单片机DMA原理及应用详解（上篇）（附工程源码）

news2024/9/17 7:23:22

这篇文章详细介绍单片机的DMA原理和应用范例。希望我的分享能给你带来不一样的收获！

一、DMA简介

二、DMA原理

三、DMA中断

1. DMA中断的工作原理

2. DMA中断的优点

3. DMA中断的配置和处理

4. 应用场景

四、结语

一、DMA简介

1、DMA（Direct Memory Access）允许外设直接与内存交换数据，而无需CPU干预。它通过设置一个控制器，来管理数据传输，减少CPU负担。

2、基本原理包括：设置DMA通道、配置传输参数（如源地址、目标地址、数据大小），然后启动传输。一旦数据传输完成，DMA会产生一个中断信号通知CPU。

3、应用场景包括高速数据采集、音频处理、图像传输等。在编程实现中，需要配置DMA控制器的寄存器，设定传输模式（如内存到内存、外设到内存）以及处理DMA完成中断。

二、DMA原理

下面以STM32单片机为例来介绍：

STM32最多有2个DMA控制器，2个DMA控制器总共有16个数据流（每个控制器8个）。每个DMA控制器都用于管理一个或者多个外设的存储器访问请求。每个数据流总共可以有多达8个通道（或请求），每个通道都有一个仲裁器，用于处理DMA请求间的优先级。

DMA框图

DMA数据流

DMA事务

DMA_SxCR寄存器

1、外设到存储器模式

2、存储器到外设模式

3、存储器到存储器模式

4、仲裁器

DMA_SxCR寄存器

5、指针递增

DMA_SxCR寄存器

6、循环模式

DMA_SxCR寄存器

7、可编程数据宽度、封装/解封、字节序

8、单次传输和突发传输

9、双缓冲区模式

三、DMA中断

DMA中断（Direct Memory Access Interrupt）是DMA（直接存储器访问）控制器在完成数据传输时产生的一种中断信号。它用于通知CPU数据传输操作已经完成，可以进行后续处理或进行其他操作。下面是关于DMA中断的一些详细信息：

1. DMA中断的工作原理

初始化DMA传输：CPU配置DMA控制器，包括设置源地址、目标地址、数据传输方向、传输数据量等参数，并启用DMA通道。

开始传输：一旦配置完成，DMA控制器会开始数据传输。此时，数据从源地址传输到目标地址，DMA控制器管理这个过程。

数据传输完成：当DMA控制器完成数据传输后，它会向CPU发出一个中断请求信号。这个信号会触发CPU的中断处理机制。

中断处理：CPU响应DMA中断，执行相应的中断服务程序（ISR）。这个程序可以处理数据传输后的任务，例如数据处理、状态更新、错误处理等。

2. DMA中断的优点

减少CPU负担：DMA中断可以减少CPU直接处理数据传输的负担，使CPU可以专注于其他任务。

提高效率：数据传输不需要CPU的持续干预，因此可以提高系统的整体效率，尤其在处理大量数据时。

响应及时：DMA中断确保数据传输完成后，CPU可以立即响应，避免数据丢失或延迟。

3. DMA中断的配置和处理

在单片机或微控制器中，配置DMA中断通常涉及以下步骤：

配置DMA通道：设置DMA控制器的寄存器，包括源地址、目标地址、数据传输模式（如内存到内存、外设到内存等）。

启用DMA中断：设置DMA控制器的中断使能位，允许DMA中断产生。

编写中断服务程序（ISR）：在中断向量表中定义DMA中断服务程序。这个程序会在DMA传输完成后被执行，进行后续的数据处理或其他操作。

中断优先级和处理：配置中断优先级（如果适用）和处理中断的逻辑，以确保系统稳定运行。

4. 应用场景

高速数据传输：例如，从ADC（模数转换器）读取数据并存储到内存中。

实时系统：在需要快速响应外设数据的应用中，DMA中断能确保及时处理数据。

多媒体处理：音频和视频数据的实时处理和传输。