STM32单片机学习(34) —— ADC实验: ADC规则组配合DMA实现自动化转运

文章目录

运行过程
- 为什么要使用DMA
- - [为什么需要 DMA？（没有 DMA 会怎样）](#为什么需要 DMA？（没有 DMA 会怎样）)
  - [DMA 是如何工作的？](#DMA 是如何工作的？)
  - [DMA 的核心优势](#DMA 的核心优势)
- 如何实现的自动化
代码实现
拓展的问题

接线以及实验效果同上一篇一样。并且代码非常简单。主要要理解为什么可以实现自动化转运。

运行过程

为什么要使用DMA

ADC通道外接传感器，使用连续触发扫描模式，则ADC的DR寄存器就会源源不断的接收外部数据。但是我们已经了解规则组不同于注入组，规则组只有一个寄存器，当有数据输入时要及时取走，不然就会覆盖

在这里拓展一个问题，如果在现实场景下，就是会偶尔出现数据覆盖的现象，应该怎么办？这是一个开放性的题，我的想法会放在末尾。

如果使用CPU进行搬运的话，很可能处理不及时，所以需要用DMA来缓解CPU的压力。因为我还没有写有关DMA的文章，我先不过多讲述，按照408操作系统中对DMA的介绍就足够，知道是干什么的就可以了。

为什么需要 DMA？（没有 DMA 会怎样）

在没有 DMA 的传统模式（PIO模式）下，数据的搬运全靠 CPU 亲力亲为。比如串口收到一个字节的数据，CPU 就需要中断当前的工作，把这个字节从外设寄存器"搬"到内存里，然后再回去做原来的事。

如果数据量很大（比如传输高清视频、大文件读写），CPU 就会把大量时间浪费在这些琐碎的"搬砖"工作上，导致系统卡顿、效率低下。

DMA 是如何工作的？

引入 DMA 后，CPU 就可以从繁重的搬运工作中解放出来。DMA 的基本工作流程如下：

CPU 下达指令：CPU 只需要告诉 DMA 控制器三个核心信息：数据从哪里来（源地址）、要搬到哪里去（目标地址）、一共要搬多少（数据长度）。

DMA 独立搬运：DMA 控制器接管总线，开始自动搬运数据。在此期间，CPU 可以完全不受影响地去处理其他复杂的计算或逻辑任务。

完成后汇报：当所有数据搬运完毕后，DMA 会通过一个中断告诉 CPU："老板，活干完了！"

DMA 的核心优势

解放 CPU：CPU 不再被数据搬运占用，可以专心处理核心业务，极大降低了 CPU 负载。

提升效率：数据传输和 CPU 计算可以并行进行，显著提高了系统的整体吞吐量和响应速度。

实时性强：在处理音频流、传感器高频采样等对时间要求苛刻的场景中，DMA 能保证数据不丢失、处理更及时。

如何实现的自动化

DMA可以自己去目标寄存器和内存中搬运数据，而ADC使用连续触发扫描模式，则是使得ADC可以不断地获取传感器的参数。这就就使得他们达成一种很好的流水线工作模式。

传感器采集外部信号 ------> ADC采集信后存入寄存器中 ------> DMA检测到寄存器中有数据进行数据搬运 ------> 数据寄存器为空又可以接收下一个传感器的数据

所以在代码的实现中，我们起始仅仅需要完成初始化的工作就可以了。

代码实现

c 复制代码

void Init_DMA(uint16_t *addr, uint8_t buffersize){
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
	
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
	// DMA转运数据的长度/次数
	DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = buffersize;
	// 外设寄存器是源地址
	DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC ;
	// ADC1外设到内存
	DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable                    ;
	// 内存相关设置
	DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)addr;
	DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
	// 进行自增
	DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
	
	// 循环模式
	DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
	
	// 设置外设相关
	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;
	// ADC规则通道为16位，所以使用半字转运
	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
	// 寄存器不自增
	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
	
	// 设置优先级
	DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;
	
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStruct);
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
}

void init_ADC(void){
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
	// 右对齐
	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
	// 使用软件触发
	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
	// 独立模式
	ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	// 使用四个规则组通道
	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 4;
	// 扫描模式
	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = ENABLE;
	// 连续模式
	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
	// 初始化
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
	
	
	// 规则组通道设置
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	
	// 一些校验工作
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	// 保证软件触发
	ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, DISABLE);
	// 连续触发，只需要开启一次
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
	
	
	// 最后启用DMA转运
	ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
}

uint16_t arr[4];
char str[4][7];
// 转换成电压显示
void Switch_Volt(uint16_t *arr, char str[][7], uint8_t len ){
	for(int i = 0; i < len; i++){
		sprintf(str[i], " %3.2fV", ((float)arr[i] / 4096.0 * 3.3));
	}
}

int main(){
	
	OLED_Init();
	Init_DMA(arr, 4);
	init_ADC();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "PA0:");
	OLED_ShowString(2, 1, "PA1:");
	OLED_ShowString(3, 1, "PA2:");
	OLED_ShowString(4, 1, "PA3:");
	
	while(1){

		OLED_ShowUnsignedNum(1, 5, arr[0], 4);
		OLED_ShowUnsignedNum(2, 5, arr[1], 4);
		OLED_ShowUnsignedNum(3, 5, arr[2], 4);
		OLED_ShowUnsignedNum(4, 5, arr[3], 4);
		Switch_Volt(arr, str, 4);
		OLED_ShowString(1, 9, str[0]);
		OLED_ShowString(2, 9, str[1]);
		OLED_ShowString(3, 9, str[2]);
		OLED_ShowString(4, 9, str[3]);
	}
		
}

拓展的问题

如果在现实场景下，就是会偶尔出现数据覆盖的现象，应该怎么办？

分析

出现数据覆盖现象，也就是说明接收方数据来不及接收数据，那这个时候应该怎么做？

我的解决方式

丢弃数据，等待CPU处理完进行重传
设置缓冲队列或多级缓冲队列进行数据接收(保证数据完整性)
可以容许进行数据覆盖
阻塞发送，等待空闲再发送数据

具体情况

以上的解决方式是，都可以的，但具体怎么解决，需要根据现实的业务场景进行选择。看你的场景，是更注重实时性，还是数据完整性，亦或是内存的稳定。包括缓冲队列是否可以使用。如果是两台设备进行通信，可以使用缓冲队列，如果是任务间通信，数据量不大，显然就不合适了

表格

策略	行为描述	优点	缺点	适用场景
阻塞 (Blocking)	发送方等待，直到队列有空位。	数据不丢失，保证完整性。	可能导致发送方任务被长时间挂起，影响系统实时性。	金融交易、关键日志等不允许丢数据的场景。
丢弃 (Drop)	队列满时，直接丢弃新来的数据包。	发送方永不阻塞，响应最快。	会丢失最新的信息，可能导致错过关键的即时事件。	监控报警、用户点击流等更看重实时性且可容忍部分丢失的场景。
覆盖 (LATEST/Conflate)	队列满时，用新数据替换掉队列中最老的数据。	保证了消费者拿到的永远是最新状态，内存占用稳定。	中间的历史数据会丢失，无法追溯完整过程。	传感器读数、UI状态更新等只关心当前值、不关心变化过程的场景。

总结

所以，下次在设计类似功能时，你可以先问自己一个问题：

业务更关心"发生过什么"（需要完整性），还是"现在是什么"（需要实时性）？

想清楚这一点，就能在这三种策略中做出最合适的选择。