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标题: STM32-15-DMA [打印本页]

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作者: 农妇山泉一亩田    时间: 2024-6-14 22:28
标题: STM32-15-DMA
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STM32-15-DMA

1. DMA与中断的区别

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问） 和中断是两种不同的机制，用于管理盘算机体系中外围设备与处理器之间的数据传输和处理。
1. DMA

工作原理：

• 独立传输：DMA允许外设直接与体系内存交换数据，而不必要通过处理器（CPU）。当必要大量数据传输时，DMA控制器接受传输任务，释放CPU去执行其他任务。
  
• 传输过程：DMA传输数据时，CPU启动DMA传输，然后DMA控制器接受整个传输过程。传输完成后，DMA控制器通过中断通知CPU传输完成。
  

作用：

• 提高服从：DMA淘汰了CPU在数据传输过程中的参与，使得CPU可以或许执行其他任务，从而提高体系的整体服从。
  
• 淘汰耽误：由于DMA可以独立进行传输，因此数据传输的耽误更低，特殊是在处理大块数据时。
  
• 应用场景：DMA广泛应用于音频、视频数据流、网络数据包的传输、存储设备的数据读写等场景。
  

对程序的影响：

• 复杂度增长：引入DMA必要对DMA控制器进行配置，可能增长程序的复杂性。
  
• 同步题目：在DMA传输过程中，程序必要处理好数据同步题目，制止数据不一致性题目。
  

2. 中断

工作原理：

• 中断触发：中断是外设通过中断信号通知CPU某个事故发生，如输入设备有新数据可读取，定时器到期等。
  
• 中断处理：CPU相应中断后，暂停当前任务，跳转到相应的中断处理程序（ISR）执行。当中断处理程序执行完毕后，CPU恢复先前任务的执行。
  

作用：

• 实时相应：中断机制使CPU可以或许实时相应外设事故，保证体系对外部事故的快速反应。
  
• 事故驱动：中断使得程序可以基于事故驱动，而不是定期轮询外设状态，从而节省CPU资源。
  
• 应用场景：键盘输入、鼠标移动、网络数据包到达、定时器事故等。
  

对程序的影响：

• 中断处理程序计划：中断处理程序必要尽可能简短、快速，制止长时间占用CPU。
  
• 中断优先级管理：体系中可能有多个中断源，必要合理计划中断优先级，以确保关键中断可以或许及时相应。
  
• 上下文切换开销：中断会引起上下文切换，带来一定的性能开销。
  

   总结
  

• DMA：适用于大量数据传输，低沉CPU负载，提高体系服从。
  
• 中断：适用于实时事故相应，保证体系对外部事故的快速处理。
  

  两者结合利用，可以构建高效、实时的嵌入式体系。比方，DMA用于大数据块的传输，而中断用于触发DMA传输和处理传输完成事故。
  2. DMA介绍

• DMA： 即直接存储器访问。DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开发一条直接传送数据的通路，能使CPU的服从大为提高。
  
• STM32F103内部有2个DMA控制器，DMA1有7个通道，DMA2有5个通道。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，还有一个仲裁器来调和各个DMA请求的优先权。
  
• 特性：
  
  
  
  • 每个通道都直接毗连专用的硬件DMA请求，每个通道都支持软件触发。这些功能通过软件来配置。
    
  • 在七个请求间的优先权可以通过软件编程设置，当软件雷同时，由硬件决定。
    
  • 独立的源和目标数据区的传输宽度，模仿打包和拆包的过程。源和目标地址必须按数据传输宽度对齐。
    
  • 支持循环的缓冲器管理。
    
  • 每个通道都有3个事故标志，这3个事故标志逻辑或成为一个单独的中断请求。
    
  • 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。
    
  • 可编程的数据传输数量最大为65535。
    
  
  

3. DMA结构框图

1. DMA框图

• ①DMA请求
  如果外假想要通过DMA来传输数据，必须先给DMA控制器发送DMA请求，DMA收到请求信号之后，控制器会给外设一个应答信号，当外设应答后且DMA控制器收到应答信号之后，就会启动DMA的传输，直到传输完毕。
  
• ②DMA通道
  DMA具有12个独立可编程的通道，此中DMA1有7个通道，DMA2有5个通道，每个通道对应不同的外设的DMA请求。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，不能同时接收多个。
  
• ③DMA优先级
  当发生多个DMA通道请求时，就意味着有先后相应处理的顺序题目，这个就由仲裁器管理。仲裁器管理DMA通道请求分为两个阶段。第一阶段属于软件阶段，可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个品级：非常高，高，中和低四个优先级。第二阶段属于硬件阶段，如果两个或以上的DMA通道请求设置的优先级一样，则他们优先级取决于通道编号，编号越低优先权越高，比如通道0高于通道1。在大容量产品和互联型产品中，DMA1控制器拥有高于DMA2控制器的优先级。
  

2. DMA处理过程

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种允许外设直接与体系内存进行数据传输的机制，不必要CPU的直接干预。以下是DMA处理过程的详细描述：
DMA处理过程

• 配置DMA控制器：
  
  
  
  • 源地址：设置数据传输的源地址（可以是外设寄存器地址或内存地址）。
    
  • 目标地址：设置数据传输的目标地址（可以是外设寄存器地址或内存地址）。
    
  • 传输方向：指定数据传输的方向，是从外设到内存，照旧从内存到外设。
    
  • 数据长度：设置必要传输的数据长度（字节数）。
    
  • 传输模式：选择传输模式，可以是单次传输、块传输或连续传输模式。
    
  
  
• 启动DMA传输：
  
  
  
  • 触发传输：在配置完成后，通过设置DMA控制器的启动位，开始数据传输。
    
  • 数据搬运：DMA控制器接受数据传输任务，将数据从源地址搬运到目标地址。这个过程中，DMA控制器直接与内存控制器和外设总线进行交互，不必要CPU干预。
    
  
  
• 中断通知：
  
  
  
  • 传输完成中断：数据传输完成后，DMA控制器产生中断信号，通知CPU传输已经完成。CPU执行相应的中断服务程序（ISR）处理后续任务。
    
  • 错误处理：如果在传输过程中发生错误（如总线错误），DMA控制器也会产生中断，通知CPU进行错误处理。
    
  
  

3. DMA通道

DMA1通道与外设的对应关系

DMA2通道与外设的对应关系

4. DMA相关寄存器

寄存器名称作用DMA_CCRxDMA通道x配置寄存器用于配置DMA（焦点控制寄存器）DMA_ISRDMA中断状态寄存器用于查询当前DMA传输状态DMA_IFCRDMA中断标志清除寄存器用来清除DMA_ISR对应位DMA_CNDTRxDMA通道x传输数量寄存器用于控制DMA通道x每次传输的数据量DMA_CPARxDMA通道x外设地址寄存器用于存储STM32外设地址DMA_CMARxDMA通道x存储器地址寄存器用于存放存储器的地址USART_CR3USART控制寄存器3用于使能串口DMA发送

• DMA通道x配置寄存器（DMA_CCRx）
  
  
  
  
• DMA中断状态寄存器（DMA_ISR）
  
  
  
  
• DMA 中断标志清除寄存器（DMA_IFCR）
  
  
  
  
• DMA通道x传输数量寄存器（DMA_CNDTRx)
  
  
  
  该寄存器控制着DMA通道x的每次传输所要传输的数据量。其设置范围为0~65535。而且该寄存器的值随着传输的进行而淘汰，当该寄存器的值为0的时候就代表此次数据传输己经全部发送完成。可以通过这个寄存器的值来获取当前DMA传输的进度。
  
• DMA通道x外设地址寄存器（DMA_CPARx）
  
  
  
  用来存储 STM32 外设的地址。
  
• DMA通道x存储器地址寄存器（DMA_CMARx）
  
  
  
  用来存放存储器的地址。
  

5. DMA相关HAL库驱动

• 使能DMA时钟
  
  1. __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

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• 初始化DMA
  
  1. HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma);
  3. typedef struct
  4. {
  5. uint32_t Direction; /* 传输方向，例如存储器到外设 DMA_MEMORY_TO_PERIPH */
  6. uint32_t PeriphInc; /* 外设（非）增量模式，非增量模式 DMA_PINC_DISABLE */
  7. uint32_t MemInc; /* 存储器（非）增量模式，增量模式 DMA_MINC_ENABLE */
  8. uint32_t PeriphDataAlignment; /* 外设数据大小：8/16/32 位 */
  9. uint32_t MemDataAlignment; /* 存储器数据大小：8/16/32 位 */
  10. uint32_t Mode; /* 模式：循环模式/普通模式 */
  11. uint32_t Priority; /* DMA 优先级：低/中/高/非常高 */
  12. }DMA_InitTypeDef;
  14. __HAL_LINKDMA(&g_uart1_handler, hdmatx, g_dma_handle);

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• 使能串口的DMA发送，启动传输
  
  1. HAL_UART_Transmit_DMA()
  2.    
  3. HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart); /* 停止 */
  4. HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart); /* 暂停 */
  5. HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart); /* 恢复 */

  复制代码
• 查询DMA传输状态
  
  1. //查询DMA传输通道的状态
  2. __HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4);
  4. //获取当前传输剩余数据量
  5. __HAL_DMA_GET_COUNTER(&g_dma_handle);
  7. //设置对应的DMA数据流传输的数据量大小
  8. __HAL_DMA_SET_COUNTER (&g_dma_handle, 1000);

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• DMA中断利用
  
  1. //通用中断处理函数
  2. void HAL_DMA_IRQHandler();
  4. //相关中断回调函数
  5. //发送完成回调函数
  6. void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
  7. //发送一半回调函数
  8. void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
  9. //接收完成回调函数
  10. void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
  11. //接收一半回调函数
  12. void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
  13. //传输出错回调函数
  14. void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

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6. 代码实现

• 功能
  每按下按键KEY0,串口1就会以DMA方式发送数据，同时在LCD上面体现传送进度。打开串口调试助手，可以收到DMA发送的内容。LED0闪烁用于提示程序正在运行。
  
• DMA初始化函数
  
  1. void dma_init(DMA_Channel_TypeDef* DMAx_CHx)
  2. {
  3.     if((uint32_t)DMAx_CHx > (uint32_t)DMA1_Channel7)
  4.     {
  5.         __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
  6.     }
  7.     else
  8.     {
  9.         __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
  10.     }
  11.    
  12.     //将DMA与USART1连接起来
  13.     __HAL_LINKDMA(&g_uart1_handle, hdmatx, g_dma_handle);
  14.    
  15.    
  16.     g_dma_handle.Instance = DMAx_CHx;                   //USART1_TX使用的DMA通道为DMA_Channel4
  17.     g_dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //模式选择为从存储器到外设
  18.     g_dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;     //外设非增量模式
  19.     g_dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;         //存储器增量模式
  20.     g_dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; //外设数据长度为8位
  21.     g_dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;    //存储器数据长度为8位
  22.     g_dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;            //中等优先级
  23.    
  24.     HAL_DMA_Init(&g_dma_handle);
  25. }

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• 主函数
  
  1. int main(void)
  2. {
  3.     uint16_t i, k;
  4.     uint16_t len;
  5.     uint8_t  mask = 0;
  6.     float pro = 0;          /* 进度 */
  8.     HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
  9.     sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
  10.     delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
  11.     usart_init(115200);                 /* 串口初始化为115200 */
  12.     led_init();                         /* 初始化LED */
  13.     lcd_init();                         /* 初始化LCD */
  14.     key_init();                         /* 初始化按键 */
  15.     dma_init(DMA1_Channel4);            /* 初始化串口1 TX DMA */
  17.     lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
  18.     lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DMA TEST", RED);
  19.     lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
  20.     lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Start", RED);
  22.     len = sizeof(TEXT_TO_SEND);
  23.     k = 0;
  24.    
  25.     for (i = 0; i < SEND_BUF_SIZE; i++) /* 填充ASCII字符集数据 */
  26.     {
  27.         if (k >= len)   /* 入换行符 */
  28.         {
  29.             if (mask)
  30.             {
  31.                 g_sendbuf[i] = 0x0a;
  32.                 k = 0;
  33.             }
  34.             else
  35.             {
  36.                 g_sendbuf[i] = 0x0d;
  37.                 mask++;
  38.             }
  39.         }
  40.         else     /* 复制TEXT_TO_SEND语句 */
  41.         {
  42.             mask = 0;
  43.             g_sendbuf[i] = TEXT_TO_SEND[k];
  44.             k++;
  45.         }
  46.     }
  48.     i = 0;
  50.     while (1)
  51.     {
  52.         if (key_scan(0) == 1)       /* KEY0按下 */
  53.         {
  54.             printf("\r\nDMA DATA:\r\n");
  55.             lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Start Transimit....", BLUE);
  56.             lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "   %", BLUE);    /* 显示百分号 */
  58.             HAL_UART_Transmit_DMA(&g_uart1_handle, g_sendbuf, SEND_BUF_SIZE);
  59.             /* 等待DMA传输完成，此时我们来做另外一些事情，比如点灯  
  60.              * 实际应用中，传输数据期间，可以执行另外的任务
  61.              */
  62.             while (1)
  63.             {
  64.                 if ( __HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4))   /* 等待 DMA1_Channel4 传输完成 */
  65.                 {
  66.                     __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4);
  67.                     HAL_UART_DMAStop(&g_uart1_handle);                  /* 传输完成以后关闭串口DMA */
  68.                     break;
  69.                 }
  71.                 pro = DMA1_Channel4->CNDTR; /* 得到当前还剩余多少个数据 */
  72.                 len = SEND_BUF_SIZE;        /* 总长度 */
  73.                 pro = 1 - (pro / len);      /* 得到百分比 */
  74.                 pro *= 100;                 /* 扩大100倍 */
  75.                 lcd_show_num(30, 150, pro, 3, 16, BLUE);
  76.             }
  77.             lcd_show_num(30, 150, 100, 3, 16, BLUE);    /* 显示100% */
  78.             lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Transimit Finished!", BLUE); /* 提示传送完成 */
  79.         }
  81.         i++;
  82.         delay_ms(10);
  84.         if (i == 20)
  85.         {
  86.             LED0_TOGGLE();  /* LED0闪烁,提示系统正在运行 */
  87.             i = 0;
  88.         }
  89.     }
  90. }

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• 实验效果
  通过LCD屏可以看到数据传输的百分比，通过串口助手可以看到传输的数据
  
             
     
  

   声明：资料来源（战舰STM32F103ZET6开发板资源包）
  

• Cortex-M3权威指南(中文).pdf
  
• STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
  
• STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
  
• STM32F103ZET6（中文版）.pdf
  
• 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf
  

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