DMA的认识

DMA介绍

Q: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：

就是一个 数据搬运工 ！！

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）。

搬运什么数据？

存储器、外设

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

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）。

DMA 控制器

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。

DMA的通道优先级

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

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。

这里有两种情况：

第一种情况，每次传输之后，源和目标都需要指针移位：

第二种情况，每次传输之后，源需要指针移位而目标不需要（源数据发送给目标地址后，目标地址输出到外设上），比如目标是串口发送/接收寄存器时：

实验1 从内存到内存的搬运

需求

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

使用到的库函数

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）

CubeMx

1.常规配置

SYS->Debug->Serial Wire

RCC->High Speed Clock(HSE)->Crystal/Ceramic Resonator

时钟树HSE、PLLCLK打开，HCLK设置成72MHz、

3.创建代码

Keil

1. 打开Micro-LIB

2.程序代码

1. 开启数据传输
2. 等待数据传输完成
3. 打印数组内容

#include "stdio.h"

#define SIZE 16
 
uint32_t srcBuff[SIZE] = {
0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
}; // 源数组，每个元素4个字节，32位
 
uint32_t desBuff[SIZE]; //目标数组

int fputc(int ch, FILE *f)
{
	unsigned char temp[1]={ch};
	HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);
	return ch;
}


int main(void)
{
	HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1, (uint32_t)srcBuff, (uint32_t)desBuff,sizeof(uint32_t)*SIZE); // 开启数据传输 其实srcBfuf和desBuff已经是这个类型了，但是还是需要强转来消除警告
	while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET); // 等待数据传输完成
	for (i = 0; i < SIZE; i++){ // 打印数组内容
		printf("Buff[%d] = %X\r\n", i, desBuff[i]);
	}

  while (1)
  {

  }

}

uint32_t 在大多数系统中占据 4 个字节（32 位）。由于在 C 和 C++ 中，一个字节被定义为 8 位，因此 uint32_t 类型占据了 4 个字节，即 32 位。

使用 uint32_t 作为DMA传输的源数组和目标数组的类型是基于特定的需求和硬件约束。

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是计算机系统中的一种数据传输技术，它允许外设（如网络适配器、磁盘控制器等）直接和系统内存进行数据传输，而不需要CPU的干预。为了实现高效的DMA传输，源数组和目标数组的类型需要满足以下要求：

内存对齐：许多DMA控制器要求数据在内存中按特定的方式对齐，通常是按字节对齐或者按特定的字节宽度对齐。uint32_t 类型通常是32位宽度，可以满足大多数DMA控制器对于内存对齐的要求。

数据宽度：DMA传输通常是按字节、半字（16位）或全字（32位）进行的。使用 uint32_t 类型作为源数组和目标数组的类型，可以保证传输的数据宽度与DMA控制器的要求相匹配，从而实现高效的数据传输。

数据表示范围：如果源数据或目标数据的取值范围超过了 uint32_t 类型所能表示的范围，那么使用 uint32_t 类型可能会导致数据截断或溢出。因此，在选择数据类型时，需要确保数据的表示范围不会超过 uint32_t 类型的范围。

需要注意的是，具体使用哪种数据类型作为源数组和目标数组的类型取决于DMA控制器和所用硬件的要求。在实际应用中，应该仔细查阅相关的硬件文档和编程手册，以确定正确的数据类型。

实验结果

实验2 从内存到外设的搬运

需求

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。

使用到的库函数

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）

CubeMX

1.常规配置

SYS->Debug->Serial Wire

RCC->High Speed Clock(HSE)->Crystal/Ceramic Resonator

时钟树HSE、PLLCLK打开，HCLK设置成72MHz

打开LED的GPIO PB8

打开uart1

2.选择左侧的DMA，然后这次就在右侧出现的DMA侧，在左下角选择ADD，然后选择USART1_TX：

2.1 再上图下方依然可以设置模式，是否指针偏移，数据宽度，可见，外设不需要指针偏移，因为一直指向串口的发送寄存器 （上述传输数据第二种情况）

3.创建工程，生成代码

Keil

#define SIZE 1000

//待发送数据
uint8_t sendBuff[SIZE] = {0};

int main(void)
{

	int i = 0;

	// 准备数据
	for(i = 0; i<SIZE;i++){
		sendBuff[i] = 'a';
	}
	
	//将数据通过串口DMA发送
	HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,sendBuff,SIZE);

  while (1)
  {
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);
		HAL_Delay(100);
  }
}

实现效果

串口助手中：

可见，成功收到了由内存搬运来的1000个A（如果想让串口一直发送数据，则在CubeMx设置DMA为circular模式）即可

同时，单片机上的LED不断闪烁，从软件层面来理解就是，“数据发送到串口” 这一个数据搬运的动作不再由CPU负责（CPU负责闪烁LED1），而是由DMA负责

实验3 从外设到内存的搬运

需求

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。

使用到的库函数

__HAL_UART_ENABLE_IT //开启串口的空闲IDLE中断
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 //使能DMA的接收中断
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 //获取串口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 //清除串口Flag
#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 //关闭DMA
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 //获取未传输的数据的大小
#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

CubeMX

1.常规配置

SYS->Debug->Serial Wire

RCC->High Speed Clock(HSE)->Crystal/Ceramic Resonator

时钟树HSE、PLLCLK打开，HCLK设置成72MHz

打开LED的GPIO PB8

打开uart1

2. 选择左侧的DMA，然后这次就在右侧出现的DMA侧，在左下角选择ADD，然后选择USART1_RX 和 USART1_TX

依然要开启 USART1_TX 的原因是：本次实验是从外设（串口）搬运数据到内存，但是我不知道我有没有成功把数据搬到内存，所以还需要再使用上个实验的方法，把内存的数据再搬回串口，以查看程序是否正确运行！

2.1 再上图下方依然可以设置模式，是否指针偏移，数据宽度，可见，外设不需要指针偏移，因为一直指向串口的发送寄存器

2.2 此时打开NVIC设置，可以看到，DMA的中断已经自动打开了，在程序中只需要使能一下就可以使用：

3.生成代码

Keil

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。

main.c

uint8_t rcvBuff[SIZE] = {0};//接收数据缓存数组
uint8_t rcvLen = 0;				//接收一帧数据的长度


int main(void)
{
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);  //使能IDLE空闲中断
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuff,SIZE);//使能DMA接收中断

  while (1)
  {
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);
	HAL_Delay(100);

  }

}

main.h

#define SIZE 100

stm32f1xx_it.c

extern uint8_t rcvBuff[SIZE];//接收数据缓存数组
extern uint8_t rcvLen;				//接收一帧数据的长度

void USART1_IRQHandler(void)
{

	if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) == SET)){		//判断IDLE标志位
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);  //清除IDLE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 = SIZE - temp;//计算数据长度
		HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,rcvBuff,rcvLen);//通过DMA发送数据
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuff,SIZE);//开启DMA传输，开始下一帧接收
	}
}

为什么要把代码写在 USART1_IRQHandler() 中，而不像之前那样继续跳转找到 HAL_UART_RxCpltCallback 接收中断回调函数并在main.c中重写呢？

参考产品手册P538：

可见，能触发串口中断的事件有很多，其中就有“检测到空闲线路”这个事件，也就是串口的空闲中断，问题在于：HAL库中没有封装针对串口空闲中断的回调函数！

反观之前串口的流程图：（走的是接收数据就绪完成）

所有串口中断，只要使能之后，一旦发生对应事件触发中断，就会进入中断处理函数，然后进入HAL库的中断处理函数，在HAL库的中断处理函数中判断是什么中断从而跳转到对应的回调函数，对于上图来说，发生的是接收完成的中断，因此会调用接收完成的回调函数，但是由于HAL库没有封装空闲中断的回调函数，所以肯定不能把对应代码写在接收完成回调函数里！

解决方式1：简单粗暴，既然所有中断都会进入最开始的中断处理函数，且现在中断触发后要执行的代码也不是很复杂，那就可以直接把代码写在void USART1_IRQHandler()

解决方式2：自己手动完善HAL库，添加空闲中断的回调函数，这样就可以和之前一样在main函数中重写，并把代码写在main函数重写过的回调函数里了stm32: 串口空闲中断的实现(HAL库)_为什么设备一上电就会产生一个空闲中断-CSDN博客