STM32——DMA直接存储器访问

一、DMA直接存储器存取

DMA简介

• DMA（Direct Memory Access）直接存储器存取

• DMA可以提供外设和存储器【各外设的数据寄存器DR 与 运行内存SRAM和程序存储器Flash】或者存储器和存储器之间的高速数据传输，无须CPU干预，节省了CPU的资源

• 12个独立可配置的通道： DMA1（7个通道）， DMA2（5个通道）

• 每个通道都支持软件触发【存储器到存储器】和特定的硬件触发【ADC数据寄存器、串口的数据寄存器、定时器寄存器等】

• STM32F103C8T6 DMA资源：DMA1（7个通道）

二、存储器映像

stm32的存储器

• ROM的存储单元采用的是浮栅场效应管，断电可以长期保留电子，E2PROM是电可擦除。FLASH和E2PROM类似，但是E2PROM是以字节为单元进行擦除，而FLASH可以以扇区为单位

  • 程序存储器Flash，又称为主闪存，运行程序一般是从主闪存开始运行
    • 例如OLED_Font.h文件，里面定义了const类型的字库，会存储在Flash中，节省SRAM空间
  • 系统存储器和选项字节的存储介质也是Flash
  • 选项字节里面存储的是Flash的读保护，写保护，还有看门狗的配置

• RAM的读取速度与该数据单元的位置无关，存储单元采用双稳态触发器或电容。可以分为动态和静态，动态的存储单元是电容，需要周期性的充电（刷新）以保存数据，静态的速度要快，存储单元是双稳态的触发器，存储容量比动态的少，因为发热高。

  • 外设寄存器的存储介质也是SRAM

• 计算机系统组成部分：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。【CPU=运算器+控制器】

stm32参考手册的图

• STM32的CPU是32位：总线的最大寻址范围是4GB，所以最大只支持4GB的存储器

  • （2^ 32B=2^32/1024/1024/1024=4GB）

• 地址0存储器的内容取决于Boot0/1引脚，即可以把想要最初执行的程序映射放到0位置上，可选择Flash程序存储器或BootLoader系统存储器或SRAM

• 通过存储器映像可知，查找某个寄存器的地址，首先查找该寄存器所在外设的起始地址，然后查找该寄存器的偏移。寄存器的地址=外设寄存器偏移+外设起始地址

  OLED_ShowHexNum(2, 1, (uint32_t)&ADC1->DR, 8);//展示ADC1的DR寄存器地址
  
  因为&ADC1是结构体指针，由宏定义可知ADC1的基地址是由外设起始地址不断偏移得到的
  #define ADC1                ((ADC_TypeDef *) ADC1_BASE)//ADC1基地址
  #define ADC1_BASE             (APB2PERIPH_BASE + 0x2400)//ADC1外设起始地址
  #define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)//APB2总线起始地址
  #define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000)//外设起始地址
  
  寄存器的地址需要用结构体偏移来实现，指针指向的地址就是外设的起始地址，也就是说内存里面ADC外设所有寄存器的地址都映射到结构体里面每个寄存器的地址，访问结构体成员就是访问外设的某个寄存器
  typedef struct
  {
    __IO uint32_t SR;
   ..................
   略 ，结构体成员刚好一一映射ADC的每一个寄存器
    __IO uint32_t DR;
  } ADC_TypeDef;
  

三、DMA框图

• 总线矩阵的左侧为主动单元，右侧为被动单元，主动单元可以访问右边被动单元的存储器
• 内核有Dcode和系统总线，可以访问右边的存储器，Dcode是专门访问Flash
• DMA仲裁器，由于DMA总线只有一条，而DMA有7个通道，根据优先级使用，起调度作用
• 总线矩阵也有仲裁器，当CPU和DMA访问同一个地址时进行仲裁
• AHB从设备是DMA的寄存器，所以DMA既是主动单元也是被动单元，作为主动单元可以访问其他外设的寄存器，作为被动单元，CPU可以对DMA进行配置
• DMA请求：图中都是硬件触发DMA转运，由ADC外设或串口外设触发等
• stm32系统结构图看做CPU和存储器，各个外设可以看做寄存器，寄存器是存储器的一种。CPU可以对存储器进行读写，同样的可以对寄存器读写，通过寄存器的数据位控制外设状态
• Flash存储器是只读存储器的一种，所以DMA目的地址一般不写该地址，SRAM是运行内存，可以读写，外设的数据寄存器都是可读可写

四、DMA基本结构

• 方向是控制源地址和目的地址

• 存储器到存储器包含两种：Flash到SRAM和SRAM到SRAM

  • Flash不可以作为目的地址。

• 数据宽度：字节8位、半字16位、字32位

• 地址是否自增：在ADC扫描模式用DMA进行转运时，ADC的数据寄存器就不需要地址自增

• 传输计数器：指定总共需要转运几次，是自减计数器，当减到0时，源数据的地址（在自增的情况下）就会恢复到最初的地址

• 自动重装器：当传输计数器减到0的时候，传输计数器是否自动恢复到最初的值

  • 决定转运的模式： 单次模式or循环模式【循环模式一般是配合ADC的扫描模式+连续转换】

• M2M决定是软件触发还是硬件触发

  • 硬件触发一般与外设有关，如定时器中断，ADC转换完成，串口接受到数据等
  • 软件触发一般用于存储器到存储器的转运，该软件触发和外部中断、ADC的软件触发不一样，不是开启一次触发一次，而是以最快的速度完成转运（即执行到自动重装器为0）【注意：软件触发和自动重装器的循环模式不能同时使用】

• 写传输计数器时，必须先关闭开关控制

五、DMA请求（触发源）

• 每个通道都支持软件触发和特定的硬件触发，硬件触发与外设有关，可以是ADC，TIM，USART，SPI，I2C，如果硬件触发就需要开启相应的DMA输出，例如：ADC_DMACmd（）。而软件触发就执行DMA_SetCurrDataCounter（）需要配置传递的个数以及传递的通道
• 每个通道的硬件触发源都是不一样的
• 开关控制是EN位，EN位置1表示开启该通道

六、数据宽度与对齐

数据宽度：

• 小到大，高位补0
• 大到小，高位舍弃

关于数据宽度

• 0x01表示十六进制，一共8位，用uint_8接收
• 0x2000 0000 是十六进制，一共32位，用uint_32接收

七、存储器到存储器的DMA转运

原理图

• 变量前面加const的存储位置从SRAM到Flash区，Flash存储只能读不能写的数据，例如常量

关键代码

DMA.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t MyDMA_Size;

void MyDMA_Init(uint32_t AddrA, uint32_t AddrB, uint16_t Size)
{
	MyDMA_Size = Size;
	
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);//DMA1在AHB总线下
	
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = AddrA;//起始地址
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//数据宽度
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable;//是否自增
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = AddrB;//此处地址不是固定的，通过动态读取变量的地址值
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//指定外设站点是目的地还是源地址，Peripheral=外设站点。DST=destination目的地，SRC源地址
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = Size;//缓冲区大小=传输计数器
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;//是否自动重装
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;//m2m输出1开启软件触发
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;//转运的优先级
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);//选择DMA1的通道1，软件触发任意通道都行
	
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);//先失能，调用MyDMA_Transfer才开始转运
}

//ADC单次转换需要写代码去触发ADC开始，DMA单次模式，需要开关控制器以写入传输计数器
//ADC循环转换只需要在初始化的时候开启一次，DMA循环模式，不需要开关控制器以写入传输计数器
void MyDMA_Transfer(void)
{
	//写传输计数器时，必须先关闭开关控制
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);
	DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1, MyDMA_Size);//给传输计数器写数据
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
	
	while (DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1) == RESET);//等待转运完成，参数DMA1_FLAG_TC1是转运完成标志位
	DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyDMA.h"

uint8_t DataA[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
uint8_t DataB[] = {0, 0, 0, 0};

int main(void)
{
	OLED_Init();
	
	MyDMA_Init((uint32_t)DataA, (uint32_t)DataB, 4);
	
	OLED_ShowString(1, 1, "DataA");
	OLED_ShowString(3, 1, "DataB");
	OLED_ShowHexNum(1, 8, (uint32_t)DataA, 8);//展示变量的地址
	OLED_ShowHexNum(3, 8, (uint32_t)DataB, 8);
		
	while (1)
	{
		DataA[0] ++;
		DataA[1] ++;
		DataA[2] ++;
		DataA[3] ++;
		
		OLED_ShowHexNum(2, 1, DataA[0], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 4, DataA[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 7, DataA[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 10, DataA[3], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 1, DataB[0], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 4, DataB[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 7, DataB[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 10, DataB[3], 2);
		
		Delay_ms(1000);
		
		MyDMA_Transfer();
		
		OLED_ShowHexNum(2, 1, DataA[0], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 4, DataA[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 7, DataA[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 10, DataA[3], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 1, DataB[0], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 4, DataB[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 7, DataB[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 10, DataB[3], 2);

		Delay_ms(1000);
	}
}

八、外设到存储器的DMA转运

原理图

ADC扫描模式+DAM

硬件链接图

关键代码

AD.c
ADC连续扫描+DMA循环转运

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t AD_Value[4];//定义在SRAM里面的变量	

void AD_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
	
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	//配置通道与序列
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_55Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_55Cycles5);
		
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;//连续扫描，只要一次触发
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;//扫描模式
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 4;//扫描通道个数
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
	
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//半字传输
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)AD_Value;//如果变量为地址值，需要强制转化为uint32_t
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 4;
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;//循环模式
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;//硬件触发
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);//ADC1的硬件触发只能是DMA1通道上
	
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
	ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);//硬件触发需要打开通道
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启ADC到DMA的输出
	//固定校准
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();
	AD_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "AD0:");
	OLED_ShowString(2, 1, "AD1:");
	OLED_ShowString(3, 1, "AD2:");
	OLED_ShowString(4, 1, "AD3:");
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 5, AD_Value[0], 4);
		OLED_ShowNum(2, 5, AD_Value[1], 4);
		OLED_ShowNum(3, 5, AD_Value[2], 4);
		OLED_ShowNum(4, 5, AD_Value[3], 4);
		
		Delay_ms(100);
	}
}

九、其他

关于位段

• 存储器包含2个位段区，分别映射了外设寄存器和SRAM中的全部位，目的是方便操作外设寄存器和SRAM中的全部位

参考视频：江科大自化协