DMA

DMA简介

DMA 简介

• 功能与权限：英文全称 direct memory access，可直接访问 STM32 内部存储器，包括运行内存、程序存储器、Flash 和寄存器等，能提供外设和存储器或存储器和存储器之间高速数据传输，无需 CPU 干预，节省 CPU 资源。
• 通道数量：STM32 的 DMA 有 12 个独立可配置通道，DMA1 有 7 个通道，DMA2 有 5 个通道，通道是数据转运路径，多个通道转运互不干扰 。
• 触发方式：每个通道支持软件触发和特定硬件触发；存储器到存储器转运一般用软件触发，可快速完成数据转运；外设到存储器转运一般用硬件触发，且每个通道硬件触发源不同，要使用对应外设触发源需用其连接的通道 。
• 芯片资源：STM32F103C8T6 芯片只有 DMA1 的 7 个通道，无 DMA2 。只有DMA1。

存储器映像

STM32 的存储器映像

• 分类与地址：存储器分 ROM 和 RAM 两大类；ROM 包括程序存储器 Flash（地址 0X08000000 ）、系统存储器（地址 1FFF 开头 ）和选项字节（地址 1FFF 开头 ）；RAM 包括运行内存 SRAM（地址 0X2000000 ）、外设寄存器（地址 0X40000000 ）和内核外设寄存器（地址 0X E 0000000 ） 。
• 用途：Flash 存储编译后的程序代码；系统存储器存储 boot loader 用于串口下载；选项字节存储独立于程序代码的配置参数；SRAM 存储运行中的临时变量；外设寄存器存储外设配置参数；内核外设寄存器存储内核外设配置参数 。
• 寻址范围：CPU 为 32 位，寻址范围大，最大支持 4GB 容量存储器，但 STM32 存储器为 KB 级别，地址使用率不到 1%；0 地址有别名区，程序运行起始地址映射位置由 boot0 和 boot1 引脚决定 。

类型	起始地址	存储器	用途
ROM	0x0800 0000	程序存储器Flash	存储C语言编译后的程序代码
0x1FFF F000	系统存储器	存储BootLoader，用于串口下载	存储BootLoader，用于串口下载
0x1FFF F800	选项字节	存储一些独立于程序代码的配置参数	存储一些独立于程序代码的配置参数
RAM	0x2000 0000	运行内存SRAM	存储运行过程中的临时变量
0x4000 0000	外设寄存器	存储各个外设的配置参数	存储各个外设的配置参数
0xE000 0000	内核外设寄存器	存储内核各个外设的配置参数	存储内核各个外设的配置参数

DMA框图

DMA 框图结构

• 总线矩阵：左端主动单元有内核（含 ICcode 和系统总线）和 DMA 总线（DMA1、DMA2 各有一条 ），有存储器访问权；右边被动单元是各种存储器，只能被主动单元读写；仲裁器用于调度通道，防止冲突，当与CPU发生冲突会停止会停止访问，但是会保证 CPU 得到一半总线带宽 。
• AHB 从设备：即 DMA 自身寄存器，连接在 AHB 总线上，既是总线矩阵主动单元可读写存储器，也是 AHB 总线上被动单元，CPU 可通过线路配置 DMA 。
• DMA 请求：即硬件触发源，各外设通过此线路向 DMA 发出硬件触发信号，触发 DMA 执行数据转运工作 。
• Flash 读写特性：Flash 是 ROM 只读存储器，通过总线直接访问时，CPU 和 DMA 只能读不能写，若 DMA 执行数据转化目的地址在 Flash 区域会出错；但可配置 Flash 接口控制器对 Flash 进行擦除和写入操作，只是流程复杂 。

DMA基本结构

DMA 基本结构

• 转运站点参数：数据转运有外设寄存器和存储器（含 Flash 和 SRAM ）两个站点；各站点有起始地址、数据宽度（可选字节（8位）、半字（16位）、字（32位） ）、地址是否自增三个参数；方向参数可控制转运方向；可在外设站点写存储器地址，存储器站点写外设地址实现特殊转运 。
• 传输计数器与自动重装器：传输计数器是自减计数器，指定转运次数，减到 0 后停止转运，自增地址恢复到起始地址；自动重装器决定计数器减到 0 后是否自动恢复到初始值，不重装是单次模式，重装是循环模式 。
• 触发控制：触发源有硬件触发和软件触发，由 M2M（memory to memory ）参数决定；M2M 为 1 时选择软件触发，以最快速度连续触发 DMA 清零传输计数器（所以软件触发与循环模式不能同时用），与外部中断和 ADC 软件触发不同（这里可以理解为连续触发），适用于存储器到存储器转运，并且软件触发不能与自动重装同时使用（因为软件触发是为了使传输计数器清零，自动重装是计数器清零重新重载，如果同时使用会使DMA不可以停止）；M2M 为 0 时选择硬件触发，触发源可选 ADC、串口、定时器等，用于与外设有关的转运 。
• 开关控制：即 DMA CMD 函数，使能后 DMA 准备就绪可转运；转运需满足开关控制使能、传输计数器大于 0、有触发信号三个条件；传输计数器为 0 且无自动重装时，需先关闭 DMA，设置传输计数器大于 0 后再开启 DMA 才能继续工作（这里器件手册要求的） 。

DMA请求

以 DMA1 请求图为例，通道有数据选择器，m2m 位控制选择硬件或软件触发，en 位控制数据选择器工作与否；每个通道硬件触发源不同，使用某个硬件触发源需用其所在通道，软件触发通道可任意选；多个硬件触发源开启时由或门选择，默认通道号越小优先级越高，也可在程序中配置 。

数据宽度与对齐

数据宽度不同时，小数据转到大数据高位补 0，大数据转小数据高位舍弃，宽度相同时正常转运 。

数据转运+DMA

数据转运+ DMA：任务是将 SRAM 里数组 data a 转运到 data b；外设站点起始地址填 data a 首地址，存储器站点填 data b 首地址，数据宽度选 8 位字节，地址都自增，方向是外设到存储器，传输计数器填 7，不自动重装，用软件触发，使能 DMA 后数据从 data a 复制到 data b 。

变量与常量实验

• 变量定义与验证：定义变量 unit8_t AA=0X66，在主函数中通过 OLED 显示其内容和地址，验证变量存储于 SRAM 区，地址 20 开头。
• 常量定义与特性：在变量前加 const 关键字定义常量，常量存储在 Flash 区，地址 08 开头，程序中只能读不能写，可节省 SRAM 空间。

外设寄存器访问

• 地址查询：外设寄存器地址固定，如 ADC1 的 Dr 寄存器地址可通过手册计算，起始地址加偏移得到。如果想计算某个寄存器的地址，查手册（首先查存储映像 就是寄存器所在外设的基地址，然后再查有关外设中 要查寄存器的基地址偏移量）

• 结构体访问：使用结构体访问寄存器，结构体成员顺序与寄存器实际存放顺序一致，指针指向外设起始地址时，访问结构体成员即访问对应寄存器。

• 指针访问：也可用指针直接访问物理地址，就是宏定义 物理地址，想要访问地址的时候解引用直接访问地址，效果与结构体访问相同。

DMA 配置与编程思路

• 数组定义：定义源端数组 data a 和目的数组 data b，用于 DMA 数据转运测试。

• 模块添加：在 system 里添加 my DMA 模块，防止与库函数重复。

• 初始化函数：在 my DMA 模块中创建初始化函数 void my DMA init (void)，初始化步骤包括开启时钟、配置参数、使能通道等。

• 库函数介绍：介绍 DMA 相关库函数，如 deinit、init、cmdid、itconfig 等，用于配置和控制 DMA。

• 参数配置：通过结构体配置 DMA 初始化参数，包括外设和存储器站点的起始地址、数据宽度、地址是否自增、传输方向、缓冲区大小、传输模式、触发方式、通道优先级等。

• 工作条件：DMA 转运需满足传输计数器大于 0、有触发信号、DMA 使能三个条件。

DMA 代码实现与测试

• 函数声明与调用：在头文件声明相关函数，在 main.c 中调用 my DMA init 函数初始化 DMA，传入源端地址、目的地址和传输次数参数。

• 数据显示：转运前后通过 OLED 显示 data a 和 data b 的内容，验证数据转运效果。

• 再次转运：编写 void my DMA transfer (void) 函数，重新给传输计数器赋值，实现再次转运功能。

• 等待转运完成：使用 DMA 的标志位函数等待转运完成，并清除标志位。

• Flash 数据转运：将 data a 定义为 const 常量存储在 Flash 中，验证 Flash 到 SRAM 的数据转运。

DMA模块主要代码

// MyDMA.c#include "stm32f10x.h"                  // Device header//设置DMA的传输计数器的次数
uint16_t MyDMA_Size;void MyDMA_Init(uint32_t ARR1, uint32_t ARR2, uint16_t Size)
{MyDMA_Size = Size;//1.开始DMA1时钟 , 挂载在AHB总线上RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);//2.初始化DMADMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;//外设基地址，这里地址为32位DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = ARR1;//配置传输数据的位数 全字 32位DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word;//内存递增配置DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable;DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = ARR2;DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Word;DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//传输计数器 次数DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = MyDMA_Size;//传输方向  外设寄存器作为源头DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//配置触发方式 使能就是软件触发 否则就是 硬件触发 DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;//模式配置 配置是否循环 就是是否数据重装DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStruct);//如果传输完成要使用中断，就配置 ifconfig函数，然后再配置nvic就可以了//这里不使用中断//配置 DMA1 总开关//要注意 在进行配置传输寄存器时，要将总开关关掉DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);
}//每调用一次就数据传输一次
void MyDMA_Transfrom(void)
{DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);//因为初始化没有打开数据传输的总开关DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1, MyDMA_Size);//使能总开关DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);//数据传输也需要时间，所以要查看标志位、while(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1) == RESET);//之前都是自动清除，这个要手动清除DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);
}