STM32—DMA

news2024/11/14 3:17:22

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）。
    在这里插入图片描述

搬运什么数据？

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→存储器在这里插入图片描述
    存储器→外设
    在这里插入图片描述
    外设→存储器
    在这里插入图片描述

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。
DMA1有7个通道：每个通道都有其能够搬运的外设
在这里插入图片描述
DMA2有5个通道在这里插入图片描述

DMA及通道的优先级

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

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。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述
重定向 printf 的话记得将下面这个勾打开：
在这里插入图片描述
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）
  1. __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

  1. 开启数据传输
  2. 等待数据传输完成
  3. 打印数组内容
#define BUF_SIZE 16

// 源数组

uint32_t srcBuf[BUF_SIZE] = {

 0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,

 0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,

 0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,

 0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF

};

// 目标数组

uint32_t desBuf[BUF_SIZE];

int fputc(int ch, FILE *f)
{ 
 unsigned char temp[1]={ch};

 HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff); 
 return ch;
}

main函数里：

// 开启数据传输

HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1, 
 (uint32_t)srcBuf, (uint32_t)desBuf, sizeof(uint32_t) * BUF_SIZE);

// 等待数据传输完成

while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET);

// 打印数组内容

for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++)

 printf("Buf[%d] = %X\r\n", i, desBuf[i]);

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
在这里插入图片描述
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

  1. 准备数据
  2. 将数据通过串口DMA发送
#define BUF_SIZE 1000

// 待发送的数据

unsigned char sendBuf[BUF_SIZE];

main函数里

// 准备数据

for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++)

 sendBuf[i] = 'A';

// 将数据通过串口DMA发送

HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, sendBuf, BUF_SIZE);

while (1)
{

 HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);

 HAL_Delay(100);
}

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：
在这里插入图片描述
串口中断配置
在这里插入图片描述
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
  1. 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）
  1. __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
  1. __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
  1. 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）
  1. __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
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。

有三个文件需要修改：
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 */

}

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