在之前的內容里，我們使用過UART、SPI、I2C等接口進行過數(shù)據(jù)傳輸，在處理通信數(shù)據(jù)時，幾乎都是在主程序或中斷服務程序中進行數(shù)據(jù)的轉存，這樣耗費了大量的CPU時間。幸運的是，微控制器的設計者也考慮到這個問題，設計出了DMA（Direct Memory Access，直接存儲器訪問）傳輸功能，使得數(shù)據(jù)可以從一個地址空間復制到另一個地址空間，而不經過CPU，從而讓CPU專注在其他功能上。本期內容我們以UART的DMA傳輸為例，簡單介紹DMA的應用方法。
系統(tǒng)環(huán)境

Windows?10-64bit
軟件平臺

NucleiStudio IDE 202102版或 PlatformIO IDECoolTer
硬件需求

RV-STAR開發(fā)板

TTL-USB串口轉換

DMA（直接內存訪問）原理

DMA，全稱Direct Memory Access，即直接存儲器訪問。DMA傳輸將數(shù)據(jù)從一個地址空間復制到另外一個地址空間。傳輸動作的初始化由CPU完成，而傳輸動作本身由DMA控制器來實行。典型的例子就是移動一個外部內存的區(qū)塊到芯片內部更快的內存區(qū)。DMA的方式并沒有讓處理器工作拖延，反而可以去處理其他的工作。DMA對于高效能嵌入式系統(tǒng)算法和網絡傳輸是很重要的。

在實現(xiàn)DMA傳輸時，是由DMA控制器直接掌管總線，因此，存在著一個總線控制權轉移問題。即DMA傳輸前，CPU要把總線控制權交給DMA控制器，而在結束DMA傳輸后，DMA控制器應立即把總線控制權再交回給CPU。一個完整的DMA傳輸過程必須經過DMA請求、DMA響應、DMA傳輸、DMA結束4個步驟。

GD32VF103的DMA控制器

GD32VF103的DMA控制器有12個通道（DMA0有7個通道，DMA1有5個通道）。每個通道都是專門用來處理一個或多個外設的存儲器訪問請求的。DMA控制器內部實現(xiàn)了一個仲裁器，用來仲裁多個DMA請求的優(yōu)先級。

DMA控制器和RISC-V內核共享系統(tǒng)總線，當DMA和CPU訪問同樣的地址空間時，DMA訪問可能會阻擋CPU訪問系統(tǒng)總線幾個總線周期?？偩€矩陣中實現(xiàn)了循環(huán)仲裁算法來分配DMA與CPU的訪問權，它可以確保CPU得到至少一半的系統(tǒng)總線帶寬。

主要特征如下：

• 傳輸數(shù)據(jù)長度可編程配置，最大到65536

• 12個通道，并且每個通道都可配置（DMA0有7個通道，DMA1有5個通道）

• AHB和APB外設，片上閃存和SRAM都可以作為訪問的源端和目的端

• 每個通道連接固定的硬件DMA請求

• 支持軟件優(yōu)先級（低、中、高、極高）和硬件優(yōu)先級（通道號越低，優(yōu)先級越高）

• 存儲器和外設的數(shù)據(jù)傳輸寬度可配置：字節(jié)，半字，字

• 存儲器和外設的數(shù)據(jù)傳輸支持固定尋址和增量式尋址

• 支持循環(huán)傳輸模式

• 支持外設到存儲器，存儲器到外設，存儲器到存儲器的數(shù)據(jù)傳輸

• 每個通道有3種類型的事件標志和獨立的中斷

• 支持中斷的使能和清除

實驗部分

原理部分已經介紹過，DMA的工作過程比較簡單，開發(fā)起來也比較容易，用戶只需要結合數(shù)據(jù)手冊，明確微控制器DMA通道和外設間對應關系，明確DMA的源地址、目的地址、數(shù)據(jù)寬度等信息，在開發(fā)時對DMA控制器和外設進行相應的使能和配置即可。

由于RV-STAR的USB串口（UART4）不支持DMA功能，本次的實驗使用UART3進行：首先使用串口的DMA發(fā)送功能，讓數(shù)據(jù)不經CPU直接從內存（txbuffer）傳輸?shù)酱诘陌l(fā)送端，然后使用串口的DMA接收功能接收10個字節(jié)的數(shù)據(jù)，保存到rxbuffer中，最后在主循環(huán)中（使用CPU）將rxbuffer接收到的數(shù)據(jù)再通過串口發(fā)送出去。

#include?"nuclei_sdk_hal.h"

uint8_t?rxbuffer[10];
uint8_t?txbuffer[] = "\nUART DMA receive and transmit example, please input 10 bytes:\n";
#define?ARRAYNUM(arr_name) (uint32_t)(sizeof(arr_name) / sizeof(*(arr_name)))

void?uart_init();
void?uart_send(int?ch);

int?main()
{
????dma_parameter_struct dma_init_struct;
????/* enable DMA1 */
????rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA1);
????/* initialize UART3 */
????uart_init();

????/* deinitialize DMA Channel4(UART3_TX) */
????dma_deinit(DMA1, DMA_CH4);
????dma_init_struct.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;
????dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)txbuffer;
????dma_init_struct.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
????dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;
????dma_init_struct.number = ARRAYNUM(txbuffer) - 1;
????dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)