DMA原理和应用

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：