DMA介绍
Q:什么是DMA?
DMA的意义
代替 CPU 搬运数据,为 CPU 减负。1. 数据搬运的工作比较耗时间;2. 数据搬运工作时效要求高(有数据来就要搬走);3. 没啥技术含量( CPU 节约出来的时间可以处理更重要的事)。
搬运什么数据?
存储器、外设
这里的外设指的是 spi 、 usart 、 iic 、 adc 等基于 APB1 、 APB2 或 AHB 时钟的外设,而这里的存储器包括自身的闪存(flash) 或者内存 (SRAM) 以及外设的存储设备都可以作为访问地源或者目的。
- 存储器→存储器(例如:复制某特别大的数据buf)
- 存储器→外设 (例如:将某数据buf写入串口TDR寄存器)
- 外设→存储器 (例如:将串口RDR寄存器写入某数据buf)
存储器→存储器
存储器→外设
外设→存储器
DMA的意义
代替 CPU 搬运数据,为 CPU 减负
1. 数据搬运的工作比较耗时间;
2. 数据搬运工作时效要求高(有数据来就要搬走);
3. 没啥技术含量(CPU 节约出来的时间可以处理更重要的事)。
DMA 控制器
STM32F103有2个 DMA 控制器,DMA1有7个通道,DMA2有5个通道。
一个通道每次只能搬运一个外设的数据!! 如果同时有多个外设的 DMA 请求,则按照优先级进 行响应。
DMA的通道优先级
优先级管理采用软件+硬件:
软件: 每个通道的优先级可以在DMA_CCRx寄存器中设置,有4个等级 最高级>高级>中级>低级
硬件: 如果2个请求,它们的软件优先级相同,则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权
DMA传输方式
DMA_Mode_Normal(正常模式)
一次DMA数据传输完后,停止DMA传送 ,也就是只传输一次
DMA_Mode_Circular(循环传输模式)
当传输结束时,硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装,进行下一轮的数据传输。 也就是多次传输模式
指针递增模式
外设和存储器指针在每次传输后可以自动向后递增或保持常量。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。
这里有两种情况:
第一种情况,每次传输之后,源和目标都需要指针移位:
第二种情况,每次传输之后,源需要指针移位而目标不需要(源数据发送给目标地址后,目标地址输出到外设上),比如目标是串口发送/接收寄存器时:
实验1 从内存到内存的搬运
使用DMA的方式将数组A的内容复制到数组B中,搬运完之后将数组B的内容打印到屏幕
1. HAL_DMA_Start
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength)
参数一:DMA_HandleTypeDef *hdma,DMA通道句柄
参数二:uint32_t SrcAddress,源内存地址
参数三:uint32_t DstAddress,目标内存地址
参数四:uint32_t DataLength,传输数据长度。注意:需要乘以sizeof(uint32_t)
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
2. __HAL_DMA_GET_FLAG
#define __HAL_DMA_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (DMA1->ISR & (__FLAG__))
参数一:HANDLE,DMA通道句柄
参数二:FLAG,数据传输标志。DMA_FLAG_TCx表示数据传输完成标志
返回值:FLAG的值(SET/RESET)
CubeMx
1.常规配置
SYS->Debug->Serial Wire
RCC->High Speed Clock(HSE)->Crystal/Ceramic Resonator
时钟树HSE、PLLCLK打开,HCLK设置成72MHz、
2.
3.创建代码
Keil
1. 打开Micro-LIB
2.程序代码
- 1. 开启数据传输
- 2. 等待数据传输完成
- 3. 打印数组内容
#include "stdio.h"#define SIZE 16uint32_t srcBuff[SIZE] = {
0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
}; // 源数组,每个元素4个字节,32位uint32_t desBuff[SIZE]; //目标数组int fputc(int ch, FILE *f)
{unsigned char temp[1]={ch};HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);return ch;
}int main(void)
{HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1, (uint32_t)srcBuff, (uint32_t)desBuff,sizeof(uint32_t)*SIZE); // 开启数据传输 其实srcBfuf和desBuff已经是这个类型了,但是还是需要强转来消除警告while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET); // 等待数据传输完成for (i = 0; i < SIZE; i++){ // 打印数组内容printf("Buff[%d] = %X\r\n", i, desBuff[i]);}while (1){}}
uint32_t
在大多数系统中占据 4 个字节(32 位)。由于在 C 和 C++ 中,一个字节被定义为 8 位,因此uint32_t
类型占据了 4 个字节,即 32 位。使用
uint32_t
作为DMA传输的源数组和目标数组的类型是基于特定的需求和硬件约束。DMA(Direct Memory Access,直接内存访问)是计算机系统中的一种数据传输技术,它允许外设(如网络适配器、磁盘控制器等)直接和系统内存进行数据传输,而不需要CPU的干预。为了实现高效的DMA传输,源数组和目标数组的类型需要满足以下要求:
内存对齐:许多DMA控制器要求数据在内存中按特定的方式对齐,通常是按字节对齐或者按特定的字节宽度对齐。
uint32_t
类型通常是32位宽度,可以满足大多数DMA控制器对于内存对齐的要求。数据宽度:DMA传输通常是按字节、半字(16位)或全字(32位)进行的。使用
uint32_t
类型作为源数组和目标数组的类型,可以保证传输的数据宽度与DMA控制器的要求相匹配,从而实现高效的数据传输。数据表示范围:如果源数据或目标数据的取值范围超过了
uint32_t
类型所能表示的范围,那么使用uint32_t
类型可能会导致数据截断或溢出。因此,在选择数据类型时,需要确保数据的表示范围不会超过uint32_t
类型的范围。需要注意的是,具体使用哪种数据类型作为源数组和目标数组的类型取决于DMA控制器和所用硬件的要求。在实际应用中,应该仔细查阅相关的硬件文档和编程手册,以确定正确的数据类型。
实验结果
实验2 从内存到外设的搬运
使用DMA的方式将内存数据搬运到串口1发送寄存器,同时闪烁LED1。
HAL_UART_Transmit_DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
参数二:uint8_t *pData,待发送数据首地址
参数三:uint16_t Size,待发送数据长度
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
CubeMX
1.常规配置
SYS->Debug->Serial Wire
RCC->High Speed Clock(HSE)->Crystal/Ceramic Resonator
时钟树HSE、PLLCLK打开,HCLK设置成72MHz
打开LED的GPIO PB8
打开uart1
2.选择左侧的DMA,然后这次就在右侧出现的DMA侧,在左下角选择ADD,然后选择USART1_TX:
2.1 再上图下方依然可以设置模式,是否指针偏移,数据宽度,可见,外设不需要指针偏移,因为一直指向串口的发送寄存器 (上述传输数据第二种情况)
3.创建工程,生成代码
Keil
#define SIZE 1000//待发送数据
uint8_t sendBuff[SIZE] = {0};int main(void)
{int i = 0;// 准备数据for(i = 0; i<SIZE;i++){sendBuff[i] = 'a';}//将数据通过串口DMA发送HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,sendBuff,SIZE);while (1){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);HAL_Delay(100);}
}
实现效果
串口助手中:
可见,成功收到了由内存搬运来的1000个A(如果想让串口一直发送数据,则在CubeMx设置DMA为circular模式)即可
同时,单片机上的LED不断闪烁,从软件层面来理解就是,“数据发送到串口” 这一个数据搬运的动作不再由CPU负责(CPU负责闪烁LED1),而是由DMA负责
实验3 从外设到内存的搬运
使用DMA的方式将串口接收缓存寄存器的值搬运到内存中,同时闪烁LED1。
__HAL_UART_ENABLE_IT //开启串口的空闲IDLE中断
参数一:HANDLE,串口句柄
参数二:INTERRUPT,需要使能的中断
返回值:无
2. HAL_UART_Receive_DMA //使能DMA的接收中断
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
参数二:uint8_t *pData,接收缓存首地址
参数三:uint16_t Size,接收缓存长度
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
3. __HAL_UART_GET_FLAG //获取串口Flag
#define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR & (__FLAG__)) == (__FLAG__))
参数一:HANDLE,串口句柄
参数二:FLAG,需要查看的FLAG
返回值:FLAG的值
4. __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG //清除串口Flag
#define __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(__HANDLE__) __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(__HANDLE__)
参数一:HANDLE,串口句柄
返回值:无
5. HAL_UART_DMAStop //关闭DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart)
参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
6. __HAL_DMA_GET_COUNTER //获取未传输的数据的大小
#define __HAL_DMA_GET_COUNTER(__HANDLE__) ((__HANDLE__)->Instance->CNDTR)
参数一:HANDLE,串口句柄
返回值:未传输数据大小
CubeMX
1.常规配置
SYS->Debug->Serial Wire
RCC->High Speed Clock(HSE)->Crystal/Ceramic Resonator
时钟树HSE、PLLCLK打开,HCLK设置成72MHz
打开LED的GPIO PB8
打开uart1
2. 选择左侧的DMA,然后这次就在右侧出现的DMA侧,在左下角选择ADD,然后选择USART1_RX 和 USART1_TX
依然要开启 USART1_TX 的原因是:本次实验是从外设(串口)搬运数据到内存,但是我不知道我有没有成功把数据搬到内存,所以还需要再使用上个实验的方法,把内存的数据再搬回串口,以查看程序是否正确运行!
2.1 再上图下方依然可以设置模式,是否指针偏移,数据宽度,可见,外设不需要指针偏移,因为一直指向串口的发送寄存器
2.2 此时打开NVIC设置,可以看到,DMA的中断已经自动打开了,在程序中只需要使能一下就可以使用:
3.生成代码
Keil
如何判断串口接收是否完成?如何知道串口收到数据的长度?
使用串口空闲中断(IDLE)!
串口空闲时,触发空闲中断;空闲中断标志位由硬件置1,软件清零
利用串口空闲中断,可以用如下流程实现DMA控制的任意长数据接收:
1. 使能IDLE空闲中断;
2. 使能DMA接收中断;
3. 收到串口接收中断,DMA不断传输数据到缓冲区;
4. 一帧数据接收完毕,串口暂时空闲,触发串口空闲中断;
5. 在中断服务函数中,清除中断标志位,关闭DMA传输(防止干扰);
6. 计算刚才收到了多少个字节的数据。
7. 处理缓冲区数据,开启DMA传输,开始下一帧接收。
main.c
uint8_t rcvBuff[SIZE] = {0};//接收数据缓存数组
uint8_t rcvLen = 0; //接收一帧数据的长度int main(void)
{__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE); //使能IDLE空闲中断HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuff,SIZE);//使能DMA接收中断while (1){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);HAL_Delay(100);}}
main.h
#define SIZE 100
stm32f1xx_it.c
extern uint8_t rcvBuff[SIZE];//接收数据缓存数组
extern uint8_t rcvLen; //接收一帧数据的长度void USART1_IRQHandler(void)
{if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) == SET)){ //判断IDLE标志位__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1); //清除IDLE标志位HAL_UART_DMAStop(&huart1); //停止DMA传输,防止干扰uint8_t temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);rcvLen = SIZE - temp;//计算数据长度HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,rcvBuff,rcvLen);//通过DMA发送数据HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuff,SIZE);//开启DMA传输,开始下一帧接收}
}
为什么要把代码写在 USART1_IRQHandler() 中,而不像之前那样继续跳转找到 HAL_UART_RxCpltCallback 接收中断回调函数并在main.c中重写呢?
参考产品手册P538:
可见,能触发串口中断的事件有很多,其中就有“检测到空闲线路”这个事件,也就是串口的空闲中断,问题在于:HAL库中没有封装针对串口空闲中断的回调函数!
反观之前串口的流程图:(走的是接收数据就绪完成)
所有串口中断,只要使能之后,一旦发生对应事件触发中断,就会进入中断处理函数,然后进入HAL库的中断处理函数,在HAL库的中断处理函数中判断是什么中断从而跳转到对应的回调函数,对于上图来说,发生的是接收完成的中断,因此会调用接收完成的回调函数,但是由于HAL库没有封装空闲中断的回调函数,所以肯定不能把对应代码写在接收完成回调函数里!
解决方式1:简单粗暴,既然所有中断都会进入最开始的中断处理函数,且现在中断触发后要执行的代码也不是很复杂,那就可以直接把代码写在void USART1_IRQHandler()
解决方式2:自己手动完善HAL库,添加空闲中断的回调函数,这样就可以和之前一样在main函数中重写,并把代码写在main函数重写过的回调函数里了stm32: 串口空闲中断的实现(HAL库)_为什么设备一上电就会产生一个空闲中断-CSDN博客
实现效果
在串口助手中:
发送233333,会收到发回的233333,说明DMA成功将数据从外设搬到了内存,并又搬回了外设。
同时,依然可以看到LED1在不停的闪烁。