1）实验平台：正点原子stm32f103战舰开发板V4
2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294757420
3）全套实验源码+手册+视频下载地址： http://www.openedv.com/thread-340252-1-1.html#
第二十九章 DMA实验
本章，我们将介绍STM32F103的DMA。我们将利用DMA来实现串口数据传送，并在LCD模块上显示当前的传送进度。
本章分为如下几个小节：
29.1 DMA简介
29.2 硬件设计
29.3 程序设计
29.4 下载验证
29.1 DMA简介
DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问。DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，能使CPU的效率大为提高。
STM32F103内部有2个DMA控制器(DMA2仅存大容量产品中)，DMA1有7个通道。DMA2有5个通道。每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。还有一个仲裁器来协调各个DMA请求的优先权。
STM32F103的DMA有以下一些特性：
●每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求，每个通道都同样支持软件触发。这些功能通过软件来配置。
●在七个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级：很高、高、中等和低)，假如在相等优先权时由硬件决定(请求0优先于请求1，依此类推)。
●独立的源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字)，模拟打包和拆包的过程。源和目标地址必须按数据传输宽度对齐。
●支持循环的缓冲器管理。
●每个通道都有3个事件标志(DMA半传输，DMA传输完成和DMA传输出错)，这3个事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求。
●存储器和存储器间的传输。
●外设和存储器，存储器和外设的传输。
●闪存、SRAM、外设的SRAM、APB1、APB2和AHB外设均可作为访问的源和目标。
●可编程的数据传输数目：最大为65536。
29.1.1 DMA框图
STM32F103ZET6有两个DMA控制器，DMA1和DMA2，本章，我们仅针对DMA1进行介绍。
下面先来学习DMA控制器框图，通过学习DMA控制器框图会有一个很好的整体掌握，同时对之后的编程也会有一个清晰的思路。STM32F103的DMA控制器框图如图29.1.1.1所示：
图29.1.1.1 DMA控制器框图
图中，我们标记了3处位置，起作用分别是：
①DMA请求
如果外设想要通过DMA来传输数据，必须先给DMA控制器发送DMA请求，DMA收到请求信号之后，控制器会给外设一个应答信号，当外设应答后且DMA控制器收到应答信号之后，就会启动DMA的传输，直到传输完毕。
STM32F103共有DMA1和DMA2两个控制器，DMA1有7个通道，DMA2有5个通道，不同的DMA控制器的通道对应着不同的外设请求，这决定了我们在软件编程上该怎么设置，具体见表29.1.1.1DMA请求映像表。
表29.1.1.1 DMA1请求映像表
表29.1.1.2 DMA2请求映像
② 通道
DMA具有12个独立可编程的通道，其中DMA1有7个通道，DMA2有5个通道，每个通道对应不同的外设的DMA请求。虽然每个通道可以接收多个外设的请求，但是同一时间只能接收一个，不能同时接收多个。
③ 仲裁器
当发生多个DMA通道请求时，就意味着有先后响应处理的顺序问题，这个就由仲裁器管理。仲裁器管理DMA通道请求分为两个阶段。第一阶段属于软件阶段，可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级：非常高，高，中和低四个优先级。第二阶段属于硬件阶段，如果两个或以上的DMA通道请求设置的优先级一样，则他们优先级取决于通道编号，编号越低优先权越高，比如通道0高于通道1。在大容量产品和互联型产品中，DMA1控制器拥有高于DMA2控制器的优先级。
29.1.2 DMA寄存器
DMA中断状态寄存器（DMA_ISR）
DMA 中断状态寄存器描述如图29.1.2.1所示：
图29.1.2.1 DMA_ISR寄存器
该寄存器是查询当前DMA传输的状态，我们常用的是TCIFx位，即通道DMA传输完成与否的标志。注意此寄存器为只读寄存器，所以在这些位被置位之后，只能通过其他的操作来清除。
DMA中断标志清除寄存器（DMA_IFCR）
DMA中断标志清除寄存器描述如图29.1.2.2所示：
图29.1.2.2 DMA_IFCR寄存器
该寄存器是用来清除DMA_ISR的对应位的，通过写0清除。在DMA_ISR被置位后，我们必须通过向该寄存器对应的位写0来清除。
DMA通道x传输数量寄存器（DMA_CNDTRx）
DMA通道x传输数量寄存器描述如图29.1.2.3所示：
图29.1.2.3 DMA_CNDTR寄存器
该寄存器控制着DMA通道x的每次传输所要传输的数据量。其设置范围为0~65535。并且该寄存器的值随着传输的进行而减少，当该寄存器的值为0的时候就代表此次数据传输已经全部发送完成。可以通过这个寄存器的值来获取当前DMA传输的进度。
DMA通道x配置寄存器（DMA_CCRx）
DMA通道x配置寄存器描述如图29.1.2.4所示：
图29.1.2.4 DMA_CCRx寄存器
该寄存器控制着DMA很多相关信息，包括数据宽度、外设及存储器宽度、通道优先级、增量模式、传输方向、中断允许、使能等，所以说DMA_CCRx是DMA传输的核心控制寄存器。
DMA通道x外设地址寄存器（DMA_CPARx）
DMA通道x外设地址寄存器描述如图29.1.2.5所示：
图29.1.2.5 DMA_CPARx寄存器
该寄存器是用来存储STM32外设的地址，比如我们平常使用串口1，那么该寄存器必须写入0x40013804（其实就是&USART1_DR）。其他外设就可以修改成其他对应外设地址就好了。
DMA通道x存储器地址寄存器（DMA_CMARx）
DMA通道x存储器地址寄存器用来存放存储器的地址，该寄存器和DMA_CPARx差不多，所以就不列出来了。举个应用的例子，在程序中，我们使用到一个g_sendbuf[5200]数组来做存储器，那么我们在DMA_CMARx中写入&g_sendbuf即可。
29.2 硬件设计
- 例程功能
每按下按键KEY0，串口1就会以DMA方式发送数据，同时在LCD上面显示传送进度。打开串口调试助手，可以收到DMA发送的内容。LED0闪烁用于提示程序正在运行。 - 硬件资源
1）LED灯
LED0 – PB5
2）独立按键 KEY0 – PE4
3）串口1(PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
4）正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动) - 原理图
DMA属于STM32F103内部资源，通过软件设置好就可以了。
29.3 程序设计
29.3.1 DMA的HAL库驱动
DMA在HAL库中的驱动代码在stm32f1xx_hal_dma.c文件（及其头文件）中。 - HAL_DMA_Init函数
DMA的初始化函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma);
函数描述：
用于初始化DMA1，DMA2。
函数形参：
形参1是DMA_HandleTypeDef结构体类型指针变量，其定义如下：
typedef struct __DMA_HandleTypeDef
{
void *Instance; /* 寄存器基地址 */
DMA_InitTypeDef Init; /* DAM通信参数 */
HAL_LockTypeDef Lock; /* DMA锁对象 */
__IO HAL_DMA_StateTypeDef State; /* DMA传输状态 */
void *Parent; /* 父对象状态，HAL库处理的中间变量 */
void (*XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef *hdma);/*DMA传输完成回调*/
/* DMA一半传输完成回调 */
void (* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/* DMA传输完整的Memory1回调 */
void (* XferM1CpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/* DMA传输半完全内存回调 */
void (* XferM1HalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/*DMA传输错误回调*/
void (* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/* DMA传输中止回调 */
void (* XferAbortCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
__IO uint32_t ErrorCode; /* DMA存取错误代码 */
DMA_TypeDef *DmaBaseAddress; /* DMA通道基地址 */
uint32_t ChannelIndex; /* DMA通道索引 */
}DMA_HandleTypeDef;
这个结构体内容比较多，，下面列出几个成员说明一下。
Instance：是用来设置寄存器基地址，例如要设置的对象是串口1的发送，那么就要参考表29.1.1.1，串口1的DMA传输需要用到的是DMA1的通道4，即DMA1_Channel4。
Parent：是HAL库处理中间变量，用来指向DMA通道外设句柄。
XferCpltCallback（传输完成回调函数），XferHalfCpltCallback（半传输完成回调函数），XferM1CpltCallback（Memory1传输完成回调函数）和XferErrorCallback（传输错误回调函数）是四个函数指针，用来指向回调函数入口地址。
其他成员变量是HAL库处理过程状态标识变量，这里就不做过多讲解。
接下来我们重点介绍Init，它是DMA_InitTypeDef结构体类型变量，该结构体定义如下：
typedef struct
{
uint32_t Direction; /* 传输方向，例如存储器到外设DMA_MEMORY_TO_PERIPH */
uint32_t PeriphInc; /* 外设（非）增量模式，非增量模式DMA_PINC_DISABLE */
uint32_t MemInc; /* 存储器（非）增量模式，增量模式DMA_MINC_ENABLE */
uint32_t PeriphDataAlignment; /* 外设数据大小：8/16/32位 */
uint32_t MemDataAlignment; /* 存储器数据大小：8/16/32位 */
uint32_t Mode; /* 模式：循环模式/普通模式 */
uint32_t Priority; /* DMA优先级：低/中/高/非常高 */
}DMA_InitTypeDef;
该结构体成员变量非常多，但每个成员变量的配置基本都是DMA_CCRx寄存器的相关位。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
以DMA的方式传输串口数据的配置步骤
1）使能DMA时钟。
DMA的时钟使能是通过AHB1ENR寄存器来控制的，这里我们要先使能时钟，才可以配置DMA相关寄存器。HAL库方法为：
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); /* DMA1时钟使能 */
__HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE(); /* DMA2时钟使能 */
2）初始化DMA。
调用HAL_DMA_Init函数初始化DMA的相关参数，包括配置通道，外设地址，存储器地址，传输数据量等。
HAL库为了处理各类外设的DMA请求，在调用相关函数之前，需要调用一个宏定义标识符，来连接DMA和外设句柄。例如要使用串口DMA发送，所以方式为：
__HAL_LINKDMA(&g_uart1_handler, hdmatx, g_dma_handle);
其中g_uart1_handler是串口初始化句柄，我们在usart.c中定义过了。g_dma_handle是DMA初始化句柄。hdmatx是外设句柄结构体的成员变量，在这里实际就是g_uart1_handler的成员变量。在HAL库中，任何一个可以使用DMA的外设，它的初始化结构体句柄都会有一个DMA_HandleTypeDef指针类型的成员变量，是HAL库用来做相关指向的。hdmatx就是DMA_HandleTypeDef结构体指针类型。
这句话的含义就是把g_uart1_handler句柄的成员变量hdmatx和DMA句柄g_dma_handle连接起来，是纯软件处理，没有任何硬件操作。
这里我们就点到为止，如果大家要详细了解HAL库指向关系，请查看本实验宏定义标识符__HAL_LINKDMA的定义和调用方法，就会很清楚了。
3）使能串口的DMA发送，启动传输。
串口1的DMA发送实际是串口控制寄存器CR3的位7来控制的，在HAL库中操作该寄存器来使能串口DMA发送的函数为HAL_UART_Transmit_DMA。
这里大家需要注意，调用该函数后会开启相应的DMA中断，对于本章实验，我们是通过查询的方法获取数据传输状态，所以并没有做中断相关处理，也没有编写中断服务函数。
HAL库还提供了对串口的DMA发送的停止，暂停，继续等操作函数：
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart); /* 停止 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart); /* 暂停 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart); /* 恢复 */
4）查询DMA传输状态。
在DMA传输过程中，我们要查询DMA传输通道的状态，使用的方法是通过检测DMA寄存器的相关位实现：
__HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4);
获取当前传输剩余数据量：
__HAL_DMA_GET_COUNTER(&g_dma_handle);
同样，我们也可以设置对应的DMA数据流传输的数据量大小，函数为：
__HAL_DMA_SET_COUNTER (&g_dma_handle, 1000);
DMA相关的库函数我们就讲解到这里，大家可以查看HAL库中文手册详细了解。
5）DMA中断使用方法。
DMA中断对于每个通道都有一个中断服务函数，比如DMA1_Channel4的中断服务函数为DMA1_Channel4_IRQHandler。HAL库提供了通用DMA中断处理函数HAL_DMA_IRQHandler，在该函数内部，会对DMA传输状态进行分析，然后调用相应的中断处理回调函数：
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); /* 发送完成回调函数 */
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);/* 发送一半回调函数 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); /* 接收完成回调函数 */
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);/* 接收一半回调函数 */
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart); /* 传输出错回
调函数 */
29.3.2 程序流程图
图30.3.2.1 DMA实验程序流程图
29.3.3 程序解析
- DMA驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。DMA驱动源码包括两个文件：dma.c和dma.h。
dma.h头文件只有函数得声明，就不解释了，我们直接介绍dma.c的程序。下面是与DMA初始化相关的函数，其定义如下：
/**
* @brief 串口TX DMA初始化函数
* @note 这里的传输形式是固定的, 这点要根据不同的情况来修改
* 从存储器 -> 外设模式/8位数据宽度/存储器增量模式
*
* @param dmax_chy : DMA的通道, DMA1_Channel1 ~ 7, DMA2_Channel1 ~ 5
* 某个外设对应哪个DMA, 哪个通道, 请参考<<STM32中文参考手册>> 10.3.7节
* 必须设置正确的DMA及通道, 才能正常使用!
* @retval 无
*/
void dma_init(DMA_Channel_TypeDef* DMAx_CHx)
{ /* 大于DMA1_Channel7, 则为DMA2的通道了 */
if ((uint32_t)DMAx_CHx > (uint32_t)DMA1_Channel7)
{
__HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE(); /* DMA2时钟使能 */
}
else
{
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); /* DMA1时钟使能 */
}
/* 将DMA与USART1联系起来(发送DMA) */
__HAL_LINKDMA(&g_uart1_handle, hdmatx, g_dma_handle);
/* Tx DMA配置 */
g_dma_handle.Instance = DMAx_CHx; /* USART1_TX的DMA通道: DMA1_Channel4 */
g_dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; /* 存储器到外设模式 */
g_dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; /* 外设非增量模式 */
g_dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; /* 存储器增量模式 */
g_dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; /* 外设位宽 */
g_dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE; /* 存储器位宽 */
g_dma_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL; /* DMA模式:正常模式 */
g_dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM; /* 中等优先级 */
HAL_DMA_Init(&g_dma_handle);
}
该函数是一个通用的DMA配置函数，DMA1/DMA2的所有通道，都可以利用该函数配置，不过有些固定参数可能要适当修改（比如位宽、传输方向等）。该函数在外部只能修改DMA数据通道，更多的其他设置只能在该函数内部修改。对照前面的配置步骤的详细讲解来分析这部分代码即可。
2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：
/* 要循环发送的字符串 */
const uint8_t TEXT_TO_SEND[] ={"正点原子 STM32 DMA 串口实验"};
#define SEND_BUF_SIZE (sizeof(TEXT_TO_SEND) + 2) * 200 /* 发送数据长度*/
uint8_t g_sendbuf[SEND_BUF_SIZE]; /* 发送数据缓冲区 */
int main(void)
{
uint8_t key = 0;
uint16_t i, k;
uint16_t len;
uint8_t mask = 0;
float pro = 0; /* 进度 */
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
delay_init(72); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
dma_init(DMA1_Channel4); /* 初始化串口1 TX DMA */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DMA TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Start", RED);
len = sizeof(TEXT_TO_SEND);
k = 0;
for (i = 0; i < SEND_BUF_SIZE; i++) /* 填充ASCII字符集数据 */
{
if (k >= len) /* 入换行符 */
{
if (mask)
{
g_sendbuf[i] = 0x0a;
k = 0;
}
else
{
g_sendbuf[i] = 0x0d;
mask++;
}
}
else /* 复制TEXT_TO_SEND语句 */
{
mask = 0;
g_sendbuf[i] = TEXT_TO_SEND[k];
k++;
}
}
i = 0;
while (1)
{
key = key_scan(0);
if (key == KEY0_PRES) /* KEY0按下 */
{
printf("\r\nDMA DATA:\r\n");
lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Start Transimit....", BLUE);
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, " %", BLUE); /* 显示百分号 */
HAL_UART_Transmit_DMA(&g_uart1_handle, g_sendbuf, SEND_BUF_SIZE);
/* 等待DMA传输完成，此时我们来做另外一些事情，比如点灯
* 实际应用中，传输数据期间，可以执行另外的任务
*/
while (1)
{
/* 等待 DMA1_Channel4 传输完成 */
if ( __HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4))
{
__HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4);
HAL_UART_DMAStop(&uartx_handler); /* 传输完成以后关闭串口DMA */
break;
}
pro = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&g_dma_handle);
len = SEND_BUF_SIZE; /* 总长度 */
pro = 1 - (pro / len); /* 得到百分比 */
pro *= 100; /* 扩大100倍 */
lcd_show_num(30, 150, pro, 3, 16, BLUE);
}
lcd_show_num(30, 150, 100, 3, 16, BLUE); /* 显示100% */
/* 提示传送完成 */
lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Transimit Finished!", BLUE);
}
i++;
delay_ms(10);
if (i == 20)
{
LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁,提示系统正在运行 */
i = 0;
}
}
}
main函数的流程大致是：先初始化发送数据缓冲区g_sendbuf的值，然后通过KEY0开启串口DMA发送，在发送过程中，通过__HAL_DMA_GET_COUNTER(&g_dma_handle)获取当前还剩余的数据量来计算传输百分比，最后在传输结束之后清除相应标志位，提示已经传输完成。
29.4 下载验证
将程序下载到开发板后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示的内容如图29.4.1所示：
图29.4.1 DMA实验测试图
我们打开串口调试助手，然后按KEY0，可以看到串口显示如图29.4.2所示的内容：
图29.4.2 串口收到的数据内容
可以看到串口收到了开发板发送过来的数据，同时可以看到TFTLCD上显示了进度等信息，如图29.4.3所示：
图29.4.3 DMA串口数据传输中
至此，我们整个DMA实验就结束了，希望大家通过本章的学习，掌握STM32F103的DMA使用。DMA是个非常好的功能，它不但能减轻CPU负担，还能提高数据传输速度，合理的应用DMA，往往能让你的程序设计变得简单。
