不变（适用于单个数据寄存器的情况）

3. DMA_MemoryInc：配置 DMA_CCR 寄存器的 MINC 位（位 7），指定存储器地址是否自动递增：

   • DMA_MemoryInc_Enable：每次传输后存储器地址自动加 1（适用于数组传输）

   • DMA_MemoryInc_Disable：存储器地址保持不变

4. DMA_PeripheralDataSize ​ 和 DMA_MemoryDataSize：分别配置 DMA_CCR 寄存器的 PSIZE[1:0] 位（位 8-9）和 MSIZE[1:0] 位（位 10-11），指定数据宽度：

   • DMA_PeripheralDataSize_Byte：8 位字节

   • DMA_PeripheralDataSize_HalfWord：16 位半字

   • DMA_PeripheralDataSize_Word：32 位字

数据宽度不匹配说明：

• 当源数据宽度小于目标数据宽度时，源数据会被零扩展到目标宽度

• 当源数据宽度大于目标数据宽度时，源数据的高位会被丢弃，只保留低位

3.3 什么时候传输结束

这部分由以下两个成员决定：

uint32_t DMA_Mode;                // 传输模式
uint32_t DMA_Priority;            // 通道优先级

1. DMA_Mode：配置 DMA_CCR 寄存器的 CIRC 位（位 5），指定传输模式：

   • DMA_Mode_Normal：正常模式，传输完成后通道自动停止

   • DMA_Mode_Circular：循环模式，传输完成后自动重新加载传输数目，开始新一轮传输

2. DMA_Priority：配置 DMA_CCR 寄存器的 PL[1:0] 位（位 12-13），指定通道的软件优先级，取值如 2.3 节所述。

四、常用 DMA 固件库函数

4.1 DMA 初始化函数

void DMA_Init(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, DMA_InitTypeDef* DMA_InitStruct);

• 功能：根据 DMA_InitStruct中的参数初始化 DMA 通道

• 参数：

  • DMAy_Channelx：指定要初始化的 DMA 通道，如 DMA1_Channel4

  • DMA_InitStruct：指向 DMA 初始化结构体的指针

4.2 DMA 使能函数

void DMA_Cmd(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, FunctionalState NewState);

• 功能：使能或禁用指定的 DMA 通道

• 参数：

  • DMAy_Channelx：指定要操作的 DMA 通道

  • NewState：ENABLE使能通道，DISABLE禁用通道

4.3 状态查询函数

FlagStatus DMA_GetFlagStatus(uint32_t DMAy_FLAG);
void DMA_ClearFlag(uint32_t DMAy_FLAG);

• 功能：查询或清除 DMA 通道的状态标志

• 常用标志：

  • DMA1_FLAG_TC4：DMA1 通道 4 传输完成标志

  • DMA1_FLAG_HT4：DMA1 通道 4 传输过半标志

  • DMA1_FLAG_TE4：DMA1 通道 4 传输出错标志

4.4 中断配置函数

void DMA_ITConfig(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, uint32_t DMA_IT, FunctionalState NewState);

• 功能：使能或禁用 DMA 通道的中断

• 参数：

  • DMA_IT：指定要配置的中断类型，如 DMA_IT_TC（传输完成中断）、DMA_IT_HT（传输过半中断）、DMA_IT_TE（传输出错中断）

五、注意事项

1. 通道选择限制：P2M 和 M2P 模式必须严格按照通道映射表选择通道，不能随意使用

2. 数据宽度匹配：建议源和目标的数据宽度保持一致，避免数据丢失或不必要的扩展

3. 地址增量配置：对于单个外设数据寄存器（如 USART_DR、ADC_DR），外设地址增量应设置为禁用

4. 循环模式使用：循环模式适用于需要持续传输数据的场景，如串口打印、ADC 连续采集

5. 传输完成判断：在 Normal 模式下，可以通过查询传输完成标志位来判断传输是否结束

参考出处

1. 视频讲解：STM32F103 DMA 直接存储器访问（理论篇）

2. 《零死角玩转 STM32F103-指南者》第 22 章 DMA 直接存储器访问