什么是DMA? STM32如何配置DMA?

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一、DMA简介

1、DMA简介

DMA(Direct Memory Access:直接内存存取)是一种可以大大减轻CPU工作量的数据转移方式。 CPU有转移数据、计算、控制程序转移等很多功能,但其实转移数据(尤其是转移大量数据)是 可以不需要CPU参与 。比如希望外设A的数据拷贝到外设B,只要给两种外设提供一条数据通路,再加上一些控制转移的部件就可以完成数据的拷贝。 DMA就是基于以上设想设计的,它的作用就是解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。有了DMA使CPU更专注于更加实用的操作–计算、控制等。

2、DMA的工作原理

DMA的作用就是实现数据的直接传输,而去掉了传统数据传输需要CPU寄存器参与的环节 ,主要涉及四种情况的数据传输,但本质上是一样的,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)。四种情况的数据传输如下:

外设到内存

内存到外设

内存到内存

外设到外设 当用户将参数设置好,主要涉及 源地址 、 目标地址 、 传输数据量 这三个,DMA控制器就会启动数据传输,传输的终点就是剩余传输数据量为0(循环传输不是这样的)。换句话说只要剩余传输数据量不是0,而且DMA是启动状态,那么就会发生数据传输。

3、DMA是否影响CPU的运行

在X86架构系统中,当DMA运作时(假设我们从磁盘拷贝一个文件到U盘),DMA实际上会占用系统总线周期中的一部分时间。也就是说,在DMA未开启前,系统总线可能完全被CPU使用;当DMA开启后,系统总线要为DMA分配一定的时间,以保证DMA和CPU同时运作。那么显然,DMA会降低CPU的运行速度。 在STM32控制器中,芯片采用Cortex-M3架构,总线结构有了很大的优化,DMA占用另外的总线,并不会与CPU的系统总线发生冲突。也就是说,DMA的使用不会影响CPU的运行速度。

二、STM32的DMA结构

1、DMA的主要特性

● 12个 独立的可配置的通道(请求)DMA1有7个通道,DMA2 有5个通道

● 每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求,每个通道都同样支持软件触发。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(共有四级:很高、高、中等和低),假如在相

等优先权时由硬件决定(请求0优先于请求1,依此类推) 。

● 独立的源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字),模拟打包和拆包的过程。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个事件标志(DMA 半传输,DMA传输完成和DMA传输出错),这3个事件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目:最大为65536 下面为功能框图:

2、两个DMA控制器结构

① DMA1 controller

② DMA2 controller

3、DMA寄存器列表

① 中断类

DMA_ISR:  DMA中断状态寄存器 DMA_IFCR:  DMA中断标志位清除寄存器 说明:DMA1、DMA2分别有一组寄存器。

② 控制传输类

DMA_CCRx:   DMA通道x配置寄存器 DMA_CNDTRx:  DMA通道x数据数量寄存器 DMA_CPARx:   DMA通道x外设地址寄存器 DMA_CMARx:  DMA通道x内存地址寄存器 说明:

每一个通道都有一组寄存器。

DMA_CPARx、DMA_CMARx是没有差别的,它们都可以存放外设的地址、内存的地址。DMA_CPARx、DMA_CMARx只不过起得名字有差别而已。

4、STM32的DMA工作特点

① DMA进行数据传输的必要条件

剩余传输数据量大于0,DMA通道传输使能通道上DMA数据传输有事件请求前两者都好理解,对于第三点确实需要详细的解释,请看下边的三条。

② 外设到XX方向的传输

假设是ADC到存储器的数据传输,显然ADC的DMA传输的源地址是ADC的数据寄存器。并不是说只要DMA通道传输使能后,就立即进行数据传输。只有当一次ADC转化完成,ADC的DMA通道的传输事件有效,DMA才会从ADC的数据寄存器读出数据,写入目的地址。当DMA在读取ADC的数据寄存器时,同时使ADC的DMA通道传输事件无效。显然,要等到下一次ADC转换完成后,才能启动再一次的数据传输。

③存储器对XX的DMA传输

因为数据是准备好的,不像ADC还需要等待数据到位。所以,不需要对应通道的事件。只要使能DMA数据传输就一直传输,直到达到设定的传输量。

example: 1.内存到内存, DMA传输请求一直有效 2.内存到串口, DMA传输请求一直有效 一种解释: 存储器对存储器的置位,就相当于相应通道的事件有效。对应通道的事件有效和存储器对存储器的置位,就是传输的触发位。每次传输的事件置位一次,完成一次传输。如果是由外设引发的DMA传输,则传输完成后,相应传输事件会置为无效,而存储器对存储器的传输,则一次传输完成后,相应事件一直有效,直至完成设定的传输量。

④外设以DMA方式工作时,能否再以软件方式进行操作? 有一点是肯定的,当外设以DMA方式正在数据传输时,不可能再相应CPU的软件控制命令,否则这不符合逻辑。 但是,倘若外设仅仅配置成DMA工作方式,但是DMA请求并未产生,数据传输并没有进行。此时,软件控制命令仍然能够对外设进行控制。这是笔者在串口以DMA方式发送数据情形下,所得到的测试结论。

总结:
每个通道都可以在有固定地址的外设寄存器和存储器地址之间执行DMA传输。DMA传输的数据
量是可编程的,最大达到65535。包含要传输的数据项数量的寄存器,在每次传输后递减。
可编程的数据量
外设和存储器的传输数据量可以通过DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位编程。
指针增量
通过设置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC标志位,外设和存储器的指针在每次传输后可以
有选择地完成自动增量。当设置为增量模式时,下一个要传输的地址将是前一个地址加上增量
值,增量值取决与所选的数据宽度为1、2或4。第一个传输的地址是存放在DMA_CPARx
/DMA_CMARx寄存器中地址。在传输过程中,这些寄存器保持它们初始的数值,软件不能改变
和读出当前正在传输的地址(它在内部的当前外设/存储器地址寄存器中)。
当通道配置为非循环模式时,传输结束后(即传输计数变为0)将不再产生DMA操作。要开始新的
DMA传输,需要在关闭DMA通道的情况下,在DMA_CNDTRx寄存器中重新写入传输数目。
在循环模式下,最后一次传输结束时,DMA_CNDTRx寄存器的内容会自动地被重新加载为其初
始数值,内部的当前外设/存储器地址寄存器也被重新加载为DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器设定的初始基地址。

通道配置过程

下面是配置DMA通道x的过程(x代表通道号):

  1. 在DMA_CPARx寄存器中设置外设寄存器的地址。发生外设数据传输请求时,这个地址将
    是数据传输的源或目标。
  2. 在DMA_CMARx寄存器中设置数据存储器的地址。发生外设数据传输请求时,传输的数
    据将从这个地址读出或写入这个地址。
  3. 在DMA_CNDTRx寄存器中设置要传输的数据量。在每个数据传输后,这个数值递减。
  4. 在DMA_CCRx寄存器的PL[1:0]位中设置通道的优先级。
  5. 在DMA_CCRx寄存器中设置数据传输的方向、循环模式、外设和存储器的增量模式、外设和存储器的数据宽度、传输一半产生中断或传输完成产生中断。
  6. 设置DMA_CCRx寄存器的ENABLE位,启动该通道。
    一旦启动了DMA通道,它既可响应连到该通道上的外设的DMA请求。
    当传输一半的数据后,半传输标志(HTIF)被置1,当设置了允许半传输中断位(HTIE)时,将产生一个中断请求。在数据传输结束后,传输完成标志(TCIF)被置1,当设置了允许传输完成中断位(TCIE)时,将产生一个中断请求

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