STM32的DMA入门指南：让单片机学会“自动搬运“数据

STM32的DMA入门指南：让单片机学会"自动搬运"数据

引言：CPU的烦恼

想象你是一个快递分拣员，每天要手动把成千上万的包裹从卡车搬到仓库。这时候如果有个自动传送带能帮你完成搬运工作，你就可以专心处理更重要的订单核对和异常件处理。在单片机世界里，CPU就扮演着这个"分拣员"的角色，而DMA（直接存储器访问）就是那条神奇的传送带。

一、DMA是什么？

DMA全称Direct Memory Access，中文名"直接存储器访问"。它就像单片机内部的"物流系统"，能让外设（比如ADC、SPI、UART）和内存之间直接传输数据，全程不需要CPU参与搬运工作。

为什么需要DMA？

• 解放CPU：传统方式传输1KB数据需要CPU执行上万条指令，DMA只需配置一次就能自动完成
• 提升效率：传输数据时CPU可以处理其他任务（比如同时控制电机和读取传感器）
• 降低功耗：CPU不用频繁唤醒处理数据搬运，特别适合低功耗场景

二、工作原理三步走

1. 配置阶段：告诉DMA要搬运什么数据（源地址、目标地址、数据量）
2. 启动传输：CPU发出开始指令后就可以去"摸鱼"了
3. 自动搬运：DMA控制器按照预设规则自动完成数据传输，传输完成后可以触发中断通知CPU

三、STM32配置实战（以串口发送为例）

硬件准备

• STM32开发板（以F1系列为例）
• USB转TTL模块
• 杜邦线若干

配置步骤（使用HAL库）

// 1. 定义DMA句柄
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;// 2. 初始化DMA参数
void DMA_Init(void) {hdma_usart1_tx.Instance = DMA1_Channel4;  // 对应USART1_TXhdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;  // 内存到外设hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;      // 外设地址不递增hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;          // 内存地址递增hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;  // 外设数据宽度hdma_usmart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;    // 内存数据宽度hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;                 // 普通模式（单次传输）hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;       // 优先级设置HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx);// 3. 关联DMA到串口__HAL_LINKDMA(&huart1, hdmatx, hdma_usart1_tx);
}// 4. 启动DMA传输
void Send_With_DMA(uint8_t *pData, uint16_t Size) {HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, pData, Size);
}

关键配置项解析

配置项	作用说明	典型值选择
Direction	数据传输方向	MEM→PERIPH/PERIPH→MEM
Memory/Periph Inc	地址是否自动递增	ENABLE/DISABLE
Data Alignment	数据宽度对齐	BYTE/HALFWORD/WORD
Mode	传输模式	NORMAL（单次）/CIRCULAR（循环）
Priority	通道优先级	LOW/MEDIUM/HIGH/VERY_HIGH

四、实际应用场景

场景1：串口持续发送数据

uint8_t big_data[1024] = {0};  // 假设要发送1KB数据// 初始化时配置DMA为循环模式
hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;// 主循环中只需更新数据
while(1) {update_data(big_data);      // 更新要发送的内容// DMA会自动持续发送，无需CPU干预
}

场景2：ADC连续采样

// 配置ADC为DMA连续转换模式
hadc1.Instance->CR2 |= ADC_CR2_DMA;
hadc1.DMA_Handle = &hdma_adc;// 启动ADC+DMA
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buffer, BUFFER_SIZE);// 现在CPU可以：
// - 处理按键输入
// - 控制LED显示
// - 进行数学计算
// 而ADC会持续采样并存入缓冲区

五、新手常见问题

Q1：DMA和中断可以同时用吗？
A：完全可以！可以在DMA传输完成后触发中断，实现"传输完成通知"功能。

Q2：使用DMA会占用CPU资源吗？
A：传输过程中CPU完全空闲，只有在配置DMA和响应中断时才会短暂占用。

Q3：数据量有限制吗？
A：单个传输最大支持65535个数据（16位计数器），超过需要分段传输。

Q4：调试技巧

• 使用CubeMX生成初始化代码
• 通过内存窗口观察数据传输情况
• 用逻辑分析仪抓取总线信号

六、进阶技巧

1. 双缓冲机制：准备两个缓冲区，交替进行数据采集和处理
2. 通道优先级：为关键任务分配高优先级DMA通道
3. 错误处理：配置DMA错误中断（传输超时、FIFO错误等）
4. 结合其他外设：用DMA实现SPI+FLASH的自动读写

结语

DMA就像给单片机装上了智能传送带，让数据搬运这种体力活完全自动化。刚开始配置时可能会觉得参数复杂，但只要记住"三要素"：

1. 数据方向（从哪里搬到哪里）
2. 地址变化（地址是否自动递增）
3. 传输模式（单次还是循环）

就能轻松玩转DMA。实际开发中建议先用CubeMX生成基础代码，再逐步理解每个参数的作用。记住：好的DMA配置，应该像设置自动咖啡机一样——设置一次，享受一整天的便利。