【stm32】DMA的介绍与使用

1、DMA简介

• DMA（Direct Memory Access）直接存储器存取
  • 可以直接访问STM32内部存储器，包括运行内存SRAM、程序存储器Flash和寄存器等
• DMA可以提供外设和存储器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
  • 外设：指的是外设寄存器（一般是外设数据寄存器DR，如ADC的数据寄存器、串口的数据寄存器）
  • 存储器：指运行内存SRAM和程序存储器Flash（存储变量数组和程序代码）
• 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和特定的硬件触发
  • 软件触发：一般使用存储器到存储器
  • 硬件触发：一般使用外设到存储器
• STM32F103C8T6 DMA资源：DMA1（7个通道）

2、存储器映像

计算机系统的5大组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备
运算器、控制器统称为CPU

3、DMA框图

• DMA总线：用于访问各个存储器，内部多个通道，可以进行独立的数据转运
• 仲裁器：用于调度各个通道，防止产生冲突
• AHB从设备：用于配置DMA参数
• DMA请求：用于硬件触发DMA的数据转运

4、DMA基本结构

• 起始地址：外设端的起始地址和存储器端的起始地址（决定数据的方向）
• 数据宽度：指定一次转运要按多大的数据宽度来进行(字节Byte[8位]、半字HalfWord[16位]和字Word[32位])
• 地址是否自增：指定一次转运完成后，下一次转运，是不是要把地址移动到下一个位置去
• 传输计数器：自减计数器，计数器值即DMA转运的次数 ，减到0后，自增的地址会恢复到起始地址的位置，以方便之后DMA开始新一轮的转运
• 自动重装器：决定转运的模式，不重装为单次模式，重装为循环模式
  • 传输计数器减到0之后，是否要自动恢复到最初的值，如传输计数器值为5，如果不使用自动重装器，转运5次后，DMA转运结束，如果使用自动重装器，转运5次，计数器减到0后，会立即重装到初始值5，DMA再次开始转运数据
• 触发控制：决定DMA需要在什么时机进行转运。
  • M2M(Memory to Memory)决定选择哪个触发源,M2M = 1，DMA选择软件触发(ps:软件触发和循环模式不能同时使用，因为软件触发就是把传输计数器清零，循环模式是清零后自动重装，如果同时使用，DMA无法停止)；M2M = 0，DMA选择硬件触发（ADC，串口，定时器），硬件触发的转运，一般都与外设有关的转运，这些转运需要一定的时机,比如ADC转换完成、串口收到数据、定时时间到等，在硬件达到这些时机时，传一个信号过来，触发DMA进行转运。
• 开关控制：调用DMA_Cmd函数，当给DMA使能后，DMA准备就绪，可以进行转运
  • DMA可以转运的条件：1、开关控制，DMA_Cmd必须使能；2、传输计数器必须大于0；3、触发源，必须有触发信号

注意：写传输计数器时，必须要先关闭DMA，再进行

5、DMA请求

DMA触发部分：
EN位：EN=0，数据选择器不工作，EN=1，数据选择器工作
软件触发后面跟个M2M位的意思：当M2M位=1时，选择软件触发

PS:想使用某个硬件触发源，必须使用它所在的通道；使用软件触发，通道可以任意选择

6、数据宽度与对齐

源端宽度比目标宽度小时：

• 当源端和目标都是8位时，转运第一步，在源端的0位置，读数据B0，在自标的0位置，写数据B0，即把B0，从左边挪到右边，后续B1，B2，B3同理；
• 当源端是8位，目标是16位，在源端读B0，在目标写00B0，之后，读B1，写00B1等，后续同理
  • 总结：若目标的数据宽度比源端的数据宽度大，在目标数据前面多出来的空位补0
• 当源端是8位，目标是32位，同源端8位，目标16位处理方式相同

源端宽度比目标宽度大时：

• 当源端是16位，目标是8位，读B1BO，只写入B0；读B3B2，只写入B2，
  • 总结：将高位舍弃
• 其它方式依次类推。

7、数据转运+DMA（存储器到存储器的数据转运）

将SRAM里的数组DataA，转运到另一个数组DataB中

• 外设地址：DataA数组首地址 | 存储器地址：DataB数组的首地址
• 数据宽度：两个数组的类型都是uint8_t，按8位的字节传输
• 地址自增：数组DataA和DataB均自增
• 转运方向：存储器向存储器转运
• 传输计数器；转运7次，自动重装器不使用
• 触发控制：软件触发

程序编写：

// myDMA.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
/*
DMA 转运的3个条件
1、传输计数器大于0      Size > 0
2、触发源有触发信号 
3、DMA使能
*/uint16_t MyDMA_Size;void MyDMA_Init(uint32_t AddrA, uint32_t AddrB, uint16_t Size)
{MyDMA_Size = Size;// 开启DMA时钟RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = AddrA;// 外设起始地址DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;// 外设数据宽度--以字节方式传输DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable; // 外设地址是否自增--自增DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = AddrB;                      // 存储器起始地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; // 存储器数据宽度--以字节方式传输DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;         // 存储器地址是否自增--自增DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;              // 传输方向--外设站点到存储器站点DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = Size;                          // 缓存区大小，也是传输计数器--传输次数DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;                     // 传输模式，是否使用自动重装--不能和软件触发同时使用，选择不自动重装，计数减到0后停止DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;                     // 选择是否是存储器到存储器，即选择硬件触发还是软件触发DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;             // 优先级DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE); // 初始化不立刻转运，使用MyDMA_Transfer函数进行转运
}
// 调用此函数，再次启动一次DMA转运
void MyDMA_Transfer(void)
{//　重新给传输计数器赋值，先把DMA失能DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);        // DMA失能DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1, MyDMA_Size); // 传输计数器赋值DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);     // DMA 使能while (DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1) == RESET);// 等待转运完成DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);// 清除标志位
}
// 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();// DataA地址数据转运到DataB地址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);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);}
}

8、ADC连续扫描模式+DMA循环转运

左边为ADC扫描模式的执行流程：7个通道，触发一次后，7个通道依次进行AD转换，转换结果都放到ADC_DR数据寄存器中，需要在每个单独的通道转换完成后，进行一个DMA数据转运，并且目的地址进行自增，防止数据被覆盖。

DMA配置：

• 外设地址写入ADC_DR寄存器的地址，存储器地址，可以在SRAM中定义一个数组ADValue，把ADValue的地址当做存储器的地址
• 数据宽度：16位的半字传输
• 地址是否自增；外设地址不自增，存储器地址自增
• 传输方向：外设到存储器
• 传输计数器：通道有7个，计数7次
• 计数器是否自动重装，看ADC的配置，ADC如果是单次扫描，DMA的传输计数器可以不自动重装，如果ADC是连续扫描，DMA可以使用自动重装，在ADC启动下一轮转换时，DMA也启动下一轮转运，ADC和DMA同步工作
• 触发选择：ADC_DR的值是在ADC单个通道转换完成后才会有效，所以DMA转运的时机，需要和ADC单个通道转换完成同步，DMA的触发要选择ADC的硬件触发

程序编写：

// AD.c
// 使用软件触发ADC采集数据--->ADC硬件触发DMA转运数据到存储器
#include "stm32f10x.h"                  // Device headeruint16_t AD_Value[4];// ADC连续扫描模式+DMA循环转运
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);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ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;  // 使用扫描模式ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 4;ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR; // ADC DR的基地址，ADC采集到的数据存到此寄存器中DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; // 16位DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;// 外设地址不需自增DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)AD_Value; // 转运数据到的目的地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; // 16位DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  // 存储器地址自增DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 4;  //  传输次数-4个ADC通道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); // ADC 硬件触发只在DMA1的通道1上DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); // 开启ADC到DMA的输出ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_StartCalibration(ADC1);while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//ADC开始工作
}
//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);}
}