STM32数据的搬运工DMA

Posted 2021-06-28 韦东山

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了STM32数据的搬运工DMA相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

24.1关于 DMA

DMA(Direct Memory Access)直接内存访问，可以大大减轻CPU工作量。CPU根据代码内容执行指令，这些众多指令中，有的用于计算、有的用于控制程序、有的用于转移数据等。其中转移数据的指令，尤其是转移大量数据，会占用大量CPU。如果是把外设A的数据，传给外设B，这种情况其实不需要CPU一直参与，只需在A、B之间创建个通道，让它们自己传输即可。这就是DMA设计的目的，减少大量数据转移指令消耗CPU，DMA专注数据转移，CPU专注计算、控制。

DMA主要实现将A处的数据直接搬运到B处，这里的A、B可以是内存（内/外部SRAM等），也可以是外设（UART、I2C、SPI、ADC等），因此所有的场景如下三种：

内存到外设
外设到内存
内存到内存

无论是以上何种方式，都是先设置好DMA的数据源地址、数据目标地址、数据长度。设置好后，启动DMA就可以自动的把数据从源地址依次传输到目标地址。

24.1.2DMA 结构

STM32F1系列有两个DMA控制器，其中DMA2仅存在于大容量产品中。DMA1有7个通道，DMA2有5个通道，总计12个通道。如图 24.1.1 所示，为STM32F1系列DMA结构，可以把DMA分为三部分。

①DMA请求：外设想通过DMA传输数据，需要先向DMA控制器发送请求。外设向DMA控制器发送请求后，DMA控制器根据通道优先级依次处理请求，当轮到该外设时，返回应答信号给该外设，该外设收到应答信号，释放该请求，进行DMA数据传输，直至DMA传输结束；

②DMA通道：不同的外设，向不同DMA的不同通道发送请求，如图 24.1.2 和图 24.1.3 所示。比如ADC1想使用DMA，应向DMA1的通道1发送请求。DMA1的通道1，可以接收多个外设的请求（ADC1、TIM2_CH3、 TIM4_CH1），但同一时间只能接收一个；

③DMA优先级：当多个DMA通道，同时发来请求时，获取软件配置DMA_CCRx寄存器设置的优先级，依次响应。当软件配置优先级相同时，硬件优先级高的（通道编号小的）优先响应。有DMA2的产品中，DMA1的优先级高于DMA1。
在这里插入图片描述

DMA一次可传输的最多65536个数据，DMA在传输过程中会产生3个传输标志：半完成标志（Half Transfer，HT）、完成标志（Transfer Complete，TC）和错误标志（Transfer Error，TE）。每个标志会产生对应的中断信号，开发者可以通过这3个标志做对应程序处理。

假如有N个数据待DMA传输，设置到原地址和目的地址后，当收到一个传输请求DMA就会从原地址取出一个数据传输到目的地址，如果地址是外设则地址保持不变，若地址是内存则传输完一个数据之后地址自增一个数据单位。在传输过程中如果发生意外错误则会产生一个错误中断信号，当传输完成一半则会产生半传输完成中断，当全部数据都传输完成则会产生一个传输完成中断。

24.2 硬件设计

DMA为MCU内部资源，常与其它外设配合使用，不涉及新增硬件设计。

24.3 软件设计

24.3.1 软件设计思路

实验目的：本实验使用DMA，实现内部RAM中内存到内存的数据搬移，让读者体验DMA的基本用法。

初始化DMA：选择DMA通道、DMA传输方向、传输数据大小等；
启动DMA传输，注册传输完成回调函数；
对比传输前后的数据，检查是否传输成功；

本实验配套代码位于“5_程序源码\\16_搬运工—DMA\\”。

24.3.2 软件设计讲解

DMA初始化
DMA内存到内存的初始化比较简单，如代码段 24.3.1 所示。

代码段 24.3.1 DMA 初始化（driver_dma.c）

/*
* 函数名：void DMA_M2M_Init(void)
* 输入参数：无
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：初始化 DMA_Channel1，配置为内存-内存模式，每次搬移一个 word 即 4bytes
*/
void DMA_M2M_Init(void) {
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); // 使能 DMA1 时钟
hdma.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY; // 内存->内存模式
hdma.Init.PeriphInc = DMA_PINC_ENABLE; // 外设地址递增
hdma.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; // 内存地址递增
hdma.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD; // 外设数据以字对齐
hdma.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD; // 内存数据以字对齐
hdma.Init.Mode = DMA_NORMAL; // DMA 正常传输模式
hdma.Init.Priority = DMA_PRIORITY_VERY_HIGH; // 设置 DMA 传输中优先级非常高
hdma.Instance = DMA1_Channel1; // 选择 DMA 通道 1
// 使用库函数初始化 DMA 的配置
if(HAL_DMA_Init(&hdma) != HAL_OK)
{
Error_Handler(); }
// 注册传输完成和传输错误回调函数
HAL_DMA_RegisterCallback(&hdma, HAL_DMA_XFER_CPLT_CB_ID, TransferComplete);
HAL_DMA_RegisterCallback(&hdma, HAL_DMA_XFER_ERROR_CB_ID, TransferError);
// 配置 DMA 的中断优先级及其使能
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn); }

10行：使能DMA1时钟；
12行：设置DMA的传输方向，这里为内存到内存；
13行：设置外设地址递增，这里不涉及外设，任意设置；
14行：设置内存地址递增，即DMA每传输一个数据，地址自动递增，下次传输下个地址数据；
15行：设置外设数据数据宽度，这里不涉及外设，任意设置；
16行：设置内存数据数据宽度，这里设置宽位为按字（16位）传输；
17行：设置DMA工作模式，支持循环传输，这里设置为默认的单次传输；
18行：设置DMA优先级为非常高；
19行：选择使用DMA1通道1；  21~25行：DMA初始化；
27~29行：注册传输完成和传输错误的回调函数；
32行：配置DMA1通道1的中断优先级；
33行：使能DMA1通道1的中断；

启动DMA传输
初始化完成后，便可使用HAL库提供的“HAL_DMA_Start()”或“HAL_DMA_Start_IT()”启动传输，本示例用到了中断，因此使用后者，如代码段 24.3.2 所示。

代码段 24.3.2 启动 DMA 传输（driver_dma.c）

/*
* 函数名：void DMA_M2M_Start(uint32_t *srcAddr, uint32_t *dstAddr, uint16_t bufsz
* 输入参数：srcAddr-数据原地址
* dstAddr-DMA 搬移的目的地址
* bufsz-DMA 搬移的数据大小，单位是初始化的时候选择的：byte,half-word,word
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：初始化 DMA_Channel1，配置为内存-内存模式，每次搬移一个 word 即 4bytes
*/
void DMA_M2M_Start(uint32_t *srcAddr, uint32_t *dstAddr, uint16_t bufsz)
{
if (HAL_DMA_Start_IT(&hdma, (uint32_t)srcAddr, (uint32_t)dstAddr, bufsz) != HAL_OK)
{
Error_Handler(); } }

数据的传输有三要素：源地址、目标地址、传输长度。“HAL_DMA_Start_IT()”也遵循这个原则，参
数分别为：

hdma：指向DMA_HandleTypeDef结构的指针，该结构包含指定DMA通道的配置信息；
SrcAddress：数据要传输的源地址；
DstAddress：数据要传输的目标地址；
DataLength：传输的数据长度；

实现回调函数
DMA传输完成或者传输过程中发生错误，将回调前面注册的回调函数，这里实现回调函数的处理内容，如代码段 24.3.3 所示。

代码段 24.3.3 实现 DMA 回调函数（（driver_dma.c）

*
* 函数名：void TransferComplete(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
* 输入参数：DmaHandle-DMA 句柄
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：如果 DMA 传输完成且不发生错误，则在此函数将传输完成标志置一
*/
static void TransferComplete(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
{
transferCompleteDetected = 1; }
/*
* 函数名：void TransferError(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
* 输入参数：DmaHandle-DMA 句柄
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：如果 DMA 传输过程中发生错误，则在此函数中将传输错误标志置一
*/
static void TransferError(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
{
transferErrorDetected = 1; }
//DMA1 通道 11 中断入口
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma); }

8~11行：如果DMA传输完成且不发生错误，则在此函数将传输完成标志“transferCompleteDetected”置1；
20~23行：如果DMA传输过程中发生错误，则在此函数中将传输错误标志“transferErrorDetected”置1；
26~29行：DMA1通道11中断入口；

主函数控制逻辑
在主函数中，首先准备待发送的数据，然后使用DMA将准备的数据发送到目标位置。传输完成后，对比源数据和目标数据是否一致，判断是否发送成功，如代码段 24.3.4 所示。

代码段 24.3.4 主函数控制逻辑（main.c）

// 初始化 DMA
DMA_M2M_Init();
// 初始化 USART1，设置波特率为 115200
UsartInit(115200);
// 初始化按键
KeyInit();
printf("**********************************************\\n\\r");
printf("-->百问科技：www.100ask.net\\n\\r");
printf("-->DMA-DMA 实验\\n\\r");
printf("**********************************************\\n\\r");
while(1) {
if(step==0x00) // 按键按下
{
step = 0xFF;
transferCompleteDetected = 0;
transferErrorDetected = 0;
DMA_M2M_Start(srcBuffer, dstBuffer, 20); // DMA 开始传输
}
if(transferCompleteDetected==1) // 检测到传输完成
{
transferCompleteDetected = 0;
for(i=0;i<20;i++) // 逐个比较目标数据和源数据是否一致，以判断是否传输出错
{
if(dstBuffer[i] != srcBuffer[i])
{
printf("DMA 在数据传输过程中发生数据搬移错误\\n\\r"); }
else
{
printf("WriteBuffer: 0x%x \\t ReadBuffer: 0x%x OK!\\n\\r", srcBuffer[i], dstBuffer[i]); } }
run_cnt++;
memset((uint32_t*)dstBuffer, 0, sizeof(uint32_t)*20); }
else if(transferErrorDetected==1) // 检测到传输错误
{
transferErrorDetected = 0;
printf("DMA 在数据传输过程中发生传输错误\\n\\r"); } }