STM32之DMA

一、DMA简介

1、DMA简介

　　DMA(Direct Memory Access：直接内存存取)是一种可以大大减轻CPU工作量的数据转移方式。

　　CPU有转移数据、计算、控制程序转移等很多功能，但其实转移数据（尤其是转移大量数据）是可以不需要CPU参与。比如希望外设A的数据拷贝到外设B，只要给两种外设提供一条数据通路，再加上一些控制转移的部件就可以完成数据的拷贝。

　　DMA就是基于以上设想设计的，它的作用就是解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。有了DMA使CPU更专注于更加实用的操作--计算、控制等。

2、DMA的工作原理　

　　DMA的作用就是实现数据的直接传输，而去掉了传统数据传输需要CPU寄存器参与的环节，主要涉及四种情况的数据传输，但本质上是一样的，都是从内存的某一区域传输到内存的另一区域（外设的数据寄存器本质上就是内存的一个存储单元）。四种情况的数据传输如下：

• 外设到内存
• 内存到外设
• 内存到内存
• 外设到外设

　　当用户将参数设置好，主要涉及源地址、目标地址、传输数据量这三个，DMA控制器就会启动数据传输，传输的终点就是剩余传输数据量为0（循环传输不是这样的）。换句话说只要剩余传输数据量不是0，而且DMA是启动状态，那么就会发生数据传输。　　

3、DMA是否影响CPU的运行

　　在X86架构系统中，当DMA运作时（假设我们从磁盘拷贝一个文件到U盘），DMA实际上会占用系统总线周期中的一部分时间。也就是说，在DMA未开启前，系统总线可能完全被CPU使用；当DMA开启后，系统总线要为DMA分配一定的时间，以保证DMA和CPU同时运作。那么显然，DMA会降低CPU的运行速度。

　　在STM32控制器中，芯片采用Cortex-M3架构，总线结构有了很大的优化，DMA占用另外的总线，并不会与CPU的系统总线发生冲突。也就是说，DMA的使用不会影响CPU的运行速度。

二、STM32的DMA结构

1、DMA的主要特性

● 12个 独立的可配置的通道(请求)DMA1有7个通道，DMA2 有5个通道
● 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

下面为功能框图：

　　

2、两个DMA控制器结构

① DMA1 controller

② DMA2 controller

3、DMA寄存器列表

① 中断类

DMA_ISR： 　　DMA中断状态寄存器

DMA_IFCR:　　DMA中断标志位清除寄存器

说明：　　DMA1、DMA2分别有一组寄存器。

② 控制传输类

DMA_CCRx:　　　DMA通道x配置寄存器　

DMA_CNDTRx:　 DMA通道x数据数量寄存器

DMA_CPARx:　　 DMA通道x外设地址寄存器

DMA_CMARx:　　DMA通道x内存地址寄存器

说明：    

1> 每一个通道都有一组寄存器。

2> DMA_CPARx、DMA_CMARx是没有差别的，它们都可以存放外设的地址、内存的地址。DMA_CPARx、DMA_CMARx只不过起得名字有差别而已。

4、STM32的DMA工作特点

① DMA进行数据传输的必要条件

• 剩余传输数据量大于0
• DMA通道传输使能
• 通道上DMA数据传输有事件请求

　 前两者都好理解，对于第三点确实需要详细的解释，请看下边的三条。

② 外设到XX方向的传输

　　假设是ADC到存储器的数据传输，显然ADC的DMA传输的源地址是ADC的数据寄存器。并不是说只要DMA通道传输使能后，就立即进行数据传输。只有当一次ADC转化完成，ADC的DMA通道的传输事件有效，DMA才会从ADC的数据寄存器读出数据，写入目的地址。当DMA在读取ADC的数据寄存器时，同时使ADC的DMA通道传输事件无效。显然，要等到下一次ADC转换完成后，才能启动再一次的数据传输。

③存储器对XX的DMA传输

　 因为数据是准备好的，不像ADC还需要等待数据到位。所以，不需要对应通道的事件。只要使能DMA数据传输就一直传输，直到达到设定的传输量。

example:

1.内存到内存

　　DMA传输请求一直有效

2.内存到串口 

　　DMA传输请求一直有效

一种解释：

　　存储器对存储器的置位，就相当于相应通道的事件有效。 对应通道的事件有效和存储器对存储器的置位，就是传输的触发位。每次传输的事件置位一次，完成一次传输。如果是由外设引发的DMA传输，则传输完成后，相应传输事件会置为无效，而存储器对存储器的传输，则一次传输完成后，相应事件一直有效，直至完成设定的传输量。  　　　　　　　　　　　　　　摘自：http://bbs.21ic.com/icview-400841-1-1.html

④外设以DMA方式工作时，能否再以软件方式进行操作？

　 有一点是肯定的，当外设以DMA方式正在数据传输时，不可能再相应CPU的软件控制命令，否则这不符合逻辑。

　 但是，倘若外设仅仅配置成DMA工作方式，但是DMA请求并未产生，数据传输并没有进行。此时，软件控制命令仍然能够对外设进行控制。这是笔者在串口以DMA方式发送数据情形下，所得到的测试结论。 

三、STM32的DMA软件编程

1、“内存到内存”模式传输

① 初始化配置

uint8_t SendBuff[SENDBUFF_SIZE];
uint8_t ReceiveBuff[RXBUFF_SIZE];
/**
  * @brief  USART1 TX DMA 配置，内存到内存
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void DMA_Mem2Mem_Config(void)
{
        DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    
        /*开启DMA时钟*/
        RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);    

        /*设置DMA源地址*/
        DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)SendBuff;

        /*设置DMA目的地址*/
        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr =  (uint32_t)ReceiveBuff;       

        /*方向：从内存SendBuff到内存ReceiveBuff*/        
        DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;    

        /*传输大小DMA_BufferSize=SENDBUFF_SIZE*/    
        DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = SENDBUFF_SIZE;

        /*ReceiveBuff地址自增*/      
        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable; 

        /*SENDBUFF_SIZE地址自增*/
        DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;    

        /*ReceiveBuff数据单位*/    
        DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;

        /*SENDBUFF_SIZE数据单位*/
        DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;     

        /*DMA模式：正常模式*/
        DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal ;

        /*优先级：中*/    
        DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;  

        /*使能内存到内存的传输    */
        DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;

        /*配置DMA1的4通道*/           
        DMA_Init(DMA1_Channel4, &DMA_InitStructure);        
        
        /*失能DMA1的4通道，一旦使能就开始传输*/
        DMA_Cmd (DMA1_Channel4,DISABLE); 
} 

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② DMA中断配置

/**
  * @brief  DMA 中断配置
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void DMA_NVIC_Configuration(void)
{                                                                      
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;            
    
    /* 配置中断源 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel4_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    

    /* 配置DMA发送完成后产生中断 */            
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel4,DMA_IT_TC,ENABLE);
}

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③启动传输

DMA_Cmd (DMA1_Channel4,ENABLE); 

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2、利用DMA实现循环传输

方法1：单次传输模式

　　当传输结束时，触发DMA中断，在中断程序中首先失能DMA通道，然后修改该通道的传输数据量。最后重新使能DMA通道，注意只有失能的DMA通道才能成功修改传输数据量。

方法2：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。

四、再谈STM32的DMA传输是否影响CPU的运行速度

　　声明：经过笔者测试，当DMA工作在内存到外设的传输和内存到内存的传输时，都不会影响CPU的运行速度。为了给这种现象一个合理的解释，笔者做以下猜测：

1、S3C2440的DMA传输

　　S3C2440的SDRAM是外置的，并且SDRAM的数据线、地址线、控制线总共只有一组。假设DMA传输的方向是内存到外设，当DMA运作时，需要占用SDRAM的三类线才才能实现传输；而与此同时CPU也需要通过这三类线来访问SDRAM来读取程序、读写数据。

　　显然，DMA的运行与CPU的运行有交叉点，DMA就会影响到CPU的运行。

2、STM32的DMA传输

　　STM32与S3C2440的区别是很大的，S3C2440是微处理器，RAM外置且空间很大；STM32是微控制器，RAM片内集成且空间较小。此时，ST公司就有可能提升DMA的运作效率，使DMA的工作不影响到CPU的运行。

　　外设与外设之间的DMA传输，因为与CPU的运行没有交叉点（CPU的数据流注意是在Flash、内存、寄存器中传输），所以不会影响CPU的运行速度。唯一有可能影响的是外设与内存或者内存与内存之间的DMA传输。

　　倘若ST公司的SRAM是一个双口RAM，也就是同时可以由两组接口对RAM进行访问，就可以很好的解决速度影响问题。倘若CPU恒定占有一组接口，而另一组接口留给DMA控制器。那么当外设与内存或者内存与内存之间的DMA传输时，由于不与CPU的访问SRAM接口冲突，所以可以解决速度影响问题。

　　但其实偶尔还是会影响的，当CPU访问SRAM的空间和DMA访问SRAM的空间相同时，SRAM势必会对这种情况进行仲裁，这可能会影响到CPU的访问SRAM的速度。其实，这种情况的概率也是很小的，所以即使影响CPU的运行速度，也不会很大。

 

参考资料：《STM32参考手册》