操作系统：DMA

1、DMA由来
DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问)。在ＤＭＡ出现之前，CPU与外设之间的数据传送方式有程序传送方式、中断传送方式。CPU是通过系统总线与其他部件连接并进行数据传输。

1.1程序传送方式
程序传送方式是指直接在程序控制下进行数据的输入/输出操作。分为无条件传送方式和查询(条件传送方式)两种。

1.1.1无条件传送方式

 微机系统中的一些简单的外设，如开关、继电器、数码管、发光二极管等，在它们工作时，可以认为输入设备已随时准备好向CPU提供数据，而输出设备也随时准备好接收CPU送来的数据，这样，在CPU需要同外设交换信息时，就能够用IN或OUT指令直接对这些外设进行输入/输出操作。由于在这种方式下CPU对外设进行输入/输出操作时无需考虑外设的状态，故称之为无条件传送方式。

1.1.2查询(有条件)传送方式 

查询传送也称为条件传送，是指在执行输入指令（IN）或输出指令（OUT）前，要先查询相应设备的状态，当输入设备处于准备好状态、输出设备处于空闲状态时，CPU才执行输入/输出指令与外设交换信息。为此，接口电路中既要有数据端口，还要有状态端口。

1.2中断传送方式
中断传送方式是指当外设需要与CPU进行信息交换时，由外设向CPU发出请求信号，使CPU暂停正在执行的程序，转而去执行数据输入/输出操作，待数据传送结束后，CPU再继续执行被暂停的程序。

以上两种方式，均由CPU控制数据传输，不同的是程序传送方式由CPU来查询外设状态，CPU处于主动地位，而外设处于被动地位。这就是常说的----对外设的轮询，效率低。而中断传送法师则是外设主动向CPU发生请求，等候CPU处理，在没有发出请求时，CPU和外设都可以独立进行各自的工作。  需要进行断点和现场的保护和恢复，浪费了很多CPU的时间，适合少量数据的传送。

1.3 DMA原理
DMA的出现就是为了解决批量数据的输入/输出问题。DMA是指外部设备不通过CPU而直接与系统内存交换数据的接口技术。这样数据的传送速度就取决于存储器和外设的工作速度。

通常系统总线是由CPU管理的，在ＤＭＡ方式时，就希望CPU把这些总线让出来，即CPU连到这些总线上的线处于第三态(高阻状态)，而由DMA控制器接管，控制传送的字节数，判断DMA是否结束，以及发出DMA结束信号。因此DMA控制器必须有以下功能:

1、能向CPU发出系统保持(HOLD)信号，提出总线接管请求；

2、当CPU发出允许接管信号后，负责对总线的控制，进入DMA方式;

3、能对存储器寻址及能修改地址指针，实现对内存的读写；

4、能决定本次DMA传送的字节数，判断DMA传送是否借宿。

5、发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。

DMA传输将从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实行和完成。  典型例子---移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。

对于实现ＤＭＡ传输，它是由DMA控制器直接掌管总线（地址总线、数据总线和控制总线），因此，存在一个总线控制权转移问题

DMA传输开始前：　　　　CPU------>DMA控制器

DMA传输结束后：              DMA控制器------>CPU

一个完整的DMA传输过程必须经历DMA请求、DMA响应、DMA传输、DMA结束4个步骤。

DMA方式是一种完全由硬件进行组信息传送的控制方式，具有中断方式的优点，即在数据准备阶段，CPU与外设并行工作。

 

2、DMA的传送过程
DMA的数据传送分为预处理、数据传送和后处理3个阶段。

(1)预处理

由CPU完成一些必要的准备工作。首先，CPU执行几条I/O指令，用以测试I/O设备状态，向DMA控制器的有关寄存器置初值，设置传送方向、启动该设备等。然后，CPU继续执行原来的程序，直到I/O设备准备好发送的数据(输入情况)或接受的数据(输出情况)时，I/O设备向DMA控制器发送DMA请求，再由DMA控制器向CPU发送总线请求(统称为DMA请求)，用以传输数据。

(2)数据传送

DMA的数据传输可以以单字节(或字)为基本单位，对于以数据块为单位的传送(如银盘)，DMA占用总线后的数据输入和输出操作都是通过循环来实现。需要特别之处的是，这一循环也是由DMA控制器(而不是通过CPU执行程序)实现的，即数据传送阶段是完全由DMA(硬件)来控制的。

(3)后处理

DMA控制器向CPU发送中断请求，CPU执行中断服务程序做DMA结束处理，包括检验送入主存的数据是否正确，测试传送过程中是否出错(错误则转入诊断程序)和决定是否继续使用DMA传送其他数据块等。

3、在STM32F407中使用DMA
3.1使用大约步骤
1、使能DMA时钟，并等待数据流可配置。 使能DMA时钟，才可配置DMA相关的寄存器。要对DMA的配置寄存器DMA_SxCR进行配置，则要等其最低位为0----即DMA传输禁止，才可配置。

2、DMA_SxCR(指定的外设--x)设置该流x，包括配置通道，外设地址，存储器地址，传输数据量、优先级等。

3、使能外设的DMA功能

4、使能DMA数据流，启动传输。

5、查询DMA传输状态。

3.2 从DMA配置时最为关键的寄存器出发

DMA数据流x配置寄存器(DMA_SxCR)

 

CHSEL[2:0]  3位8个通道选择，即对于流x选择哪个通道

PL[1:0] 2位，设置流x的软件优先级，DMA控制器的仲裁器根据软件优先级，辅以硬件优先级来仲裁进行哪个数据流哪个通道的数据传输。

MSIZE[1:0] 2位，存储器的数据宽度(8位、16位、32位)

PSIZE[1:0] 2位，外设的数据宽度

MINC  1位， 设置存储器递增模式，存储器地址指针时递增还是固定

PINC   1位， 设置外设递增模式，外设地址指针递增还是固定

DIR      2位，数据传输方向

TCIE   1位，传输完成中断使能

HTIE   1位，半传输中断使能

TEIE   1位，传输错误中断使能

DMEIE 1位， 直接模式错误中断使能

EN     1位， 0禁止该数据流，此时可配置该数据流

                     1使能该数据，参与仲裁器的竞争