DMA原理和应用

目录

1.什么是DMA

2.DMA的意义

3.DMA搬运的数据和方式

4.DMA 控制器和通道

5.DMA通道的优先级

6.DMA传输方式

7.DMA应用

实验一: 内存到内存搬运

CubeMX配置：

​编辑用到的库函数：

代码实现思路：

实验二: 内存到外设搬运

CubeMX配置：

​编辑用到的库函数：

代码实现思路：

实验三: 外设到内存搬运

CubeMX配置

用到的库函数

代码实现思路：

1.什么是DMA

DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 提供在外设与内存、存储器和存储器、外设与外设之间的高速数据传输使用。它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU，在这个时间中，CPU对于内存的工作来说就无法使用。

简单描述：DMA就是一个数据搬运工！

2.DMA的意义

代替 CPU 搬运数据，为 CPU 减负

  • 1. 数据搬运的工作比较耗时间；
  • 2. 数据搬运工作时效要求高（有数据来就要搬走）；
  • 3. 没啥技术含量（CPU 节约出来的时间可以处理更重要的事）。

3.DMA搬运的数据和方式

DMA搬运存储器、外设的数据

这里的外设指的是spi、usart、iic、adc 等基于APB1 、APB2或AHB时钟的外设，而这里的存储器包括自身的闪存(flash)或者内存(SRAM)以及外设的存储设备都可以作为访问地源或者目的

三种搬运方式：

  • 存储器→存储器（例如：复制某特别大的数据buf）
  • 存储器→外设 （例如：将某数据buf写入串口TDR寄存器）
  • 外设→存储器 （例如：将串口RDR寄存器写入某数据buf）

存储器→存储器

存储器→外设

外设→存储器

4.DMA 控制器和通道

STM32F103有2个 DMA 控制器，DMA1有7个通道，DMA2有5个通道。 一个通道每次只能搬运一个外设的数据！！ 如果同时有多个外设的 DMA 请求，则按照优先级进行响应。

DMA1有7个通道：

DMA2有5个通道：

5.DMA通道的优先级

优先级管理采用软件+硬件：

  • 软件： 每个通道的优先级可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级
  • 最高级>高级>中级>低级
  • 硬件： 如果2个请求，它们的软件优先级相同，则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。
  • 比如：如果软件优先级相同，通道2优先于通道4

6.DMA传输方式

DMA_Mode_Normal（正常模式）

  • 一次DMA数据传输完后，停止DMA传送 ，也就是只传输一次

DMA_Mode_Circular（循环传输模式）

  • 当传输结束时，硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装，进行下一轮的数据传输。 也就是 多次传输模式

指针递增模式：

  • 外设和存储器指针在每次传输后可以自动向后递增或保持常量。
  • 当设置为增量模式时，下一个要 传输的地址将是前一个地址加上增量值。

7.DMA应用

实验一: 内存到内存搬运

实验要求：

使用DMA的方式将数组A的内容复制到数组B中，搬运完之后将数组B的内容打印到屏幕。

CubeMX配置：

DMA 配置：

串口配置：


用到的库函数：

1. HAL_DMA_Start

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t
DstAddress, uint32_t DataLength)
  • 参数一：DMA_HandleTypeDef *hdma，DMA通道句柄
  • 参数二：uint32_t SrcAddress，源内存地址
  • 参数三：uint32_t DstAddress，目标内存地址
  • 参数四：uint32_t DataLength，传输数据长度。注意：需要乘以sizeof(uint32_t)
  • 返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）

2. __HAL_DMA_GET_FLAG

#define __HAL_DMA_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (DMA1->ISR & (__FLAG__))
  • 参数一：HANDLE，DMA通道句柄
  • 参数二：FLAG，数据传输标志
  • DMA_FLAG_TCx表示数据传输完成标志
  • 返回值：FLAG的值（SET/RESET）
代码实现思路：
  • 1. 开启数据传输
  • 2. 等待数据传输完成
  • 3. 打印数组内容

代码示例：

#include <stdio.h>uint32_t src_buf[16] = {	0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
};
uint32_t des_buf[16];//重定向printf
int fputc(int ch, FILE *f)
{      unsigned char temp[1]={ch};HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);  return ch;
}int main(void)
{int i= 0;
/*
1. 开启数据传输
2. 等待数据传输完成
3. 打印数组内容
*/HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_DMA_Init();MX_USART1_UART_Init();//1. 开启数据传输HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1,(uint32_t)src_buf,(uint32_t)des_buf,sizeof(uint32_t) * 16);//2. 等待数据传输完成while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET);//3. 打印数组内容for (i = 0; i < 16; i++)printf("Buf[%d] = %X\r\n", i, des_buf[i]);while (1){}}

烧录代码，打开串口助手：

实验二: 内存到外设搬运

实验要求:

使用DMA的方式将内存数据搬运到串口1发送寄存器，同时闪烁LED1。

CubeMX配置：

DMA配置：

串口配置：


用到的库函数：

HAL_UART_Transmit_DMA

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,
uint16_t Size)
  • 参数一：UART_HandleTypeDef *huart，串口句柄
  • 参数二：uint8_t *pData，待发送数据首地址
  • 参数三：uint16_t Size，待发送数据长度
  • 返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
代码实现思路：
  • 1. 准备数据
  • 2. 将数据通过串口DMA发送

代码示例：

#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"unsigned char sendbuf[100];int main(void)
{int i;//1. 准备数据for(i=0;i<100;i++){sendbuf[i] = 'z';}//2. 将数据通过串口DMA发送HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,sendbuf,100);while (1){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);HAL_Delay(300);}
}

烧录代码，打开串口助手

实验三: 外设到内存搬运

实验要求：

使用DMA的方式将串口接收缓存寄存器的值搬运到内存中，同时闪烁LED1。

CubeMX配置

DMA配置：

串口和中断配置：

用到的库函数

1. __HAL_UART_ENABLE

#define __HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__) ((((__INTERRUPT__) >> 28U)
== UART_CR1_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR1 |= ((__INTERRUPT__) &
UART_IT_MASK)): \
(((__INTERRUPT__) >> 28U)
== UART_CR2_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR2 |= ((__INTERRUPT__) &
UART_IT_MASK)): \
((__HANDLE__)->Instance-
>CR3 |= ((__INTERRUPT__) & UART_IT_MASK)))
  • 参数一：HANDLE，串口句柄
  • 参数二：INTERRUPT，需要使能的中断
  • 返回值：无

2. HAL_UART_Receive_DMA

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,
uint16_t Size)
  • 参数一：UART_HandleTypeDef *huart，串口句柄
  • 参数二：uint8_t *pData，接收缓存首地址
  • 参数三：uint16_t Size，接收缓存长度
  • 返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）

3. __HAL_UART_GET_FLAG

#define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR &
(__FLAG__)) == (__FLAG__))
  • 参数一：HANDLE，串口句柄
  • 参数二：FLAG，需要查看的FLAG
  • 返回值：FLAG的值

4. __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG

#define __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(__HANDLE__) __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(__HANDLE__)
  • 参数一：HANDLE，串口句柄
  • 返回值：无

5. HAL_UART_DMAStop

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart)
  • 参数一：UART_HandleTypeDef *huart，串口句柄
  • 返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）

6. __HAL_DMA_GET_COUNTER

#define __HAL_DMA_GET_COUNTER(__HANDLE__) ((__HANDLE__)->Instance->CNDTR)
  • 参数一：HANDLE，串口句柄
  • 返回值：未传输数据大小
代码实现思路：

如何判断串口接收是否完成？如何知道串口收到数据的长度？

使用串口空闲中断（IDLE）！

  • 串口空闲时，触发空闲中断
  • 空闲中断标志位由硬件置1，软件清零

利用串口空闲中断，可以用如下流程实现DMA控制的任意长数据接收：

  • 1. 使能IDLE空闲中断
  • 2. 使能DMA接收中断
  • 3. 收到串口接收中断，DMA不断传输数据到缓冲区
  • 4. 一帧数据接收完毕，串口暂时空闲，触发串口空闲中断
  • 5. 在中断服务函数中，清除中断标志位，关闭DMA传输（防止干扰）
  • 6. 计算刚才收到了多少个字节的数据
  • 7. 处理缓冲区数据，开启DMA传输，开始下一帧接收

代码示例：

main.c

uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE]; // 接收数据缓存数组
uint8_t rcvLen = 0; // 接收一帧数据的长度
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 使能IDLE空闲中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuf,100); // 使能DMA接收中断
while (1)
{HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);HAL_Delay(300);
}

main.h

#define BUF_SIZE 100

stm32f1xx_it.c

extern uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE];
extern uint8_t rcvLen;void USART1_IRQHandler(void)
{/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 *//* USER CODE END USART1_IRQn 0 */HAL_UART_IRQHandler(&huart1);/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) == SET)) // 判断IDLE标志位是否被置位{__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);// 清除标志位HAL_UART_DMAStop(&huart1); // 停止DMA传输，防止干扰uint8_t temp=__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);rcvLen = BUF_SIZE - temp; //计算数据长度HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rcvBuf, rcvLen);//发送数据HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rcvBuf, BUF_SIZE);//开启DMA}/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

烧录代码，打开串口助手，将接收到的数据通过串口发送到上位机：

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