DMA(Direct Memory Access, 直接存储区访问)，用于 外设与存储器之间、 存储器与存储器之间的高速数据传输。其最主要的特点是 不占用CPU资源。

当我们需要将一个外设的数据转存到存储器中时，我们可以通过CPU读取外设数据并向存储器发送。当程序越来越庞大，功能越来越多的时候，这样直接使用CPU传输数据的方式就不太合适了。

原先使用的是红线1的方式，有了DMA之后可以通过黑线2 的方式传输数据。CPU只需要向DMA发送指令DMA即可开始工作。大大减少了程序对CPU的占用。

一、功能框图

STM32F4有两个DMA控制器，每个DMA有8个数据流，每个数据流总共可以有8个通道，每个通道都有一个仲裁器，用于处理DMA请求间的优先级

通道选择

DMA 控制器会通过 DMA 数据流 x 的配置寄存器 DMA_SxCR(x 为 0~7，对应 8 个 DMA数据流) 的 CHSEL[2:0] 位选择对应的通道作为该数据流的目标外设。

但并不是每个通道都可以连接到所有的外设或者存储器，具体对应如下：

DMA2各个通道的请求映像

比如我们要使用DMA2的数据流0，通道0，即ADC1，那DMA_S0CR设置为000，那么DMA2的数据流0只能使用ADC1，其他七个通道都被关闭。

仲裁器

一个 DMA 控制器对应 8 个数据流，数据流包含要传输数据的源地址、目标地址、数据等等信息。如果我们需要同时使用同一个 DMA 控制器 (DMA1 或 DMA2) 多个外设请求时，那必然需要同时使用多个数据流，那究竟哪一个数据流具有优先传输的权利呢？这就需要仲裁器来管理判断了。

仲裁器管理数据流方法分为两个阶段。

• 第一阶段属于软件阶段，我们在配置数据流时可以通过寄存器设定它的优先级别，具体配置 DMA_SxCR 寄存器 PL[1:0] 位，可以设置为非常高、高、中和低四个级别。

• 第二阶段属于硬件阶段，如果两个或以上数据流软件设置优先级一样，则他们优先级取决于数据流编号，编号越低越具有优先权，比如数据流 2 优先级高于数据流 3。

FIFO

1. FIFO: First in First out

每个数据流都独立拥有四级 32 位 FIFO(先进先出存储器缓冲区)。DMA 传输具有 FIFO 模式和直接模式。

• 直接模式在每个外设请求都立即启动对存储器传输。在直接模式下，如果 DMA 配置为存储器到外设传输那 DMA 会见一个数据存放在 FIFO 内，如果外设启动 DMA 传输请求就可以马上将数据传输过去。

• FIFO 用于在源数据传输到目标地址之前临时存放这些数据。可以通过 DMA 数据流 xFIFO 控制寄存器 DMA_SxFCR 的 FTH[1:0] 位来控制 FIFO 的阈值，分别为 1/4、1/2、3/4 和满。如果数据存储量达到阈值级别时，FIFO 内容将传输到目标中。

2. FIFO作用：

• FIFO 对于要求源地址和目标地址数据宽度不同时非常有用，比如源数据是源源不断的字节数据，而目标地址要求输出字宽度（一个字，在32位系统里是4字节）的数据，即在实现数据传输时同时把原来 4 个 8 位字节的数据拼凑成一个 32 位字数据。此时使用 FIFO 功能先把数据缓存起来，分别根据需要输出数据。

• FIFO 另外一个作用使用于突发 (burst) 传输。

参考链接：一文看懂FIFO - 知乎 (zhihu.com)

端口

DMA的两侧的端口用于连接源地址和目标地址，可以连接外设和存储器。传输模式有以下三种

• 外设到存储器

• 存储器到外设

• 存储器到存储器

• DMA 控制器实现双 AHB 主接口，更好利用总线矩阵和并行传输。DMA 控制器通过存储器端口和外设端口与存储器和外设进行数据传输，关系见图两个 DMA 控制器系统实现 。DMA 控制器的功能是快速转移内存数据，需要一个连接至源数据地址的端口和一个连接至目标地址的端口。

• DMA2(DMA 控制器 2) 的存储器端口和外设端口都是连接到 AHB 总线矩阵，可以使用 AHB 总线矩阵功能。DMA2 存储器和外设端口可以访问相关的内存地址，包括有内部 Flash、内部 SRAM、AHB1 外设、AHB2 外设、APB2 外设和外部存储器空间。

DMA1 的存储区端口相比 DMA2 的要减少 AHB2 外设的访问权，同时 DMA1 外设端口是没有连接至总线矩阵的，只有连接到 APB1 外设，所以 DMA1 不能实现存储器到存储器传输。

二、DMA模式配置

DMA模式有下面这些组合状况：

1. 传输模式

三种传输模式

• 外设到存储器

• 存储器到外设

• 存储器到存储器

DMA2支持三种传输模式，DMA1只支持外设到存储器、存储器到外设

模式选择可以通过 DMA_SxCR 寄存器的 DIR[1:0] 位控制，进而将 DMA_SxCR 寄存器的 EN 位置 1 就可以使能 DMA 传输。在 DMA_SxCR 寄存器的 PSIZE[1:0] 和 MSIZE[1:0] 位分别指定外设和存储器数据宽度大小，可以指定为字节 (8 位)、半字 (16 位) 和字 (32 位)，我们可以根据实际情况设置。直接模式要求外设和存储器数据宽度大小一样，实际上在这种模式下 DMA 数据流直接使用 PSIZE，MSIZE 不被使用。

2. 源地址和目标地址

DMA 数据流 x 外设地址 DMA_SxPAR(x 为 0~7) 寄存器用来指定外设地址，它是一个 32 位数据有效寄存器。DMA 数据流 x 存储器 0 地址DMA_SxM0AR(x 为 0~7) 寄存器和 DMA 数据流 x 存储器 1 地址 DMA_SxM1AR(x 为 0~7) 寄存器用来存放存储器地址，其中 DMA_SxM1AR 只用于双缓冲模式，DMA_SxM0AR 和 DMA_SxM1AR 都是 32 位数据有效的。

• 当选择外设到存储器模式时，即设置DMA_SxCR 寄存器的 DIR[1:0] 位为“00”，DMA_SxPAR 寄存器为外设地址，也是传输的源地址，DMA_SxM0AR 寄存器为存储器地址，也是传输的目标地址。

• 对于存储器到存储器传输模式，即设置 DIR[1:0] 位为“10”时，采用与外设到存储器模式相同配置。

• 而对于存储器到外设模式，即设置 DIR[1:0] 位为“01”时，DMA_SxM0AR 寄存器作为源地址，DMA_SxPAR 寄存器作为目标地址。

3. 流控制器

流控制器主要用于控制DMA的停止。DMA 传输在 DMA_SxCR 寄存器的 EN 位被置 1 后就进入准备传输状态，如果有外设请求 DMA 传输就可以进行数据传输。很多情况下，我们明确知道传输数据的数目，比如要传 1000 个或者 2000 个数据，这样我们就可以在传输之前设置 DMA_SxNDTR 寄存器为要传输数目值，DMA 控制器在传输完这么多数目数据后就可以控制DMA 停止传输

DMA 数据流 x 数据项数 DMA_SxNDTR(x 为 0~7) 寄存器用来记录当前仍需要传输数目，它是一个 16 位数据有效寄存器，即最大值为 65535，这个值在程序设计是非常有用也是需要注意的地方。我们在编程时一般都会明确指定一个传输数量，在完成一次数目传输后 DMA_SxNDTR 计数值就会自减，当达到零时就说明传输完成。

如果某些情况下在传输之前我们无法确定数据的数目，那 DMA 就无法自动控制传输停止了，此时需要外设通过硬件通信向 DMA 控制器发送停止传输信号。这里有一个大前提就是外设必须是可以发出这个停止传输信号，只有 SDIO 才有这个功能，其他外设不具备此功能。

4. 循环模式

循环模式相对应于一次模式。一次模式就是传输一次就停止传输，下一次传输需要手动控制，而循环模式在传输一次后会自动按照相同配置重新传输，周而复始直至被控制停止或传输发生错误。常用于ADC数据的转移。

通过 DMA_SxCR 寄存器的 CIRC 位可以使能循环模式。

5. 传输类型

DMA 传输类型有单次 (Single) 传输和突发 (Burst) 传输。

6. 直接模式

默认情况下，DMA 工作在直接模式，不使能 FIFO 阈值级别。

直接模式在每个外设请求都立即启动对存储器传输的单次传输。直接模式要求源地址和目标地址的数据宽度必须一致，所以只有 PSIZE 控制，而 MSIZE 值被忽略。突发传输是基于 FIFO 的所以直接模式不被支持。另外直接模式不能用于存储器到存储器传输。在直接模式下，如果 DMA 配置为存储器到外设传输那 DMA 会见一个数据存放在 FIFO 内，如果外设启动 DMA 传输请求就可以马上将数据传输过去。

7. 双缓冲模式

双缓冲模式下，两个存储器地址指针都有效，即 DMA_SxM1AR寄存器将被激活使用。开始传输使用 DMA_SxM0AR 寄存器的地址指针所对应的存储区，当这个存储区数据传输完 DMA 控制器会自动切换至 DMA_SxM1AR 寄存器的地址指针所对应的另一块存储区，如果这一块也传输完成就再切换至 DMA_SxM0AR 寄存器的地址指针所对应的存储区，这样循环调用。

双缓冲模式的注意事项

• 设置 DMA_SxCR 寄存器的 DBM 位为 1 可启动双缓冲传输模式，并自动激活循环模式。

• 双缓冲不能用与存储器到存储器的传输。

8.DMA中断事件

每个 DMA 数据流可以在发送以下事件时产生中断：

1. 达到半传输：DMA 数据传输达到一半时 HTIF 标志位被置 1，如果使能 HTIE 中断控制位将产生达到半传输中断；

2. 传输完成：DMA 数据传输完成时 TCIF 标志位被置 1，如果使能 TCIE 中断控制位将产生传输完成中断；

3. 传输错误：DMA 访问总线发生错误或者在双缓冲模式下试图访问“受限”存储器地址寄存器时 TEIF 标志位被置 1，如果使能 TEIE 中断控制位将产生传输错误中断；

4. FIFO 错误：发生 FIFO 下溢或者上溢时 FEIF 标志位被置 1，如果使能 FEIE 中断控制位将产生FIFO 错误中断；

5. 直接模式错误：在外设到存储器的直接模式下，因为存储器总线没得到授权，使得先前数据没有完成被传输到存储器空间上，此时 DMEIF 标志位被置 1，如果使能 DMEIE 中断控制位将产生直接模式错误中断。

三、程序设计

1. DMA初始化结构体

typedef struct {
    uint32_t DMA_Channel; //通道选择
    uint32_t DMA_PeripheralBaseAddr; //外设地址
    uint32_t DMA_Memory0BaseAddr; //存储器 0 地址
    uint32_t DMA_DIR; //传输方向
    uint32_t DMA_BufferSize; //数据数目
    uint32_t DMA_PeripheralInc; //外设递增
    uint32_t DMA_MemoryInc; //存储器递增
    uint32_t DMA_PeripheralDataSize; //外设数据宽度
    uint32_t DMA_MemoryDataSize; //存储器数据宽度
    uint32_t DMA_Mode; //模式选择
    uint32_t DMA_Priority; //优先级
    uint32_t DMA_FIFOMode; //FIFO 模式
    uint32_t DMA_FIFOThreshold; //FIFO 阈值
    uint32_t DMA_MemoryBurst; //存储器突发传输
    uint32_t DMA_PeripheralBurst; //外设突发传输
} DMA_InitTypeDef;

1. DMA_Channel：DMA 请求通道选择，可选通道 0 至通道 7，每个外设对应固定的通道，具体设置值需要查表 DMA1 各个通道的请求映像 和表 DMA2 各个通道的请求映像 ；它设定 DMA_SxCR寄存器的 CHSEL[2:0] 位的值。例如，我们使用模拟数字转换器 ADC3 规则采集 4 个输入通道的电压数据，查表 DMA2 各个通道的请求映像 可知使用通道 2。

2. DMA_PeripheralBaseAddr：外设地址，设定 DMA_SxPAR 寄存器的值；一般设置为外设的数据寄存器地址，如果是存储器到存储器模式则设置为其中一个存储区地址。ADC3 的数据寄存器ADC_DR 地址为 ((uint32_t)ADC3+0x4C)。

3. DMA_Memory0BaseAddr：存储器 0 地址，设定 DMA_SxM0AR 寄存器值；一般设置为我们自定义存储区的首地址。我们程序先自定义一个 16 位无符号整形数组 ADC_ConvertedValue[4]用 来 存 放 每 个 通 道 的 ADC 值， 所 以 把 数 组 首 地 址 (直 接 使 用 数 组 名 即 可) 赋 值 给DMA_Memory0BaseAddr。

4. DMA_DIR：传输方向选择，可选外设到存储器、存储器到外设以及存储器到存储器。它设定DMA_SxCR 寄存器的 DIR[1:0] 位的值。ADC 采集显然使用外设到存储器模式。

5. DMA_BufffferSize：设定待传输数据数目，初始化设定 DMA_SxNDTR 寄存器的值。这里 ADC是采集 4 个通道数据，所以待传输数目也就是 4。

6. DMA_PeripheralInc：如果配置为 DMA_PeripheralInc_Enable，使能外设地址自动递增功能，它设定 DMA_SxCR 寄存器的 PINC 位的值；一般外设都是只有一个数据寄存器，所以一般不会使能该位。ADC3 的数据寄存器地址是固定并且只有一个所以不使能外设地址递增。

7. DMA_MemoryInc：如果配置为 DMA_MemoryInc_Enable，使能存储器地址自动递增功能，它设定 DMA_SxCR 寄存器的 MINC 位的值；我们自定义的存储区一般都是存放多个数据的，所以使能存储器地址自动递增功能。我们之前已经定义了一个包含 4 个元素的数字用来存放数据，使能存储区地址递增功能，自动把每个通道数据存放到对应数组元素内。

8. DMA_PeripheralDataSize：外设数据宽度，可选字节 (8 位)、半字 (16 位) 和字 (32 位)，它设定DMA_SxCR 寄存器的 PSIZE[1:0] 位的值。ADC 数据寄存器只有低 16 位数据有效，使用半字数据宽度。

9. DMA_MemoryDataSize：存储器数据宽度，可选字节 (8 位)、半字 (16 位) 和字 (32 位)，它设定DMA_SxCR 寄存器的 MSIZE[1:0] 位的值。保存 ADC 转换数据也要使用半字数据宽度，这跟我们定义的数组是相对应的。

10. DMA_Mode：DMA 传输模式选择，可选一次传输或者循环传输，它设定 DMA_SxCR 寄存器的 CIRC 位的值。我们希望 ADC 采集是持续循环进行的，所以使用循环传输模式。

11. DMA_Priority：软件设置数据流的优先级，有 4 个可选优先级分别为非常高、高、中和低，它设定 DMA_SxCR 寄存器的 PL[1:0] 位的值。DMA 优先级只有在多个 DMA 数据流同时使用时才有意义，这里我们设置为非常高优先级就可以了。

12. DMA_FIFOMode：FIFO 模式使能，如果设置为 DMA_FIFOMode_Enable 表示使能 FIFO 模式功能；它设定 DMA_SxFCR 寄存器的 DMDIS 位。ADC 采集传输使用直接传输模式即可，不需要使用 FIFO 模式。

13. DMA_FIFOThreshold：FIFO 阈值选择，可选 4 种状态分别为 FIFO 容量的 1/4、1/2、3/4 和满；它设定 DMA_SxFCR 寄存器的 FTH[1:0] 位；DMA_FIFOMode 设置为 DMA_FIFOMode_Disable，那 DMA_FIFOThreshold 值无效。ADC 采集传输不使用 FIFO 模式，设置改值无效。

14. DMA_MemoryBurst：存储器突发模式选择，可选单次模式、4 节拍的增量突发模式、8 节拍的增量突发模式或 16 节拍的增量突发模式，它设定 DMA_SxCR 寄存器的 MBURST[1:0] 位的值。ADC 采集传输是直接模式，要求使用单次模式。

15. DMA_PeripheralBurst：外设突发模式选择，可选单次模式、4 节拍的增量突发模式、8 节拍的增量突发模式或 16 节拍的增量突发模式，它设定 DMA_SxCR 寄存器的 PBURST[1:0] 位的值。ADC 采集传输是直接模式，要求使用单次模式。