嵌入式基础知识-DMA

本篇来介绍DMA的一些基础知识。

1 DMA简介

DMA（Direct Memory Access）,中文名为直接内存访问，它是一些计算机总线架构提供的功能，能使数据从附加设备（如磁盘驱动器）直接发送到计算机主板的内存上。对应嵌入式处理器来说，DMA可以提供外设和存储器之间，或存储器与存储器之间的高速数据传输，无须CPU干预，节省了CPU的资源。

1.1 DMA传输的4种情况

DMA涉及的数据传输分为四种情况：

• 外设到内存
• 内存到外设
• 内存到内存
• 外设到外设

它们本质上是一样的，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。

1.2 典型的DMA结构

典型的DMA控制器的结构示意图如下：

DMA控制器内部包含4中寄存器/计数器：

• 地址寄存器：包括源地址和目的地址寄存器
• 状态寄存器：用于寄存DMA传输前后的状态
• 控制寄存器：用于选择DMA控制器的操作类型、工作方式、传输方向和有关参数
• 字节计数器：用于控制传输数据块的长度

DMA控制器需要连接包括：

• 与外设连接：用于接受外设发出的DMA操作请求和在DMA期间对外设进行控制
• 与CPU连接：用于请求总线的控制权
• 与三大总线连接：用于进行总线控制

DMA控制器可以像CPU那样获得总线的控制权，因此可以完成外设与存储器之间的数据高速交换。

如下图，当外设需要与存储器之间进行DMA传输时由DMA控制器提出总线请求，从CPU获得总线授权后，由DMA控制器控制数据的传输。

2 STM32中的DMA

2.1 STM32的DMA资源概述

STM32F103内部有2 个DMA控制器：

• DMA1有7个通道
• DMA2有5个通道，仅存大容量产品中

每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。

此外，每个DMA还有一个仲裁器来协调各个请求的优先权。

STM32F103中的DMA有以下一些特性：

• 独立的源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字)
• 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)
• 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

2.2 STM32的DMA框图

STM32F103的DMA框图如下：

• ①代表DMA请求：当外设准备通过DMA传输数据时，需先给DMA控制器发送请求。
• ②代表DMA通道：DMA1有7 个，DMA2有 5个，虽然每个通道可以接收多个外设的请求，但是同一时间只能接收一个。
• ③代表总裁器：用于处理当发生多个 DMA 通道请求时的响应顺序。仲裁器管理 DMA 通道请求分为两个阶段：
  • 第一阶段：软件阶段，可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级：非常高，高，中，低
  • 第二阶段：硬件阶段，若两个及以上的DMA通道请求设置的优先级一样，则取决于通道编号，越低优先权越高

3 总结

本篇介绍了DMA的一些基础知识，包括DMA传输的4种情况、典型的DMA结构以及STM32的DMA相关基础介绍。