DMA 的初识
DMA介绍
Q: 什么是DMA？
A: DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 提供在外设与内存、存储器和存储器、外设与外设之间的高速数据传输使用。它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU，在这个时间中，CPU对于内存的工作来说就无法使用。
简单的来说，就是一个数据的搬运者。
外设指的是spi、usart、iic、adc 等基于APB1 、APB2或AHB时钟的外设；
存储器包括自身的闪存(flash)或者内存(SRAM)以及外设的存储设备都可以作为访问地源或者目的地。
存储器 --> 存储器
存储器 --> 外设
外设--> 存储器
DMA的意义
代替 CPU 搬运数据，为 CPU 减负
1. 数据搬运的工作比较耗时间；
2. 数据搬运工作时效要求高（有数据来就要搬走）；
3. 没啥技术含量（CPU 节约出来的时间可以处理更重要的事）。
DMA 控制器
STM32F103有2个 DMA 控制器，DMA1有7个通道，DMA2有5个通道。
一个通道每次只能搬运一个外设的数据！！ 如果同时有多个外设的 DMA 请求，则按照优先级进 行响应。
DMA的通道优先级
优先级管理采用软件+硬件：
软件： 每个通道的优先级可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级 最高级>高级>中级>低级
硬件： 如果2个请求，它们的软件优先级相同，则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权
DMA传输方式
DMA_Mode_Normal（正常模式）
一次DMA数据传输完后，停止DMA传送 ，也就是只传输一次
DMA_Mode_Circular（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。 也就是多次传输模式
指针递增模式
外设和存储器指针在每次传输后可以自动向后递增或保持常量。当设置为增量模式时，下一个要 传输的地址将是前一个地址加上增量值。
这里有两种情况：
第一种情况，每次传输之后，源和目标都需要指针移位：
第二种情况，每次传输之后，源需要指针移位而目标不需要，比如目标是串口发送/接收寄存器时：
实验1 从内存到内存的搬运
需求
使用DMA的方式将数组A的内容复制到数组B中，搬运完之后将数组B的内容打印到屏幕
使用到的库函数
1. HAL_DMA_Start
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength)参数一：DMA_HandleTypeDef *hdma，DMA通道句柄
参数二：uint32_t SrcAddress，源内存地址
参数三：uint32_t DstAddress，目标内存地址
参数四：uint32_t DataLength，传输数据长度。注意：需要乘以sizeof(uint32_t)
返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
2. __HAL_DMA_GET_FLAG
#define __HAL_DMA_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (DMA1->ISR & (__FLAG__))参数一：HANDLE，DMA通道句柄
参数二：FLAG，数据传输标志。DMA_FLAG_TCx表示数据传输完成标志
返回值：FLAG的值（SET/RESET）
CubeMX
1. 惯例配置+开一路串口
2. 点击左侧的DMA，选择右侧的Mem to Mem:
3. 点击左下角的ADD：
3.1 在上方选择MENTOMEN
3.2 在上图的右侧，可以分别选择 通道；方向；软件优先级，此处暂不调整
3.3 在上图的下方，可以设置模式（正常 or 循环传输)；是否指针递增（对于内存到内存，显然两边都需要递增）；数据宽度，此处暂不调整
4. 惯例设置创建代码
Keil
1. 打开MIRO-LIB
2. 代码实现：
#include "stdio.h"
#define BUF_SIZE 16
uint32_t srcBuf[BUF_SIZE] = {
0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
}; // 源数组，每个元素4个字节，32位
uint32_t desBuf[BUF_SIZE]; //目标数组
int fputc(int ch, FILE *f)
{
unsigned char temp[1]={ch};
HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);
return ch;
}
int main(void)
{
int i;
HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1, (uint32_t)srcBuf, (uint32_t)desBuf, sizeof(uint32_t) * BUF_SIZE); // 开启数据传输 其实srcBuf和desBuf已经是这个类型了，但是还是需要强转来消除警告
while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET); // 等待数据传输完成
for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++){ // 打印数组内容
printf("Buf[%d] = %X\r\n", i, desBuf[i]);
}
while (1)
{
}
}使用 uint32_t 来作为源数组和目标数组的类型是因为 5
实现效果
串口助手中：
实验2 从内存到外设的搬运
需求
使用DMA的方式将内存数据搬运到串口1发送寄存器，同时闪烁LED1。
使用到的库函数
1. HAL_UART_Transmit_DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)参数一：UART_HandleTypeDef *huart，串口句柄
参数二：uint8_t *pData，待发送数据首地址
参数三：uint16_t Size，待发送数据长度
返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
CubeMX
1. 惯例配置 + LED的GPIO + 开一路串口
2. 选择左侧的DMA，然后这次就在右侧出现的DMA侧，在左下角选择ADD，然后选择USART1_TX：
2.1 再上图下方依然可以设置模式，是否指针偏移，数据宽度，可见，外设不需要指针偏移，因为一直指向串口的发送寄存器
4. 惯例设置创建代码
Keil
#define BUF_SIZE 1000
unsigned char sendBuf[BUF_SIZE]; // 待发送的数据
int main(void)
{
int i;
for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++){ // 准备数据
sendBuf[i] = 'A';
}
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, sendBuf, BUF_SIZE); // 将数据通过串口DMA发送
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
HAL_Delay(100);
}
}实现效果
串口助手中：
可见，成功收到了由内存搬运来的1000个A
同时，单片机上的LED不断闪烁，从软件层面来理解就是，“数据发送到串口” 这一个数据搬运的动作不再由CPU负责（CPU负责闪烁LED1），而是由DMA负责
实验3 从外设到内存的搬运
需求
使用DMA的方式将串口接收缓存寄存器的值搬运到内存中，同时闪烁LED1。
使用到的库函数
1. __HAL_UART_ENABLE_IT //开启串口的空闲IDLE中断
参数一：HANDLE，串口句柄
参数二：INTERRUPT，需要使能的中断
返回值：无
2. HAL_UART_Receive_DMA //使能DMA的接收中断
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)参数一：UART_HandleTypeDef *huart，串口句柄
参数二：uint8_t *pData，接收缓存首地址
参数三：uint16_t Size，接收缓存长度
返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
3. __HAL_UART_GET_FLAG //获取串口Flag
#define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR & (__FLAG__)) == (__FLAG__))参数一：HANDLE，串口句柄
参数二：FLAG，需要查看的FLAG
返回值：FLAG的值
4. __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG //清除串口Flag
#define __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(__HANDLE__) __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(__HANDLE__)参数一：HANDLE，串口句柄
返回值：无
5. HAL_UART_DMAStop //关闭DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart)参数一：UART_HandleTypeDef *huart，串口句柄
返回值：HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
6. __HAL_DMA_GET_COUNTER //获取未传输的数据的大小
#define __HAL_DMA_GET_COUNTER(__HANDLE__) ((__HANDLE__)->Instance->CNDTR)参数一：HANDLE，串口句柄
返回值：未传输数据大小
CubeMX
1. 惯例配置 + 开一路串口 + LED1的GPIO + 打开串口中断
2. 选择左侧的DMA，然后这次就在右侧出现的DMA侧，在左下角选择ADD，然后选择USART1_RX 和 USART1_TX
依然要开启 USART1_TX 的原因是：本次实验是从外设（串口）搬运数据到内存，但是我不知道我有没有成功把数据搬到内存，所以还需要再使用上个实验的方法，把内存的数据再搬回串口，以查看程序是否正确运行！
2.1 再上图下方依然可以设置模式，是否指针偏移，数据宽度，可见，外设不需要指针偏移，因为一直指向串口的发送寄存器
2.2 此时打开NVIC设置，可以看到，DMA的中断已经自动打开了，在程序中只需要使能一下就可以使用：
3. 惯例配置生成代码：
Keil
如何判断串口接收是否完成？如何知道串口收到数据的长度？
使用串口空闲中断（IDLE）！
串口空闲时，触发空闲中断；空闲中断标志位由硬件置1，软件清零
利用串口空闲中断，可以用如下流程实现DMA控制的任意长数据接收：
1. 使能IDLE空闲中断；
2. 使能DMA接收中断；
3. 收到串口接收中断，DMA不断传输数据到缓冲区；
4. 一帧数据接收完毕，串口暂时空闲，触发串口空闲中断；
5. 在中断服务函数中，清除中断标志位，关闭DMA传输（防止干扰）；
6. 计算刚才收到了多少个字节的数据。
7. 处理缓冲区数据，开启DMA传输，开始下一帧接收。
在main.c中：
uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE]; // 接收数据缓存数组
uint8_t rcvLen = 0; // 接收一帧数据的长度
int main(void)
{
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 使能IDLE空闲中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuf,100); // 使能DMA接收中断
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
HAL_Delay(300);
}
}在main.h中：
#define BUF_SIZE 100在stm32f1xx_it.c中：
extern uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE];
extern uint8_t rcvLen;
void USART1_IRQHandler(void)
{
if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) == SET)){ // 判断IDLE标志位是否被置位
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);// 清除标志位
HAL_UART_DMAStop(&huart1); // 停止DMA传输，防止干扰
uint8_t temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
rcvLen = BUF_SIZE - temp; //计算数据长度
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rcvBuf, rcvLen);//发送数据
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rcvBuf, BUF_SIZE);//开启DMA
}
}为什么要把代码写在 USART1_IRQHandler() 中，而不像之前那样继续跳转找到 HAL_UART_RxCpltCallback 接收中断回调函数并在main.c中重写呢？
参考产品手册P538：
可见，能触发串口中断的事件有很多，其中就有“检测到空闲线路”这个事件，也就是串口的空闲中断，问题在于：HAL库中没有封装针对串口空闲中断的回调函数！
反观之前串口的流程图：
所有串口中断，只要使能之后，一旦发生对应事件触发中断，就会进入中断处理函数，然后进入HAL库的中断处理函数，在HAL库的中断处理函数中判断是什么中断从而跳转到对应的回调函数，对于上图来说，发生的是接收完成的中断，因此会调用接收完成的回调函数，但是由于HAL库没有封装空闲中断的回调函数，所以肯定不能把对应代码写在接收完成回调函数里！
解决方式1：简单粗暴，既然所有中断都会进入最开始的中断处理函数，且现在中断触发后要执行的代码也不是很复杂，那就可以直接把代码写在void USART1_IRQHandler()
解决方式2：参考这个博主，自己手动完善HAL库，添加空闲中断的回调函数，这样就可以和之前一样在main函数中重写，并把代码写在main函数重写过的回调函数里了
stm32: 串口空闲中断的实现(HAL库)_hal_uart_idlecpltcallback_哈搭石的博客-CSDN博客
实现效果
在串口助手中：
发送223232，会收到发回的223232，说明DMA成功将数据从外设搬到了内存，并又搬回了外设。
同时，依然可以看到LED1在不停的闪烁。