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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
- __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
- 初始化DMA
- HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma);
- typedef struct
- {
- uint32_t Direction; /* 传输方向，例如存储器到外设 DMA_MEMORY_TO_PERIPH */
- uint32_t PeriphInc; /* 外设（非）增量模式，非增量模式 DMA_PINC_DISABLE */
- uint32_t MemInc; /* 存储器（非）增量模式，增量模式 DMA_MINC_ENABLE */
- uint32_t PeriphDataAlignment; /* 外设数据大小：8/16/32 位 */
- uint32_t MemDataAlignment; /* 存储器数据大小：8/16/32 位 */
- uint32_t Mode; /* 模式：循环模式/普通模式 */
- uint32_t Priority; /* DMA 优先级：低/中/高/非常高 */
- }DMA_InitTypeDef;
- __HAL_LINKDMA(&g_uart1_handler, hdmatx, g_dma_handle);
- 使能串口的DMA发送，启动传输
- HAL_UART_Transmit_DMA()
-
- HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart); /* 停止 */
- HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart); /* 暂停 */
- HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart); /* 恢复 */
- 查询DMA传输状态
- //查询DMA传输通道的状态
- __HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4);
- //获取当前传输剩余数据量
- __HAL_DMA_GET_COUNTER(&g_dma_handle);
- //设置对应的DMA数据流传输的数据量大小
- __HAL_DMA_SET_COUNTER (&g_dma_handle, 1000);
- DMA中断利用
- //通用中断处理函数
- void HAL_DMA_IRQHandler();
- //相关中断回调函数
- //发送完成回调函数
- void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
- //发送一半回调函数
- void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
- //接收完成回调函数
- void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
- //接收一半回调函数
- void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
- //传输出错回调函数
- void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
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
- void dma_init(DMA_Channel_TypeDef* DMAx_CHx)
- {
- if((uint32_t)DMAx_CHx > (uint32_t)DMA1_Channel7)
- {
- __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
- }
- else
- {
- __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
- }
-
- //将DMA与USART1连接起来
- __HAL_LINKDMA(&g_uart1_handle, hdmatx, g_dma_handle);
-
-
- g_dma_handle.Instance = DMAx_CHx; //USART1_TX使用的DMA通道为DMA_Channel4
- g_dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //模式选择为从存储器到外设
- g_dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式
- g_dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式
- g_dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; //外设数据长度为8位
- g_dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE; //存储器数据长度为8位
- g_dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM; //中等优先级
-
- HAL_DMA_Init(&g_dma_handle);
- }
- 主函数
- int main(void)
- {
- uint16_t i, k;
- uint16_t len;
- uint8_t mask = 0;
- float pro = 0; /* 进度 */
- HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
- sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
- delay_init(72); /* 延时初始化 */
- usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
- led_init(); /* 初始化LED */
- lcd_init(); /* 初始化LCD */
- key_init(); /* 初始化按键 */
- dma_init(DMA1_Channel4); /* 初始化串口1 TX DMA */
- lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
- lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DMA TEST", RED);
- lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
- lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Start", RED);
- len = sizeof(TEXT_TO_SEND);
- k = 0;
-
- for (i = 0; i < SEND_BUF_SIZE; i++) /* 填充ASCII字符集数据 */
- {
- if (k >= len) /* 入换行符 */
- {
- if (mask)
- {
- g_sendbuf[i] = 0x0a;
- k = 0;
- }
- else
- {
- g_sendbuf[i] = 0x0d;
- mask++;
- }
- }
- else /* 复制TEXT_TO_SEND语句 */
- {
- mask = 0;
- g_sendbuf[i] = TEXT_TO_SEND[k];
- k++;
- }
- }
-
- i = 0;
- while (1)
- {
- if (key_scan(0) == 1) /* KEY0按下 */
- {
- printf("\r\nDMA DATA:\r\n");
- lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Start Transimit....", BLUE);
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, " %", BLUE); /* 显示百分号 */
- HAL_UART_Transmit_DMA(&g_uart1_handle, g_sendbuf, SEND_BUF_SIZE);
- /* 等待DMA传输完成，此时我们来做另外一些事情，比如点灯
- * 实际应用中，传输数据期间，可以执行另外的任务
- */
- while (1)
- {
- if ( __HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4)) /* 等待 DMA1_Channel4 传输完成 */
- {
- __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TC4);
- HAL_UART_DMAStop(&g_uart1_handle); /* 传输完成以后关闭串口DMA */
- break;
- }
- pro = DMA1_Channel4->CNDTR; /* 得到当前还剩余多少个数据 */
- len = SEND_BUF_SIZE; /* 总长度 */
- pro = 1 - (pro / len); /* 得到百分比 */
- pro *= 100; /* 扩大100倍 */
- lcd_show_num(30, 150, pro, 3, 16, BLUE);
- }
- lcd_show_num(30, 150, 100, 3, 16, BLUE); /* 显示100% */
- lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Transimit Finished!", BLUE); /* 提示传送完成 */
- }
- i++;
- delay_ms(10);
- if (i == 20)
- {
- LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁,提示系统正在运行 */
- i = 0;
- }
- }
- }
- 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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