【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數

2021年9月23日 10:56
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DMA的基本介紹

1
DMA的基本定義

DMA，全稱Direct Memory Access，即直接存儲器訪問。

DMA傳輸將數據從一個地址空間復制到另一個地址空間，提供在外設和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數據傳輸。當CPU初始化這個傳輸動作，傳輸動作本身是由DMA控制器來實現和完成的。DMA傳輸方式無需CPU直接控制傳輸，也沒有中斷處理方式那樣保留現場和恢復現場過程，通過硬件為RAM和IO設備開辟一條直接傳輸數據的通道，使得CPU的效率大大提高。

2
DMA的主要特征

  • 每個通道都直接連接專用的硬件DMA請求，每個通道都同樣支持軟件觸發。這些功能通過軟件來配置；

  • 在同一個DMA模塊上，多個請求間的優先權可以通過軟件編程設置（共有四級：很高、高、中等和低），優先權設置相等時由硬件決定（請求0優先于請求1，依此類推）；

  • 獨立數據源和目標數據區的傳輸寬度（字節、半字、全字），模擬打包和拆包的過程。源和目標地址必須按數據傳輸寬度對齊；

  • 支持循環的緩沖器管理；

  • 每個通道都有3個事件標志（DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯），這3個事件標志邏輯或成為一個單獨的中斷請求；

  • 存儲器和存儲器間的傳輸、外設和存儲器、存儲器和外設之間的傳輸；

  • 閃存、SRAM、外設的SRAM、APB1、APB2和AHB外設均可作為訪問的源和目標；

  • 可編程的數據傳輸數目：最大為65535。

3
STM33F10x系列芯片DMA控制器

STM32F10x系列芯片最多有2個DMA控制器（DMA2僅存在大容量產品中），DMA1有7個通道。DMA2有5個通道。每個通道專門用來管理來自于一個或多個外設對存儲器訪問的請求。還有一個仲裁起來協調各個DMA請求的優先權。

從外設（TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3]）產生的7個請求，通過邏輯或輸入到DMA1控制器，這意味著同時只能有一個請求有效。各個通道的DMA1請求一覽見下圖：


【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖1

從外設（TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO）產生的5個請求，經邏輯或輸入到DMA2控制器，這意味著同時只能有一個請求有效。各個通道的DMA2請求一覽見下圖：


【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖2


DMA的基本原理

DMA控制器和Cortex?-M3核心共享系統數據總線，執行直接存儲器數據傳輸。當CPU和DMA同時訪問相同的目標（RAM或外設）時，DMA請求會暫停CPU訪問系統總線達若干個周期，總線仲裁器執行循環調度，以保證CPU至少可以得到一半的系統總線（存儲器或外設）帶寬。

0
DMA的工作框圖

【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖3

DMA模塊的框圖看起來比較復雜，接下來會一點一點地對它進行分析。

1
DMA處理

在發生一個事件后，外設向DMA控制器發送一個請求信號。DMA控制器根據通道的優先權處理請求。當DMA控制器開始訪問發出請求的外設時，DMA控制器立即發送給它一個應答信號。當從DMA控制器得到應答信號時，外設立即釋放它的請求。一旦外設釋放了這個請求，DMA控制器同時撤銷應答信號。如果有更多的請求時，外設可以啟動下一個周期。

總之，每次DMA傳送由3個操作組成：

  • 從外設數據寄存器或者從當前外設/存儲器地址寄存器指示的存儲器地址取數據，第一次傳輸時的開始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設基地址或存儲器單元；

  • 存數據到外設數據寄存器或者當前外設/存儲器地址寄存器指示的存儲器地址，第一次傳輸時的開始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設基地址或存儲器單元；

  • 執行一次DMA_CNDTRx寄存器的遞減操作，該寄存器包含未完成的操作數目。

2
仲裁器

仲裁器根據通道請求的優先級來啟動外設/存儲器的訪問。

優先權管理分2個階段：

  • 軟件：每個通道的優先權可以在DMA_CCRx寄存器中設置，有4個等級：最高優先級、高優先級、中等優先級、低優先級；

  • 硬件：如果2個請求有相同的軟件優先級，則較低編號的通道比較高編號的通道有較高的優先權。比如：如果軟件優先級相同，通道2優先于通道4。 


注意：在大容量產品和互聯型產品中，DMA1控制器擁有高于DMA2控制器的優先級。

3
DMA通道

每個通道都可以在有固定地址的外設寄存器和存儲器地址之間執行DMA傳輸。DMA傳輸的數據量是可編程的，最大達到65535。包含要傳輸的數據項數量的寄存器，在每次傳輸后遞減。

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可編程的數據量

外設和存儲器的傳輸數據量可以通過DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位編程。

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指針增量

通過設置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC標志位，外設和存儲器的指針在每次傳輸后可以有選擇地完成自動增量。當設置為增量模式時，下一個要傳輸的地址將是前一個地址加上增量值，增量值取決于所選的數據寬度為1、2或4。

第一個傳輸的地址是存放在DMA_CPARx /DMA_CMARx寄存器中的值。在傳輸過程中，這些寄存器保持它們初始的數值，軟件不能改變和讀出當前正在傳輸的地址（它在內部的當前外設/存儲器地址寄存器中）。

當通道配置為非循環模式時，傳輸結束后（即傳輸計數變為0）將不再產生DMA操作。要開始新的DMA傳輸，需要在關閉DMA通道的情況下，在DMA_CNDTRx寄存器中重新寫入傳輸數目。在循環模式下，最后一次傳輸結束時，DMA_CNDTRx寄存器的內容會自動地被重新加載為其初始數值，內部的當前外設/存儲器地址寄存器也被重新加載為DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器設定的初始基地址。

6
循環模式

循環模式用于處理循環緩沖區和連續的數據傳輸（如ADC的掃描模式）。

在DMA_CCRx寄存器中的CIRC位用于開啟這一功能。當啟動了循環模式，數據傳輸的數目變為0時，將會自動地被恢復成配置通道時設置的初值，DMA操作將會繼續進行。

7
存儲器到存儲器模式

DMA通道的操作可以在沒有外設請求的情況下進行，這種操作就是存儲器到存儲器模式。

當設置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在軟件設置了DMA_CCRx寄存器中的EN位啟動DMA通道時，DMA傳輸將馬上開始。當DMA_CNDTRx寄存器變為0時，DMA傳輸結束。存儲器到存儲器模式不能與循環模式同時使用。

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可編程的數據傳輸寬度、對齊方式和數據大小端

當PSIZE和MSIZE不相同時，DMA模塊按照下圖進行數據對齊。


【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖4

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中斷

每個DMA通道都可以在DMA傳輸過半、傳輸完成和傳輸錯誤時產生中斷。為應用的靈活性考慮，通過設置寄存器的不同位來打開這些中斷。


【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖5

注意：在大容量產品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中斷被映射在同一個中斷向量上。在互聯型產品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中斷分別有獨立的中斷向量。所有其他的DMA通道都有自己的中斷向量。


DMA相關配置寄存器

DMA配置參數包括：通道地址、優先級、數據傳輸方向、存儲器/外設數據寬度、存儲器/外設地址是否增量、循環模式、數據傳輸量。

1
DMA通道x配置寄存器（DMA_CCRx）

【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖6

作用：配置DMA通道模式、優先級、數據寬度、是否增量、傳輸方向、是否增量參數。

2
DMA通道x傳輸數量寄存器（DMA_CNDTRx）

【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖7

作用：配置DMA通道的數據傳輸數量，范圍為0-65535。

主要注意：該寄存器的值會隨著傳輸的進行而減少，當該寄存器的值為0的時候，就代表著此次傳輸已經全部結束了。也就是說，當DMA通道開啟傳輸了之后，該寄存器變成只讀，指示的是數據傳輸數量中剩余待傳輸的字節數目。

3
DMA通道x外設地址寄存器（DMA_CPARx）

【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖8

作用：配置DMA通道的外設地址。比如使用串口1的數據引腳，則該寄存器必須寫上0x40013804（其實就是串口數據寄存器的地址，&USART1->DR的值）。

主要注意：當通道已經開啟（被使能），此時DMA通道外設地址寄存器就不能修改了。

4
DMA通道x存儲器地址寄存器（DMA_CMARx）

【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖9

作用：配置DMA通道存儲器地址。

主要注意：當通道已經開啟（被使能），此時DMA通道存儲器地址寄存器就不能修改了。

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DMA中斷狀態寄存器（DMA_ISR）

【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖10

作用：可以獲取DMA傳輸的狀態標志。

注意：此寄存器為只讀寄存器，所以在這些位被置位后只能通過其他的操作來清除。

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DMA中斷標志清除寄存器（DMA_IFCR）

【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數的圖11

作用：通過往寄存器內寫1來清除DMA_ISR被置位的位。


DMA通道配置過程

下面是配置DMA通道x的過程（x代表通道號）：

  • 在DMA_CPARx寄存器中設置外設寄存器的地址。發生外設數據傳輸請求時，這個地址將是數據傳輸的源或目標；

  • 在DMA_CMARx寄存器中設置數據存儲器的地址。發生外設數據傳輸請求時，傳輸的數據將從這個地址讀出或寫入這個地址；

  • 在DMA_CNDTRx寄存器中設置要傳輸的數據量。在每個數據傳輸后，這個數值遞減；

  • 在DMA_CCRx寄存器的PL[1:0]位中設置通道的優先級；

  • 在DMA_CCRx寄存器中設置數據傳輸的方向、循環模式、外設和存儲器的增量模式、外設和存儲器的數據寬度、傳輸一半產生中斷或傳輸完成產生中斷；

  • 設置DMA_CCRx寄存器的ENABLE位，啟動該通道。

一旦啟動了DMA通道，它既可響應連到該通道上的外設的DMA請求。當傳輸一半的數據后，半傳輸標志(HTIF)被置1，當設置了允許半傳輸中斷位(HTIE)時，將產生一個中斷請求。在數據傳輸結束后，傳輸完成標志(TCIF)被置1，當設置了允許傳輸完成中斷位(TCIE)時，將產生一個中斷請求。


DMA相關配置庫函數

1
1個初始化函數 

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


作用：初始化DMA通道外設寄存器地址、數據存儲器地址、數據傳輸的方向、傳輸的數據量、外設和存儲器的增量模式、外設和存儲器的數據寬度、是否開啟循環模式。


2
2個使能函數 

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


作用：前者使能DMA通道；后者使能DMA通道中斷。

3
2個傳輸數據量函數 

void DMA_SetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, uint16_t DataNumber); 
uint16_t DMA_GetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx);


作用：前者設置DMA通道的傳輸數據量（DMA處于關閉狀態）；后者獲取當前DMA通道傳輸剩余數據量（DMA處于開啟狀態）。

4
4個狀態位函數 

FlagStatus DMA_GetFlagStatus(uint32_t DMAy_FLAG);
void DMA_ClearFlag(uint32_t DMAy_FLAG);
ITStatus DMA_GetITStatus(uint32_t DMAy_IT);
void DMA_ClearITPendingBit(uint32_t DMAy_IT);


作用：獲取DMA通道的各種狀態位，并能清除這些狀態位。

5
8個外設DMA使能函數 

void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState);
void ADC_DMACmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
void DAC_DMACmd(uint32_t DAC_Channel, FunctionalState NewState);
void I2C_DMACmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void SDIO_DMACmd(FunctionalState NewState);
void SPI_I2S_DMACmd(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_DMAReq, FunctionalState NewState);
void TIM_DMAConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_DMABase, uint16_t TIM_DMABurstLength);
void TIM_DMACmd(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_DMASource, FunctionalState NewState);


作用：用于使能外設的DMA通道。


DMA的一般步驟

實驗目標：利用外部按鍵KEY0來控制DMA的傳送，每按一次KEY0，DMA就傳送一次數據到USART1，然后在TFTLCD模塊上顯示進度等信息。

  • 使能DMA時鐘。調用函數：RCC_AHBPeriphClockCmd()；

  • 初始化DMA通道參數。調用函數：DMA_Init()；

  • 使能串口DMA發送，串口DMA使能函數。調用函數：USART_DMACmd()；

  • 使能DMA1通道，啟動傳輸。調用函數：DMA_Cmd()；

  • 查詢DMA傳輸狀態。調用函數：DMA_GetFlagStatus()；

  • 獲取/設置通道當前剩余數據量。調用函數：DMA_GetCurrDataCounter()；DMA_SetCurrDataCounter()。


下面按照這個一般步驟來進行一個簡單的DMA程序：

DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; u16 DMA1_MEM_LEN;//保存DMA每次數據傳送的長度       //DMA1的各通道配置//這里的傳輸形式是固定的,這點要根據不同的情況來修改//從存儲器->外設模式/8位數據寬度/存儲器增量模式//DMA_CHx:DMA通道CHx//cpar:外設地址//cmar:存儲器地址//cndtr:數據傳輸量 void MYDMA_Config(DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx,u32 cpar,u32 cmar,u16 cndtr){   RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);  //使能DMA傳輸          DMA_DeInit(DMA_CHx);   //將DMA的通道1寄存器重設為缺省值   DMA1_MEM_LEN=cndtr;  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = cpar;  //DMA外設基地址  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = cmar;  //DMA內存基地址  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;  //數據傳輸方向，從內存讀取發送到外設  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = cndtr;  //DMA通道的DMA緩存的大小  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外設地址寄存器不變  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //內存地址寄存器遞增  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;  //數據寬度為8位  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //數據寬度為8位  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;  //工作在正常模式  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x擁有中優先級   DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;  //DMA通道x沒有設置為內存到內存傳輸  DMA_Init(DMA_CHx, &DMA_InitStructure);  //根據DMA_InitStruct中指定的參數初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所標識的寄存器      } //開啟一次DMA傳輸void MYDMA_Enable(DMA_Channel_TypeDef*DMA_CHx){   DMA_Cmd(DMA_CHx, DISABLE );  //關閉USART1 TX DMA1 所指示的通道         DMA_SetCurrDataCounter(DMA_CHx,DMA1_MEM_LEN);//DMA通道的DMA緩存的大小   DMA_Cmd(DMA_CHx, ENABLE);  //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道 }
#define SEND_BUF_SIZE 8200  //發送數據長度,最好等于sizeof(TEXT_TO_SEND)+2的整數倍. u8 SendBuff[SEND_BUF_SIZE];  //發送數據緩沖區const u8 TEXT_TO_SEND[]={"STM32F1 DMA 串口實驗"}; int main(void){     u16 i;  u8 t=0;  u8 j,mask=0;  float pro=0;        //進度   delay_init();         //延時函數初始化        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);        //設置中斷優先級分組為組2：2位搶占優先級，2位響應優先級  uart_init(115200);     //串口初始化為115200  LED_Init();          //初始化與LED連接的硬件接口  LCD_Init();           //初始化LCD     KEY_Init();        //按鍵初始化          MYDMA_Config(DMA1_Channel4,(u32)&USART1->DR,(u32)SendBuff,SEND_BUF_SIZE);//DMA1通道4,外設為串口1,存儲器為SendBuff,長度SEND_BUF_SIZE.   POINT_COLOR=RED;//設置字體為紅色   LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"WarShip STM32");    LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DMA TEST");    LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");  LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/15");     LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Start");  //顯示提示信息    j=sizeof(TEXT_TO_SEND);       for(i=0;i<SEND_BUF_SIZE;i++)//填充數據到SendBuff        {    if(t>=j)//加入換行符    {      if(mask)      {        SendBuff[i]=0x0a;        t=0;      }else       {        SendBuff[i]=0x0d;        mask++;      }      }else//復制TEXT_TO_SEND語句    {      mask=0;      SendBuff[i]=TEXT_TO_SEND[t];      t++;    }                 }       POINT_COLOR=BLUE;//設置字體為藍色      i=0;  while(1)  {    t=KEY_Scan(0);    if(t==KEY0_PRES)//KEY0按下    {      LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Start Transimit....");      LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"   %");//顯示百分號      printf("\r\nDMA DATA:\r\n");                   USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE); //使能串口1的DMA發送            MYDMA_Enable(DMA1_Channel4);//開始一次DMA傳輸！            //等待DMA傳輸完成，此時我們來做另外一些事，點燈            //實際應用中，傳輸數據期間，可以執行另外的任務            while(1)            {        if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)!=RESET)  //判斷通道4傳輸完成        {          DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);//清除通道4傳輸完成標志          break;                     }        pro=DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4);//得到當前還剩余多少個數據        pro=1-pro/SEND_BUF_SIZE;//得到百分比            pro*=100;      //擴大100倍        LCD_ShowNum(30,170,pro,3,16);                }                LCD_ShowNum(30,170,100,3,16);//顯示100%          LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Transimit Finished!");//提示傳送完成    }    i++;    delay_ms(10);    if(i==20)    {      LED0=!LED0;//提示系統正在運行        i=0;    }         }}


1
MYDMA_Enable函數

傳輸數據量寄存器的值，在DMA的傳輸過程中，該值會隨著傳輸的進行而減少，當該寄存器的值為0的時候，就代表著此次傳輸已經全部結束了。在沒有設置循環模式的情況下，想要下一次DMA傳輸的時候，還保持原有的傳輸數據，就需要重新賦予該寄存器應有的值。

該寄存器在DMA使能的情況下，是一個只讀寄存器，也就是說，要想改變這個寄存器，必須先要讓DMA失能：

DMA_Cmd(DMA_CHx, DISABLE );  //關閉USART1 TX DMA1 所指示的通道      DMA_SetCurrDataCounter(DMA_CHx,DMA1_MEM_LEN);//DMA通道的DMA緩存的大小DMA_Cmd(DMA_CHx, ENABLE);  //使能USART1 TX DMA1 所指示的通道

2
main函數

在main函數中，先判斷DMA1通道4傳輸完成，這里需要用到一個標志位判斷：

if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)!=RESET)  //判斷通道4傳輸完成{  DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);//清除通道4傳輸完成標志  break; }


*本文轉自CSDN，作者「Yngz_Miao」

*原文：https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/80270444


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