stm32.cube（九）——HAL.DMA

一、前言

DMA会在不同的寄存器/ram/存储设备之间建立通道，自动传输数据，以达到解放CPU的目的。

比如你想用DAC模块去输出一段特定的波形，就要让CPU将预设的数值不断写入DAC的寄存器。这时CPU被DAC任务长期占用，系统处理其他任务和响应其他事件的能力被大幅降低。

在实际应用里，经常有一些繁重的读写操作。这些操作不需要经过计算，却依然占用了大量的CPU资源，遇到这种情况就要考虑使用DMA了。

我开发板上的stm芯片上共有7个dma通道，它可以建立7个DMA连接。但是DMA控制器只有一个，所以同时只能有一个DMA连接被相应。

二、DMA的初始化

针对每一个DMA频道，都要初始化它的控制寄存器，来看一下DMA的init结构体的原型：

/** 
  * @brief  DMA Configuration Structure definition  
  */
typedef struct
{
  uint32_t Direction;                 /*!< Specifies if the data will be transferred from memory to peripheral, 
                                           from memory to memory or from peripheral to memory.
                                           This parameter can be a value of @ref DMA_Data_transfer_direction */

  uint32_t PeriphInc;                 /*!< Specifies whether the Peripheral address register should be incremented or not.
                                           This parameter can be a value of @ref DMA_Peripheral_incremented_mode */

  uint32_t MemInc;                    /*!< Specifies whether the memory address register should be incremented or not.
                                           This parameter can be a value of @ref DMA_Memory_incremented_mode */

  uint32_t PeriphDataAlignment;       /*!< Specifies the Peripheral data width.
                                           This parameter can be a value of @ref DMA_Peripheral_data_size */

  uint32_t MemDataAlignment;          /*!< Specifies the Memory data width.
                                           This parameter can be a value of @ref DMA_Memory_data_size */

  uint32_t Mode;                      /*!< Specifies the operation mode of the DMAy Channelx.
                                           This parameter can be a value of @ref DMA_mode
                                           @note The circular buffer mode cannot be used if the memory-to-memory
                                                 data transfer is configured on the selected Channel */ 

  uint32_t Priority;                   /*!< Specifies the software priority for the DMAy Channelx.
                                            This parameter can be a value of @ref DMA_Priority_level */

} DMA_InitTypeDef;

• Direction的值表示通道类型，外设到ram、ram到外设、ram到ram。

• PeriphInc和MemInc表示外设和ram地址要不要递增。像上述的DAC例子，ram的地址一定是递增的，而外设寄存器的地址则无需递增。

• PeriphDataAlignment和MemDataAlignment表示外设和ram的字节宽度，有一个字节，半字和全字。这将决定上面的增量模式里，一次读取数据的大小。

• Mode有两种，普通和循环。普通模式下一次DMA请求处理完成后就不再传输数据。

• Priority是DMA频道的优先级，一共4个，如果优先级相同，频道号小的通道率先被响应。

这些属性被设置完毕后，在Init函数里会将它写入控制寄存器。

  /* Get the CR register value */
  tmp = hdma->Instance->CCR;

  /* Clear PL, MSIZE, PSIZE, MINC, PINC, CIRC, DIR bits */
  tmp &= ((uint32_t)~(DMA_CCR_PL    | DMA_CCR_MSIZE  | DMA_CCR_PSIZE  | \
                      DMA_CCR_MINC  | DMA_CCR_PINC   | DMA_CCR_CIRC   | \
                      DMA_CCR_DIR));

  /* Prepare the DMA Channel configuration */
  tmp |=  hdma->Init.Direction        |
          hdma->Init.PeriphInc           | hdma->Init.MemInc           |
          hdma->Init.PeriphDataAlignment | hdma->Init.MemDataAlignment |
          hdma->Init.Mode                | hdma->Init.Priority;

  /* Write to DMA Channel CR register */
  hdma->Instance->CCR = tmp;  

三、DMA通道的建立

在初始化完毕后，只需要将源地址、起始地址、传输总长写入寄存器，再使能该频道即可。

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start (DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength);
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start_IT(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength);

这个DMA_HandleTypeDef *hdma是用C实现面向对象设计的一个典型的例子。当我们创建一个DMA频道时，必须要先建立一个DMA_HandleTypeDef类型的结构体变量，这个行为实际上就是创建了一个DMA类的实例。

typedef struct __DMA_HandleTypeDef
{  
  DMA_Channel_TypeDef   *Instance;                                                    /*!< Register base address                  */

  DMA_InitTypeDef       Init;                                                         /*!< DMA communication parameters           */ 

  HAL_LockTypeDef       Lock;                                                         /*!< DMA locking object                     */  

  HAL_DMA_StateTypeDef  State;                                                        /*!< DMA transfer state                     */

  void                  *Parent;                                                      /*!< Parent object state                    */  

  void                  (* XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);     /*!< DMA transfer complete callback         */

  void                  (* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); /*!< DMA Half transfer complete callback    */

  void                  (* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);    /*!< DMA transfer error callback            */

  __IO uint32_t         ErrorCode;                                                    /*!< DMA Error code                         */

} DMA_HandleTypeDef;    

这个结构体除了包含有init结构体、锁、DMA寄存器指针、状态变量、错误变量之外，还包含了一些callback函数的指针。它甚至有一个父类指针，只要将该指针指向一些adc、uart等外设的handle类，就等于完成了继承。

除了有init和start函数外、HAL里还提供常规的DMA中断处理函数，等待DMA传输，获取DMA状态的一些函数，结构上与前面的adc、flash等类似，就不做叙述了。

四、例子

来看一个串口用dma收发的例子。
首先是写收发两个频道的控制寄存器：

  /*##-3- Configure the DMA ##################################################*/
  /* Configure the DMA handler for Transmission process */
  hdma_tx.Instance                 = USARTx_TX_DMA_CHANNEL;
  hdma_tx.Init.Direction           = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
  hdma_tx.Init.PeriphInc           = DMA_PINC_DISABLE;
  hdma_tx.Init.MemInc              = DMA_MINC_ENABLE;
  hdma_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
  hdma_tx.Init.MemDataAlignment    = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
  hdma_tx.Init.Mode                = DMA_NORMAL;
  hdma_tx.Init.Priority            = DMA_PRIORITY_LOW;

  HAL_DMA_Init(&hdma_tx);

  /* Associate the initialized DMA handle to the UART handle */
  __HAL_LINKDMA(huart, hdmatx, hdma_tx);

  /* Configure the DMA handler for reception process */
  hdma_rx.Instance                 = USARTx_RX_DMA_CHANNEL;
  hdma_rx.Init.Direction           = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
  hdma_rx.Init.PeriphInc           = DMA_PINC_DISABLE;
  hdma_rx.Init.MemInc              = DMA_MINC_ENABLE;
  hdma_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
  hdma_rx.Init.MemDataAlignment    = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
  hdma_rx.Init.Mode                = DMA_NORMAL;
  hdma_rx.Init.Priority            = DMA_PRIORITY_HIGH;

  HAL_DMA_Init(&hdma_rx);

  /* Associate the initialized DMA handle to the the UART handle */
  __HAL_LINKDMA(huart, hdmarx, hdma_rx);

然后掉用串口的DMA函数这个函数内部会调用DMA_START_IT()函数来进行DMA请求。

  /*##-2- Start the transmission process #####################################*/
  /* User start transmission data through "TxBuffer" buffer */
  if (HAL_UART_Transmit_DMA(&UartHandle, (uint8_t *)aTxBuffer, TXBUFFERSIZE) != HAL_OK)
  {
    /* Transfer error in transmission process */
    Error_Handler();
  }

  /*##-3- Put UART peripheral in reception process ###########################*/
  /* Any data received will be stored in "RxBuffer" buffer : the number max of
     data received is 10 */
  if (HAL_UART_Receive_DMA(&UartHandle, (uint8_t *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE) != HAL_OK)
  {
    /* Transfer error in reception process */
    Error_Handler();
  }

上面的HAL_LINKDMA宏是用来关联两个类的。

#define __HAL_LINKDMA(__HANDLE__, __PPP_DMA_FIELD_, __DMA_HANDLE_)           \
                        do{                                                  \
                              (__HANDLE__)->__PPP_DMA_FIELD_ = &(__DMA_HANDLE_); \
                              (__DMA_HANDLE_).Parent = (__HANDLE__);             \
                          } while(0)