MCU芯片AS32X601如何使用 DMA 单次模式搬运 ADC 多通道采样数据？

国科安芯2026-07-25 11:51

1. 背景

在数据采集项目中，经常需要 ADC 按固定周期采集多个模拟通道，并通过 DMA 自动把转换结果搬运到内存，以减少 CPU 占用。

AS32X601 当前 DMA 驱动没有提供可直接使用的循环模式，因此 DMA 完成一次传输后，需要由软件重新装载 DMA 参数。

对于 ADC 多通道扫描，可以采用下面的方案：

  1. ADC 的规则序列配置多个通道。
  2. 每轮 ADC 扫描完成后，结果依次保存在 RDR0、RDR1...... 中。
  3. DMA 使用单次模式，把这些结果搬入一个采样帧。
  4. DMA 完成中断中重新设置源地址、目的地址和传输数量。
  5. 使用双缓冲保存数据，避免 CPU 处理数据时被下一轮 DMA 覆盖。

本文以 ADC1 采集 4 个通道为例，介绍具体实现。流程图如下

2. ADC 多通道数据排列

假设 ADC 规则序列配置如下：

|--------------|----------------|------------|
| 规则序号 | ADC 通道 | 引脚 |
| RSEQ0 | ADC1_CH2 | PA0 |
| RSEQ1 | ADC1_CH3 | PA1 |
| RSEQ2 | ADC1_CH4 | PA2 |
| RSEQ3 | ADC1_CH5 | PA3 |

一次规则序列转换结束后，结果分别存放在：

ADC1->RDR0

ADC1->RDR1

ADC1->RDR2

ADC1->RDR3

因此，一轮 ADC 扫描可以看作一个采样帧：

一帧数据 = CH2 + CH3 + CH4 + CH5

DMA 每次搬运 4 个数据，即可得到一帧完整的多通道采样结果。

3. 数据结构设计

先定义通道数量和双缓冲区：

复制代码 
#define ADC_CHANNEL_COUNT    4U



volatile uint16_t g_adc_buffer[2][ADC_CHANNEL_COUNT];



volatile uint8_t g_adc_dma_index = 0U;

volatile uint8_t g_adc_ready_index = 0U;

volatile uint8_t g_adc_frame_ready = 0U;

两个缓冲区交替工作：

  • DMA 正在写缓冲区 0 时，CPU 可以处理缓冲区 1。
  • DMA 正在写缓冲区 1 时，CPU可以处理缓冲区 0。

这种方式通常称为乒乓缓冲或双缓冲。

4. ADC 多通道初始化

下面以 PA0～PA3 对应的 ADC1 通道为例：

复制代码 
void User_ADC1_Init(void)

{

    ADC_InitTypeDef adc;

    ADC_ChannelTypeDef channel;

    GPIO_InitTypeDef gpio;



    ADC1_CLK_ENABLE();

    GPIOA_CLK_ENABLE();



    /* PA0、PA1、PA2、PA3配置为模拟输入 */

    gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 |

                    GPIO_Pin_1 |

                    GPIO_Pin_2 |

                    GPIO_Pin_3;

    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;

    gpio.GPIO_IType = GPIO_IN_FLOATING;

    gpio.GPIO_OStrength = GPIO_OStrength_4_5mA;

    GPIO_Init(GPIOA, &gpio);



    ADC_StructInit(&adc);



    adc.ADC_ClockDivide = ADC_CLK_DIVIDE_4;

    adc.ADC_Resolution = ADC_RESOLUTION_12BIT;

    adc.ADC_Alignment = ADC_DATA_ALIGN_RIGHT;

    adc.ADC_Symbol = ADC_DATA_SELDO_UNSIGNED;



    /*

     * 若由软件启动连续转换，选择 INTERNAL。

     * 若由 TIM0 周期触发，则改为对应的外部触发源。

     */

    adc.ADC_RegularTrigger = ADC_TRIGGER_INTERNAL;



    adc.ADC_RegularEnable = ENABLE;

    adc.ADC_InjectEnable = DISABLE;

    adc.ADC_DmaEnable = ENABLE;



    /* 多通道规则序列必须开启扫描模式 */

    adc.ADC_ScanModeEn = ENABLE;



    /*

     * 软件连续采集时可设置为 ENABLE。

     * 如果使用定时器周期触发，一般设置为 DISABLE。

     */

    adc.ADC_ContinuousModeEn = ENABLE;



    adc.ADC_RegularDiscontinuousModeEn = DISABLE;

    adc.ADC_InjectDiscontinuousModeEn = DISABLE;

    adc.ADC_InjectAutoModeEn = DISABLE;

    adc.ADC_IntervalModeEn = DISABLE;



    adc.ADC_RegularSequenceLength = ADC_CHANNEL_COUNT;

    adc.ADC_InjectSequenceLength = 0U;



    adc.ADC_PowerEn = ENABLE;

    adc.ADC_PowerRegain = ENABLE;



    ADC_Init(ADC1, &adc);



    channel.ADC_SampleTime = ADC_SPT_CLK_640;

    channel.ADC_InterruptEn = DISABLE;



    channel.ADC_Channel = ADC_CH_2;

    ADC_ConfigChannel(ADC1, ADC_RSEQ_0, &channel);



    channel.ADC_Channel = ADC_CH_3;

    ADC_ConfigChannel(ADC1, ADC_RSEQ_1, &channel);



    channel.ADC_Channel = ADC_CH_4;

    ADC_ConfigChannel(ADC1, ADC_RSEQ_2, &channel);



    channel.ADC_Channel = ADC_CH_5;

    ADC_ConfigChannel(ADC1, ADC_RSEQ_3, &channel);

}

这里最重要的是：

adc.ADC_ScanModeEn = ENABLE;

adc.ADC_RegularSequenceLength = ADC_CHANNEL_COUNT;

规则序列长度必须与实际配置的通道数量一致。

5. DMA 单次模式初始化

定义 ADC 使用的 DMA 通道：

#define ADC_DMA_CHANNEL DMA0_Channel1

DMA 的源地址为 ADC1->RDR0，目的地址为当前 DMA 缓冲区。

复制代码 
void User_ADC1_DMA_Init(void)

{

    DMA_InitTypeDef dma;

    PLIC_InitTypeDef plic;



    DMA0_CLK_ENABLE();



    DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, DISABLE);

    DMA_DeInit(ADC_DMA_CHANNEL);



    DMA_ClearFlag(DMA0, DMA_FLAG_FTF1);

    DMA_ClearFlag(DMA0, DMA_FLAG_ERR1);



    DMA_StructInit(&dma);



    dma.DMA_PeripheralBaseAddr =

        (uint32_t)&ADC1->RDR[0];



    dma.DMA_MemoryBaseAddr =

        (uint32_t)&g_adc_buffer[0][0];



    dma.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;



    /* 一次只搬运一帧，即4个通道 */

    dma.DMA_BufferSize = ADC_CHANNEL_COUNT;



    /*

     * RDR[0]～RDR[3]地址连续，因此外设地址递增。

     */

    dma.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable;



    /* 目标数组地址递增 */

    dma.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;



    /*

     * ADC的RDR寄存器是32位寄存器，

     * 内存仅保存12位转换结果，因此使用16位数组。

     */

    dma.DMA_PeripheralDataSize =

        DMA_PeripheralDataSize_Word;



    dma.DMA_MemoryDataSize =

        DMA_MemoryDataSize_HalfWord;



    dma.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;

    dma.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;



    DMA_Init(ADC_DMA_CHANNEL, &dma);



    /* 将DMA通道连接到ADC1请求 */

    DMA_PeriphIF(ADC_DMA_CHANNEL, ADC1_IF);



    DMA_ITConfig(ADC_DMA_CHANNEL,

                 DMA_FTF_IT,

                 ENABLE);



    DMA_ITConfig(ADC_DMA_CHANNEL,

                 DMA_ERR_IT,

                 ENABLE);



    plic.PLIC_IRQChannel = DMA0_IRQn;

    plic.PLIC_IRQPriority = 2U;

    plic.PLIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    PLIC_Init(&plic);

}

为什么 DMA 每次只搬运一个采样帧？

如果外设地址递增，DMA 会依次读取：

RDR0 → RDR1 → RDR2 → RDR3

但是 DMA 不会自动把外设地址恢复为 RDR0。如果直接把传输数量设置为多帧数据量，那么完成第一帧后，源地址还会继续递增，最终访问到 ADC 结果寄存器区域以外的地址。

因此，正确做法是：

• 每次DMA搬运4个通道

• 产生完成中断

• 重新装载RDR0和下一块缓冲区地址

• 开始下一轮搬运

6. DMA 重新装载

DMA 重新装载时应先关闭通道，然后依次设置计数器、外设地址和内存地址：

复制代码 
static void User_ADC1_DMA_Arm(uint8_t buffer_index)

{

    DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, DISABLE);



    DMA_ClearFlag(DMA0, DMA_FLAG_FTF1);

    DMA_ClearFlag(DMA0, DMA_FLAG_ERR1);



    ADC_DMA_CHANNEL->CHCNT = ADC_CHANNEL_COUNT;



    ADC_DMA_CHANNEL->CHPADDR =

        (uint32_t)&ADC1->RDR[0];



    ADC_DMA_CHANNEL->CHMADDR =

        (uint32_t)&g_adc_buffer[buffer_index][0];



    DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, ENABLE);

}

这里需要同时恢复三个关键参数：

CHCNT /* 本次传输数量 */

CHPADDR /* 外设起始地址 */

CHMADDR /* 内存起始地址 */

只恢复 CHCNT 是不够的，因为上一轮传输后，DMA 的源地址和目的地址通常已经发生变化。

7. 启动 ADC 和 DMA

复制代码 
void User_ADC1_Start(void)

{

    g_adc_dma_index = 0U;

    g_adc_frame_ready = 0U;



    User_ADC1_DMA_Arm(g_adc_dma_index);



    /*

     * AS32X601带Cache。

     * DMA启动前应根据芯片Cache接口处理缓冲区一致性。

     */

    ClearCache();



    ADC1->CTRL0 |= ADC_CTRL0_TRIGEN |

                   ADC_CTRL0_DMAEN;



    ADC_SoftRegularConvert(ADC1);

}

如果采用 TIM0 外部触发，则应先准备好 DMA，再启动定时器：

• 初始化ADC

• 初始化DMA

• 装载并使能DMA

• 使能ADC外部触发

• 启动TIM0

这个顺序可以避免第一次 ADC 转换发生时 DMA 尚未准备好。

8. DMA 完成中断

复制代码 
void DMA0_IRQ_Handler(void)

{

    uint8_t completed_index;



    if (DMA_GetITStatus(DMA0, DMA_IT_FTF1) != RESET) {

        DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, DISABLE);

        DMA_ClearITPendingBit(DMA0, DMA_IT_FTF1);



        completed_index = g_adc_dma_index;



        /* 切换到另一个DMA缓冲区 */

        g_adc_dma_index ^= 1U;



        /*

         * 先重新装载DMA，尽量缩短DMA未就绪的时间。

         */

        User_ADC1_DMA_Arm(g_adc_dma_index);



        /*

         * 根据具体Cache接口，使CPU能够看到DMA写入的数据。

         * 如果芯片只提供整个Cache维护接口，可使用ClearCache()；

         * 若提供按地址失效接口，优先只处理完成缓冲区。

         */

        ClearCache();



        g_adc_ready_index = completed_index;

        g_adc_frame_ready = 1U;

    }



    if (DMA_GetITStatus(DMA0, DMA_IT_ERR1) != RESET) {

        DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, DISABLE);

        DMA_ClearITPendingBit(DMA0, DMA_IT_ERR1);



        /*

         * 根据应用需求记录错误，

         * 然后重新装载DMA或停止ADC。

         */

    }

}

中断函数中不要进行串口打印、滤波或浮点运算。中断只负责：

  1. 清除中断标志。
  2. 切换 DMA 缓冲区。
  3. 重新装载 DMA。
  4. 通知主循环处理已经完成的缓冲区。

9. 主循环处理数据

复制代码 
int main(void)

{

    uint8_t index;



    Systemclock_Init();

    delay_init(160);



    User_Print_Init(921600);



    User_ADC1_Init();

    User_ADC1_DMA_Init();

    User_ADC1_Start();



    while (1) {

        if (g_adc_frame_ready != 0U) {

            /*

             * 简单应用中可短暂关中断保护这两个共享变量。

             * 更高采样率场景建议使用帧计数或消息队列。

             */

            index = g_adc_ready_index;

            g_adc_frame_ready = 0U;



            printf("CH2=%u, CH3=%u, CH4=%u, CH5=%u\r\n",

                   (unsigned int)g_adc_buffer[index][0],

                   (unsigned int)g_adc_buffer[index][1],

                   (unsigned int)g_adc_buffer[index][2],

                   (unsigned int)g_adc_buffer[index][3]);

        }

    }

}

缓冲区中的通道顺序与规则序列一致：

bufferx0 = RSEQ0，也就是ADC_CH2

bufferx1 = RSEQ1，也就是ADC_CH3

bufferx2 = RSEQ2，也就是ADC_CH4

bufferx3 = RSEQ3，也就是ADC_CH5

10. 使用单次 DMA 时的关键问题

10.1 必须重新装载 DMA 地址

DMA 完成后，不能只重新使能 DMA。因为：

  • CHCNT 已经减到 0。
  • 外设地址已经从 RDR0 移动到最后一个结果寄存器之后。
  • 内存地址也已经移动到缓冲区末尾。

• 下一轮开始前必须重新设置：

ADC_DMA_CHANNEL->CHCNT;

ADC_DMA_CHANNEL->CHPADDR;

ADC_DMA_CHANNEL->CHMADDR;

10.2 注意下一次 ADC 触发间隔

从 DMA 完成到重新使能 DMA 之间存在一个很短的中断处理窗口。如果下一个 ADC 触发在这个窗口内到来，可能出现：

  • ADC DMA 请求丢失；
  • 通道数据错位；
  • 一帧数据不完整；
  • DMA 溢出或 ADC overrun。

因此必须保证：

ADC触发周期 > 一帧转换时间 + DMA完成中断重新装载时间

如果采样频率很高，可以考虑：

  • 降低 ADC 触发频率；
  • 提高 DMA 中断优先级；
  • 缩短中断函数；
  • 使用 ADC 序列完成信号控制下一次触发；
  • 在重新装载 DMA 期间暂时屏蔽 ADC 触发；

10.3 软件连续转换不一定适合高速多通道采集

如果配置：

ADC_ContinuousModeEn = ENABLE;

ADC 可能在 DMA 完成中断尚未重新装载时就开始下一轮转换。对于采样时序要求较高的应用，建议使用 TIM0 周期触发：

ADC_ContinuousModeEn = DISABLE;

ADC_RegularTrigger = ADC_TRIGGER_EXTERNAL_x;

这样可以获得稳定的采样周期，并为 DMA 重装留下确定的时间。

10.4 注意 Cache 一致性

AS32X601 的 CPU 带有 Cache，而 DMA 直接访问物理内存。DMA 已经写完数据，并不代表 CPU 立即能够从 Cache 中读取到最新值。

因此需要根据平台提供的 Cache API：

  • DMA 写内存、CPU 读内存：读取前失效对应 Cache。
  • CPU 写内存、DMA 读内存：启动 DMA 前清理对应 Cache。
  • DMA 缓冲区最好按 Cache Line 对齐。
  • 如果支持非缓存区，DMA 缓冲区可放入非缓存内存段。

不要仅依靠 volatile。volatile 只能限制编译器优化，不能解决 CPU Cache 与 DMA 之间的数据一致性问题。

10.5 不要在 DMA 中断中打印

串口打印耗时通常远大于 DMA 重装操作。如果在中断中调用 printf()，很容易错过下一次 ADC 触发。

DMA 中断应尽可能短，打印和数据处理放到主循环或任务中完成。

11. 如果需要采集多帧数据

假设需要一次采集 1024 帧，每帧包含 4 个通道，可以定义：

复制代码 
#define ADC_CHANNEL_COUNT    4U

#define ADC_FRAME_COUNT      1024U



volatile uint16_t

g_adc_data[ADC_FRAME_COUNT][ADC_CHANNEL_COUNT];



volatile uint32_t g_adc_frame_count = 0U;

DMA 每次仍然只传输一帧，但目的地址指向不同的数组行：

复制代码 
static void ADC_DMA_ArmFrame(uint32_t frame)

{

    DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, DISABLE);



    ADC_DMA_CHANNEL->CHCNT = ADC_CHANNEL_COUNT;

    ADC_DMA_CHANNEL->CHPADDR =

        (uint32_t)&ADC1->RDR[0];

    ADC_DMA_CHANNEL->CHMADDR =

        (uint32_t)&g_adc_data[frame][0];



    DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, ENABLE);

}

完成中断中推进帧号：

复制代码 
void DMA0_IRQ_Handler(void)

{

    if (DMA_GetITStatus(DMA0, DMA_IT_FTF1) != RESET) {

        DMA_Cmd(ADC_DMA_CHANNEL, DISABLE);

        DMA_ClearITPendingBit(DMA0, DMA_IT_FTF1);



        ++g_adc_frame_count;



        if (g_adc_frame_count < ADC_FRAME_COUNT) {

            ADC_DMA_ArmFrame(g_adc_frame_count);

        } else {

            ADC1->CTRL0 &= ~(ADC_CTRL0_TRIGEN |

                             ADC_CTRL0_DMAEN);



            ClearCache();

            g_adc_frame_ready = 1U;

        }

    }

}

这样最终得到的数据排列为：

g_adc_data00～3 第0帧的4个通道

g_adc_data10～3 第1帧的4个通道

...

g_adc_data10230～3 第1023帧的4个通道

12. 总结

AS32X601 的 DMA 没有可直接使用的循环模式时，仍然可以完成 ADC 多通道连续采集。核心方法是：

• ADC扫描多个规则通道

• DMA单次搬运一帧数据

• DMA完成中断

• 恢复CHCNT、CHPADDR和CHMADDR

• 切换缓冲区

• 继续下一轮采集

实现时需要特别注意以下几点：

  • ADC 必须开启扫描模式。
  • 规则序列长度必须等于通道数量。
  • DMA 外设地址从 RDR0 开始，并开启外设地址递增。
  • DMA 每次只搬运一轮规则序列。
  • DMA 完成后必须恢复计数、源地址和目的地址。
  • 高采样率场景建议使用 TIM0 等定时器触发 ADC。
  • 中断中只进行 DMA 重装和状态更新。
  • 必须正确处理 CPU Cache 与 DMA 的一致性。
  • 使用双缓冲可以减少数据覆盖风险。

通过软件重装 DMA，可以在不依赖硬件循环模式的情况下，实现稳定、低 CPU 占用的 ADC 多通道数据采集。

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