文章目录

1. DMA概述

2. 存储器映像

3. DMA框架图

4. DMA请求

5. 数据宽度与对齐

6. DMA数据转运

7. ADC扫描模式和DMA

8. 代码示例

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1. DMA概述

DMA（Direct Memory Access）可以直接访问STM32内部的存储器，DMA是一种技术，允许外设和存储器之间直接传输数据，而无需通过CPU进行数据搬运。这种技术大大提高了数据传输效率，减少了CPU的负担，使CPU能够专注于其他计算任务。

STM32系列一共有12个独立可配置的通道： DMA1（7个通道）， DMA2（5个通道）。但是在STM32F103C8T6中，只有一个个DMA1控制器。每个通道都可以配置为不同的外设或存储器数据传输。

例如：DMA1的通道1可以配置为ADC（模数转换器）数据传输通道，DMA1的通道2可以配置为USART（通用同步/异步收发器）数据传输通道等。

• 软件触发：可以通过编程控制DMA的启动，例如在需要传输数据时，通过软件命令触发DMA操作。
• 硬件触发：一些外设（例如ADC转换完成、USART接收到数据）可以配置为在特定事件发生时自动触发DMA进行数据传输。这种硬件触发机制可以进一步提高系统的实时性能。

2. 存储器映像

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。这个区域主要用于存储用户的应用程序代码，通常是通过编程器或BootLoader进行烧录。
	0x1FFF F000	系统存储器	存储BootLoader，用于串口下载。这个区域包含了STM32内部的系统启动加载程序，用户可以通过串口等方式下载新程序。
	0x1FFF F800	选项字节	存储一些独立于程序代码的配置参数。这些配置参数包括读保护、写保护等安全设置。
RAM	0x2000 0000	运行内存SRAM	存储运行过程中的临时变量。这个区域用于程序运行时的堆栈、全局变量、动态分配的内存等。
	0x4000 0000	外设寄存器	存储各个外设的配置参数。这个区域用于映射STM32的各个外设的寄存器地址，程序通过访问这些地址来配置和控制外设。
	0xE000 0000	内核外设寄存器	存储内核各个外设的配置参数。这个区域主要包含Cortex-M3核心的系统控制寄存器、调试接口等。

计算机系统的五大组成部分

1. 运算器：负责执行计算和逻辑操作，是计算机进行数据处理的主要部件。
2. 控制器：负责指挥和协调计算机各部分的工作，控制指令的执行顺序和操作。
3. 存储器：用于存储数据和程序，是计算机的重要组成部分，分为主存储器和辅助存储器。
4. 输入设备：用于将外部信息输入到计算机中，如键盘、鼠标、扫描仪等。
5. 输出设备：用于将计算机处理结果输出到外部，如显示器、打印机等。

存储器的分类

存储器主要分为两大类：只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。

ROM（只读存储器）：

ROM是一种非易失性存储器，即使在断电后，其内容也不会丢失。可以分为以下几种：

• 程序存储器（Flash）：主要用于存储经过编译的程序代码。一般情况下，程序从主闪存开始运行。
• 系统存储器：存储启动加载程序（BootLoader），该程序通常在芯片出厂时写入，不允许用户修改。
• 选项字节：用于存储配置数据，如Flash的读写保护设置和看门狗配置等。尽管它们也属于ROM范畴，但其存储介质也是Flash。

RAM（随机存储器）：

RAM是一种易失性存储器，断电后其内容会丢失。主要分为以下几种用途：

• 运行内存（SRAM）：用于存储程序中定义的变量、数组和结构体等临时数据。
• 外设寄存器：用于存储初始化各个外设的配置数据，以及外设运行时读写的数据。这些寄存器的存储介质也是SRAM。
• 内核外设：例如NVIC（中断控制器）和SysTick（系统定时器）的存储器，这些也是用来控制和管理计算机的外设功能。

3. DMA框架图

 左上角是Cortex-M3内核，其中包含了CPU和内核外设，其他部分可以视为存储器。Flash是主闪存，SRAM是运行内存，各个外设可以看成寄存器，它们也是一种SRAM存储器。寄存器是一种特殊的存储器，CPU可以像读写内存一样对寄存器进行操作。同时，寄存器的每一位连接着控制外设电路的导线，用于控制引脚的高低电平、导通和断开等。寄存器是软件与硬件的桥梁，通过读写寄存器，软件实际上在控制硬件。

为了高效管理存储器，设计了一个总线矩阵。总线矩阵的左边是主动单元（具有存储器访问权），右边是被动单元（只能被动读取）。内核中有DCode总线（专门访问Flash）和系统总线（访问其他存储器）。DMA作为主动单元，也需要总线访问权，有自己的总线（DMA1和DMA2），它们分别有7个和5个通道，负责设置数据的源地址和目标地址。仲裁器决定通道的优先级，确保公平访问。

在总线矩阵中，如果DMA和CPU同时访问同一目标，DMA会暂停CPU的访问，但总线仲裁器会保证CPU得到一半的总线带宽。DMA本身也有自己的配置寄存器，连接在AHB总线上，因此DMA既是主动单元也可以作为被动单元接受访问。DMA请求是硬件触发信号，用于在ADC转换完成或串口接收到数据时，触发DMA进行数据转运。

Flash是ROM的一种，通过总线直接访问时，无论是CPU还是DMA，都只能读取数据，不能写入。如果DMA的目标地址是Flash区域，会导致转运错误。写入Flash需要通过接口控制器，先擦除再写入数据。

DMA的数据转运可以从外设到存储器，也可以从存储器到外设，还可以在存储器之间进行。每个站点（外设或存储器）有三个参数：

1. 起始地址：包括外设端的起始地址和存储器端的起始地址，决定数据从哪里来，到哪里去。
2. 数据宽度：指定一次转运的数据宽度，可以是字节（8位），半字（16位），或字（32位）。例如，ADC的数据为16位（uint16_t），因此应选择半字。
3. 地址自增：决定每次转运后，地址是否移动到下一个位置。例如，在ADC扫描模式下，外设地址不需自增，而存储器地址需要自增，以防止数据覆盖。

传输计数器与自动重装器

• 传输计数器：指定总共转运的次数，是一个自减计数器。例如，设置为5，则DMA只能转运5次，每次转运后计数器减1。当计数器减到0后，DMA停止转运，并恢复到起始地址。
• 自动重装器：决定计数器减到0后是否自动恢复到初始值。如果使用自动重装器，DMA会在计数器减到0后自动重装初始值，实现循环模式；否则是单次模式。

DMA触发控制

DMA的触发源有硬件触发和软件触发，通过M2M参数选择。当M2M为1时，使用软件触发，DMA以最快速度连续不断地触发，直到传输计数器清0。软件触发和循环模式不能同时使用，因为软件触发清零后不重装，循环模式清零后自动重装。

当M2M为0时，使用硬件触发，常用于与外设有关的转运。例如，ADC转换完成、串口接收到数据或定时时间到时，硬件触发DMA进行转运。

DMA启用条件

DMA准备进行转运的条件包括：

1. 开关控制：DMA_Cmd必须使能。
2. 传输计数器：必须大于0。
3. 触发源：必须有触发信号。每次触发，传输计数器自减1。当计数器等于0且无自动重装时，DMA停止转运。此时，需要禁用DMA（DMA_Cmd给DISABLE），重设传输计数器，然后重新启用DMA（DMA_Cmd给ENABLE），才能继续工作。写传输计数器时，必须先关闭DMA，再进行设置。

4. DMA请求

 这张图显示了DMA1的请求映像，其中包括DMA的7个通道。每个通道都有一个数据选择器，可以选择硬件触发或软件触发。左边列出了硬件触发源，每个通道的硬件触发源是不同的。例如：

• 若要选择ADC1来触发，则必须选择通道1。
• 若要选择TIM2的更新事件来触发，则必须选择通道2。

每个通道的硬件触发源是固定的，所以要使用某个硬件触发源，就必须使用其对应的通道。而如果使用软件触发，则可以任意选择通道。

硬件触发与软件触发

• 硬件触发：每个硬件触发源对应固定的通道。例如，使用ADC1作为触发源时，需要调用库函数ADC_DMACmd来开启ADC1的DMA输出。同理，使用定时器2的通道3时，需要使用TIM_DMACmd函数来控制DMA输出。具体选择哪个触发源，取决于你开启了哪个外设的DMA输出。

• 软件触发：软件触发时，通道选择是任意的，不受硬件触发源的限制。

优先级仲裁

这7个触发源进入仲裁器，进行优先级判断，最终产生内部的DMA1请求。默认情况下，通道号越小，优先级越高。但是，这个优先级可以在程序中进行配置。

5. 数据宽度与对齐

第一列表示源端宽度，第二列表示目标宽度，第三列表示传输数量。以下是不同情况下的操作：

源端宽度和目标宽度都是8位

• 源端0位置读数据B0，目标0位置写数据B0。

• 依次将B1、B2、B3从源端挪到目标端。

源端宽度8位，目标宽度16位

• 源端读取B0，目标写入00B0。

• 源端读取B1，目标写入00B1，依此类推。

• 目标宽度大于源端宽度时，目标数据前面多出来的空位补0。

源端宽度8位，目标宽度32位

• 类似地，源端读取8位数据，目标写入32位数据时，前面空位补0。

源端宽度16位，目标宽度8位

• 源端读取B1B0，只写入B0，舍弃高位B1。

• 源端读取B3B2，只写入B2，舍弃高位B3。

总结

• 当目标宽度大于源端宽度时，目标数据前面空位补0。

• 当目标宽度小于源端宽度时，舍弃多余的高位数据。

• 当源端和目标宽度相同时，数据直接传输，无需额外处理。

6. DMA数据转运

将SRAM中的数组DataA转运到另一个数组DataB中，参数配置如下：

• 外设地址：DataA数组的首地址

• 存储器地址：DataB数组的首地址

• 数据宽度：两个数组的类型都是uint8_t，所以数据宽度为8位（字节）传输

• 地址自增：

  • 如果两个站点的地址都自增，转运完成后，DataB数组的所有数据将与DataA数组相同。
  • 如果源地址（DataA）不自增，而目标地址（DataB）自增，转运完成后，DataB的所有数据都会等于DataA[0]。
  • 如果源地址（DataA）自增，而目标地址（DataB）不自增，DataB[0]将等于DataA的最后一个数，DataB的其他数据保持不变。
  • 如果两个地址都不自增，DataA[0]转到DataB[0]，其他数据不变。

• 方向参数：从外设站点（DataA）转运到存储器站点（DataB）。

• 传输计数器：设置为7，不需要自动重装。

• 触发选择：选择软件触发。

最后，调用DMA_Cmd使能DMA，转运7次后，传输计数器减到0，DMA停止，转运完成。需要注意的是，这种数据转运是一种复制转运，转运完成后DataA的数据不会消失。

7. ADC扫描模式和DMA

左边展示的是ADC扫描模式下的转运流程。每次触发后，7个通道依次进行AD转换，并将转换结果存放在ADC_DR寄存器中。每个通道转换完成后，进行一次DMA数据转运，同时自增目标地址，防止数据覆盖。

DMA配置

1. 外设地址：设置为ADC_DR寄存器的地址。
2. 存储器地址：在SRAM中定义一个数组ADValue，并将其地址作为存储器地址。
3. 数据宽度：因为ADC_DR和SRAM数组都使用uint16_t数据类型，数据宽度设置为16位（半字）传输。
4. 地址自增：
   • 外设地址不自增。
   • 存储器地址自增。
5. 传输方向：从外设站点（ADC_DR）到存储器站点（ADValue数组）。
6. 传输计数器：设置为7，与通道数量相同。
7. 自动重装：根据ADC的配置决定。
   • 如果ADC是单次扫描，DMA传输计数器不需要自动重装，完成一次转换后停止。
   • 如果ADC是连续扫描，DMA可以选择自动重装，在ADC启动下一轮转换时，DMA也启动下一轮转运，使ADC和DMA同步工作。
8. 触发选择：选择ADC的硬件触发。ADC扫描模式在单个通道完成转换后，不会置任何标志位或产生中断，但会产生DMA请求，触发DMA转运。

8. 代码示例

STM32基于DMA数据转运和AD多通道

STM32基于DMA数据转运和AD多通道-CSDN博客