STM32单片机——DMA数据传输

DMA相关概述

• 参考文章：STM32 DMA详解

• 1. 什么是DMA
  令人头秃的描述
  　　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。
  简单描述：
  　　就是一个数据搬运工！！

• 2. 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）。

• 3. 搬运什么数据
  　　存储器： spi、usart、iic、adc 等基于APB1 、APB2或AHB时钟的外设
  　　外设： 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
  三种搬运方式：

  搬运方式	用途（案例）
  存储器→存储器	复制某特别大的数据buf
  存储器→外设	将某数据buf写入串口TDR寄存器
  外设→存储器	将串口RDR寄存器写入某数据buf

存储器→存储器

　　 存储器→外设

　　 外设→存储器

• 4. 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。
  　　DMA1有7个通道：
  　　
  　　DMA2有5个通道：
  　　　　
• 5. DMA及通道的优先级
  （1）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
  （2）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
• 6. DMA传输方式

  模式	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

• 7. 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。
  

实验一：内存到内存搬运

Cubemx工程配置

• 时钟配置
  1. 采用外部高速晶振
     
  2. 时钟树配置
     
• DMA配置
  
• 打开串口
  

Hal库程序设计及实现

• 常用库函数解析

  1. 开启DMA传输

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

     参数解析

     参数	解析
     返回值	HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
     DMA_HandleTypeDef *hdma	DMA通道句柄
     uint32_t SrcAddress	源内存地址
     uint32_t DstAddress	目标内存地址
     uint32_t DataLength	传输数据长度。注意：需要乘以sizeof(uint32_t)

  2. 获取DMA Flag的值

     #define __HAL_DMA_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__)   (DMA1->ISR & (__FLAG__))
     

     参数解析

     参数	解析
     返回值	FLAG的值（SET/RESET）
     __HANDLE__	DMA通道句柄
     __FLAG__	数据传输标志。DMA_FLAG_TCx表示数据传输完成标志，x表通道数

• Hal库程序设计

  // 源数组  放在flash内部
  const uint32_t srcBuf[16] = {
  		0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
  		0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
  		0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
  		0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
  };
  // 目标数组	放置在SRAM内
  uint32_t desBuf[16];
  
  
  //开启数据传输
   HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1, (uint32_t)srcBuf, (uint32_t)desBuf, 16 * sizeof(uint32_t));
  
  //等待数据传输完成
   while( __HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET );
   
   //打印目标数组内容
   HAL_UART_Transmit(&huart1,(const uint8_t *)desBuf, 16 * sizeof(uint32_t), 200);
  

• 串口打印目标数组
  

固件库程序设计及实现

• dma.c存储器和外设变量定义

  #defien BUF_SIZE 16
  //源数组  const表常量类型，数组buf放在flash中
  const uint32_t src_buf[BUF_SIZE]={
  		0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
  		0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
  		0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
  		0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
  };
  //目标数组   放置在SRAM中
  uint32_t des_buf[BUF_SIZE];
  

• M2M结构体配置

  void DMA_MTM_Init(void)
  {
  	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  	
  	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA时钟
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr =	(uint32_t)src_buf;		//外设地址
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr 	 = (uint32_t)des_buf;		//内存地址
  	DMA_InitStructure.DMA_DIR 				 = DMA_DIR_PeripheralSRC;	//传输方向
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize 		= BUF_SIZE  * 4;				//传输数量
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc 	= DMA_PeripheralInc_Enable;		//外设地址增量
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc 		= DMA_MemoryInc_Enable;			//存储器地址递增
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize= DMA_PeripheralDataSize_Byte;	//外设数据宽度 1字节 
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize 	= DMA_MemoryDataSize_Byte;		//存储器数据宽度 1字节
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_Mode 				= DMA_Mode_Normal;			//正常模式，发送一次
  	DMA_InitStructure.DMA_Priority 			= DMA_Priority_Low;			//优先级 低
  	DMA_InitStructure.DMA_M2M 				= DMA_M2M_Enable;			//使能MTM
  	
  	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);	//结构体初始化
  	DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);	 				//清除对应标志位
  	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);					//使能DMA1 通道1
  }
  

• M2M传输函数

  uint8_t Buffercmp(const uint32_t *pBuffer1, uint32_t *pBuffer2, uint32_t BufferLen )
  {
  	while(BufferLen--)
  	{
  		if( *pBuffer1 !=  *pBuffer2)	//对应的两个源数组不相等，返回0
  			return 0;
  		pBuffer1++;						//递增两个数据源的地址指针
  		pBuffer2++;
  	}
  	return 1;							//完成判断 并且对应数据相对
  }	
  

• 主函数程序设计

  //外部源数组、目标数组变量定义
  extern const uint32_t src_buf[BUF_SIZE];
  extern uint32_t des_buf[BUF_SIZE];
  int main(void)
  {	
  	
  	LED_Init();
  	Usart1_Init(115200);		//串口初始化
  	DMA_MTM_Init();				//M2M初始化																
  	Buffercmp(src_buf, des_buf, BUF_SIZE * 4);	//M2M传输数据
  	//串口打印目标数组数据
  	Usart_SendString(USART1,(unsigned char *)des_buf, BUF_SIZE * 4);
  	while(1)
  	{
  	
  	}
  }
  

实验二：内存到外设（DMA串口发送）

Cubemx工程配置

• 时钟及串口配置（同上）
• 串口DMA配置
  

Hal库程序设计及实现

• 串口DMA发送函数解析

  HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)
  

  参数解析

  参数	解析
  返回值	HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
  UART_HandleTypeDef *huart	串口句柄
  const uint8_t *pData	待发送数据首地址
  uint16_t Size	发送数据长度

• DMA串口发送程序设计

  #include 
  
  //发送缓存
  unsigned char sendBuf[128] = "send by DMA\r\n";
  unsigned char sendBuf[128] = "send by DMA\r\n";
  
  //DMA发送数据，此过程不消耗CPU
  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, sendBuf, strlen((const char *)sendBuf));
  

固件库程序设计

• 参考博文：STM32—DMA功能讲解串口发送
• dma.c dma结构体配置

  #define SEND_SIZE	16							//USART_DMA
  #define USART1_DR_ADDR 	(USART1_BASE + 0x04)	//串口发送寄存器
  
  //发送数据变量定义
  uint8_t send_buf[SEND_SIZE] = "0123456789ABCDEF";
  
  void USART1_DMATx_Init(void)
  {
  	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  	
  	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA时钟
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr 	= (uint32_t)send_buf;			//内存地址
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr= (uint32_t)USART1_DR_ADDR;		//外设地址
  	DMA_InitStructure.DMA_DIR 				= DMA_DIR_PeripheralDST;		//传输方向
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize 		= SEND_SIZE ;					//传输数量
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc 	= DMA_PeripheralInc_Disable;	//外设地址不变
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc 		= DMA_MemoryInc_Enable;			//存储器地址递增
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize= DMA_PeripheralDataSize_Byte;	//外设数据宽度 1字节 
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize 	=	DMA_MemoryDataSize_Byte;	//存储器数据宽度 1字节
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_Mode 				= DMA_Mode_Normal;				//正常模式，发送一次
  	DMA_InitStructure.DMA_Priority 			= DMA_Priority_Low;				//优先级 低
  	DMA_InitStructure.DMA_M2M 				= DMA_M2M_Disable;				//失能MTM
  	
  	DMA_Init(DMA1_Channel4, &DMA_InitStructure);	//结构体初始化
  	DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);	 				//清除对应标志位
  	DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE);					//使能DMA1 通道4
  	
  }
  

• main.c 使能串口DMA数据传输

  USART1_DMATx_Init();					//串口DMA发送初始化
  USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Tx , ENABLE );	//使能串口DMA发送请求
  

实验三：外设到内存（DMA串口接收）

DMA接收Cubemx工程配置

• 时钟及串口配置（同上）
• 串口DMA配置
  
• 开启串口中断
  

串口DMA接收相关函数解析

• 1使能IDLE空闲中断

  #define __HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__)   ............
  

  参数解析

  参数	解析
  __HANDLE__	串口句柄
  __INTERRUPT__	需要使能的中断
  返回值	无

• 串口DMA接收函数

  HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
  

  参数解析

  参数	解析
  返回值	HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）
  UART_HandleTypeDef *huart	串口句柄
  uint8_t *pData	接收缓存首地址
  uint16_t Size	接收缓存长度

• 获取串口 Flag的值

  #define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR & (__FLAG__)) == (__FLAG__))
  

  参数解析

  参数	解析
  返回值	FLAG的值（SET/RESET）
  __HANDLE__	串口句柄
  __FLAG__	需要查看的FLAG

• 清除串口IDLE标识

  #define __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(__HANDLE__) __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(__HANDLE__)
  

  参数	解析
  __HANDLE__	串口句柄
  返回值	无

• 关闭串口DMA

  HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart)
  

  参数	解析
  UART_HandleTypeDef *huart	串口句柄
  返回值	HAL_StatusTypeDef，HAL状态（OK，busy，ERROR，TIMEOUT）

• 获取未传输数据大小

  #define __HAL_DMA_GET_COUNTER(__HANDLE__) ((__HANDLE__)->Instance->CNDTR)
  

  参数	解析
  __HANDLE__	串口句柄
  返回值	未传输数据大小

DMA串口接收Hal库代码实现

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

#define BUF_SIZE 128

//DMA接收缓存变量定义
unsigned char rcvBuf[BUF_SIZE] = {0};
unsigned char rcvLen = 0;		//接收字节数

main.c初始化
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);			//使能IDLE空闲中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rcvBuf, BUF_SIZE);		//使能DMA接收中断	

//中断服务函数中，清除中断标志位，关闭DMA传输,计算数据接收长度并操作数据
void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
	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);			//清除中断标志位
		HAL_UART_DMAStop(&huart1);					//关闭DMA传输
		rcvLen = BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);		//计算收到的字节数
		
		//处理缓冲区数据 若程序复杂可立flag 在 while(1) 中处理
		HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,rcvBuf,rcvLen);	
		if(strstr((const char *)rcvBuf,"open") != NULL)
			HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,GPIO_PIN_RESET);
		if(strstr((const char *)rcvBuf,"close") != NULL)
			HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,GPIO_PIN_SET);
		
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rcvBuf, BUF_SIZE);	//开启DMA传输
	}	
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

DMA串口接收固件库程序设计

• 参考博文1：STM32_串口的DMA接收
• 参考博文2：STM32实现DMA接收串口数据
• dma结构体配置

  //USART_DMA_R 接收缓存
  uint8_t receive_buf[16] ={'\0'};
  
  //USART1_DMA_Receive
  void USART1_DMARx_Init(void)
  {
  	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  	
  	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA时钟
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr 	 = (uint32_t)receive_buf;	//内存地址
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr =(uint32_t)USART1_DR_ADDR;	//外设地址
  	DMA_InitStructure.DMA_DIR 				 = DMA_DIR_PeripheralSRC;	//传输方向
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize 		 = 16;						   //传输数量
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc 	 = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外设地址不变
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc 		 = DMA_MemoryInc_Enable;	   //存储器地址递增
  	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据宽度 1字节 
  	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize 	 = DMA_MemoryDataSize_Byte;	  //存储器数据宽度 1字节
  	
  	DMA_InitStructure.DMA_Mode 			= DMA_Mode_Normal;		//循环接收
  	DMA_InitStructure.DMA_Priority 		= DMA_Priority_High;	//优先级 高
  	DMA_InitStructure.DMA_M2M 			= DMA_M2M_Disable;		//失能MTM
  	
  	DMA_Init(DMA1_Channel5, &DMA_InitStructure);	//结构体初始化
  	DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC5);	 				//清除对应标志位
  	DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE);					//使能DMA1 通道5
  }
  

• 主函数程序设计

  uint8_t DMARx_flag = 0;					//中断标志
  extern uint8_t receive_buf[128];		//外部USART_DMA 接收缓存
  int main()
  {
  	Usart1_Init(115200);				//串口初始化 115200
  	//USRAT_DMA
  	USART1_DMARx_Init();				//初始化DMA接收
  	USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Rx , 	ENABLE);//使能串口DMA接收请求
  	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE,  ENABLE);	//使能空闲中断
  	while(1)
  	{
  		
  	}
  }
  

• 串口中断程序设计

  void USART1_IRQHandler ( void ) 
  {
      u16 Usart1_Rec_Cnt = 0;
  
      if ( USART_GetITStatus ( USART1, USART_IT_IDLE ) != RESET )	//检查是否发生空闲中断
  	{
          USART1->SR;
          USART1->DR;					// 清USART_IT_IDLE标志
  		USART_ClearITPendingBit ( USART1, USART_IT_IDLE ); 	// 清除中断标志
          DMA_Cmd ( DMA1_Channel5, DISABLE );		//关闭DMA传输，进行数据处理，数据处理完再开启
   
          // 计算接收到的数据帧长度
          Usart1_Rec_Cnt = 16 - DMA_GetCurrDataCounter ( DMA1_Channel5);
          printf ( "The length is %d\r\n", Usart1_Rec_Cnt );
          printf ( "The data is %s", receive_buf );
  		Usart1_Rec_Cnt = 0;
  		memset(receive_buf,'\0',16);
  			
          DMA_SetCurrDataCounter( DMA1_Channel5, 16 );	//清除counter计数器
          DMA_Cmd ( DMA1_Channel5, ENABLE );
  			
  		//		DMARx_flag = 1;							//中断标志位
      }
  }
  

写在最后

• 以上就是关于STM32单片机——DMA数据传输的相关理论及例程验证，欢迎评论区友好交流批评指正！！！