【STM32】DMA基本原理、寄存器、庫函數(shù)
[導(dǎo)讀]DMA的基本介紹1DMA的基本定義DMA，全稱DirectMemoryAccess，即直接存儲器訪問。DMA傳輸將數(shù)據(jù)從一個地址空間復(fù)制到另一個地址空間，提供在外設(shè)和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)CPU初始化這個傳輸動作，傳輸動作本身是由DMA控制器來實現(xiàn)和完...
DMA的基本介紹
1DMA的基本定義
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(fù)制到另一個地址空間，提供在外設(shè)和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)CPU初始化這個傳輸動作，傳輸動作本身是由DMA控制器來實現(xiàn)和完成的。DMA傳輸方式無需CPU直接控制傳輸，也沒有中斷處理方式那樣保留現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場過程，通過硬件為RAM和IO設(shè)備開辟一條直接傳輸數(shù)據(jù)的通道，使得CPU的效率大大提高。
2DMA的主要特征
3STM33F10x系列芯片DMA控制器
STM32F10x系列芯片最多有2個DMA控制器（DMA2僅存在大容量產(chǎn)品中），DMA1有7個通道。DMA2有5個通道。每個通道專門用來管理來自于一個或多個外設(shè)對存儲器訪問的請求。還有一個仲裁起來協(xié)調(diào)各個DMA請求的優(yōu)先權(quán)。
從外設(shè)（TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3]）產(chǎn)生的7個請求，通過邏輯或輸入到DMA1控制器，這意味著同時只能有一個請求有效。各個通道的DMA1請求一覽見下圖：
從外設(shè)（TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO）產(chǎn)生的5個請求，經(jīng)邏輯或輸入到DMA2控制器，這意味著同時只能有一個請求有效。各個通道的DMA2請求一覽見下圖：
DMA的基本原理
DMA控制器和Cortex?-M3核心共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，執(zhí)行直接存儲器數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)CPU和DMA同時訪問相同的目標(biāo)（RAM或外設(shè)）時，DMA請求會暫停CPU訪問系統(tǒng)總線達(dá)若干個周期，總線仲裁器執(zhí)行循環(huán)調(diào)度，以保證CPU至少可以得到一半的系統(tǒng)總線（存儲器或外設(shè)）帶寬。
0DMA的工作框圖
DMA模塊的框圖看起來比較復(fù)雜，接下來會一點一點地對它進(jìn)行分析。
1DMA處理
在發(fā)生一個事件后，外設(shè)向DMA控制器發(fā)送一個請求信號。DMA控制器根據(jù)通道的優(yōu)先權(quán)處理請求。當(dāng)DMA控制器開始訪問發(fā)出請求的外設(shè)時，DMA控制器立即發(fā)送給它一個應(yīng)答信號。當(dāng)從DMA控制器得到應(yīng)答信號時，外設(shè)立即釋放它的請求。一旦外設(shè)釋放了這個請求，DMA控制器同時撤銷應(yīng)答信號。如果有更多的請求時，外設(shè)可以啟動下一個周期。
總之，每次DMA傳送由3個操作組成：
2仲裁器
仲裁器根據(jù)通道請求的優(yōu)先級來啟動外設(shè)/存儲器的訪問。
優(yōu)先權(quán)管理分2個階段：
注意：在大容量產(chǎn)品和互聯(lián)型產(chǎn)品中，DMA1控制器擁有高于DMA2控制器的優(yōu)先級。
3DMA通道
每個通道都可以在有固定地址的外設(shè)寄存器和存儲器地址之間執(zhí)行DMA傳輸。DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是可編程的，最大達(dá)到65535。包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項數(shù)量的寄存器，在每次傳輸后遞減。
4可編程的數(shù)據(jù)量
外設(shè)和存儲器的傳輸數(shù)據(jù)量可以通過DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位編程。
6指針增量
通過設(shè)置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC標(biāo)志位，外設(shè)和存儲器的指針在每次傳輸后可以有選擇地完成自動增量。當(dāng)設(shè)置為增量模式時，下一個要傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙粋€地址加上增量值，增量值取決于所選的數(shù)據(jù)寬度為1、2或4。
第一個傳輸?shù)牡刂肥谴娣旁贒MA_CPARx /DMA_CMARx寄存器中的值。在傳輸過程中，這些寄存器保持它們初始的數(shù)值，軟件不能改變和讀出當(dāng)前正在傳輸?shù)牡刂罚ㄋ趦?nèi)部的當(dāng)前外設(shè)/存儲器地址寄存器中）。
當(dāng)通道配置為非循環(huán)模式時，傳輸結(jié)束后（即傳輸計數(shù)變?yōu)?）將不再產(chǎn)生DMA操作。要開始新的DMA傳輸，需要在關(guān)閉DMA通道的情況下，在DMA_CNDTRx寄存器中重新寫入傳輸數(shù)目。在循環(huán)模式下，最后一次傳輸結(jié)束時，DMA_CNDTRx寄存器的內(nèi)容會自動地被重新加載為其初始數(shù)值，內(nèi)部的當(dāng)前外設(shè)/存儲器地址寄存器也被重新加載為DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器設(shè)定的初始基地址。
6循環(huán)模式
循環(huán)模式用于處理循環(huán)緩沖區(qū)和連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸（如ADC的掃描模式）。
在DMA_CCRx寄存器中的CIRC位用于開啟這一功能。當(dāng)啟動了循環(huán)模式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)目變?yōu)?時，將會自動地被恢復(fù)成配置通道時設(shè)置的初值，DMA操作將會繼續(xù)進(jìn)行。
7存儲器到存儲器模式
DMA通道的操作可以在沒有外設(shè)請求的情況下進(jìn)行，這種操作就是存儲器到存儲器模式。
當(dāng)設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在軟件設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的EN位啟動DMA通道時，DMA傳輸將馬上開始。當(dāng)DMA_CNDTRx寄存器變?yōu)?時，DMA傳輸結(jié)束。存儲器到存儲器模式不能與循環(huán)模式同時使用。
8可編程的數(shù)據(jù)傳輸寬度、對齊方式和數(shù)據(jù)大小端
當(dāng)PSIZE和MSIZE不相同時，DMA模塊按照下圖進(jìn)行數(shù)據(jù)對齊。
9中斷
每個DMA通道都可以在DMA傳輸過半、傳輸完成和傳輸錯誤時產(chǎn)生中斷。為應(yīng)用的靈活性考慮，通過設(shè)置寄存器的不同位來打開這些中斷。
注意：在大容量產(chǎn)品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中斷被映射在同一個中斷向量上。在互聯(lián)型產(chǎn)品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中斷分別有獨立的中斷向量。所有其他的DMA通道都有自己的中斷向量。
DMA相關(guān)配置寄存器
DMA配置參數(shù)包括：通道地址、優(yōu)先級、數(shù)據(jù)傳輸方向、存儲器/外設(shè)數(shù)據(jù)寬度、存儲器/外設(shè)地址是否增量、循環(huán)模式、數(shù)據(jù)傳輸量。
1DMA通道x配置寄存器（DMA_CCRx）
作用：配置DMA通道模式、優(yōu)先級、數(shù)據(jù)寬度、是否增量、傳輸方向、是否增量參數(shù)。
2DMA通道x傳輸數(shù)量寄存器（DMA_CNDTRx）
作用：配置DMA通道的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量，范圍為0-65535。
主要注意：該寄存器的值會隨著傳輸?shù)倪M(jìn)行而減少，當(dāng)該寄存器的值為0的時候，就代表著此次傳輸已經(jīng)全部結(jié)束了。也就是說，當(dāng)DMA通道開啟傳輸了之后，該寄存器變成只讀，指示的是數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量中剩余待傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)目。
3DMA通道x外設(shè)地址寄存器（DMA_CPARx）
作用：配置DMA通道的外設(shè)地址。比如使用串口1的數(shù)據(jù)引腳，則該寄存器必須寫上0x40013804（其實就是串口數(shù)據(jù)寄存器的地址，
1DMA的基本定義
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(fù)制到另一個地址空間，提供在外設(shè)和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)CPU初始化這個傳輸動作，傳輸動作本身是由DMA控制器來實現(xiàn)和完成的。DMA傳輸方式無需CPU直接控制傳輸，也沒有中斷處理方式那樣保留現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場過程，通過硬件為RAM和IO設(shè)備開辟一條直接傳輸數(shù)據(jù)的通道，使得CPU的效率大大提高。
2DMA的主要特征
- 每個通道都直接連接專用的硬件DMA請求，每個通道都同樣支持軟件觸發(fā)。這些功能通過軟件來配置；
- 在同一個DMA模塊上，多個請求間的優(yōu)先權(quán)可以通過軟件編程設(shè)置（共有四級：很高、高、中等和低），優(yōu)先權(quán)設(shè)置相等時由硬件決定（請求0優(yōu)先于請求1，依此類推）；
- 獨立數(shù)據(jù)源和目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)的傳輸寬度（字節(jié)、半字、全字），模擬打包和拆包的過程。源和目標(biāo)地址必須按數(shù)據(jù)傳輸寬度對齊；
- 支持循環(huán)的緩沖器管理；
- 每個通道都有3個事件標(biāo)志（DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯），這3個事件標(biāo)志邏輯或成為一個單獨的中斷請求；
- 存儲器和存儲器間的傳輸、外設(shè)和存儲器、存儲器和外設(shè)之間的傳輸；
- 閃存、SRAM、外設(shè)的SRAM、APB1、APB2和AHB外設(shè)均可作為訪問的源和目標(biāo)；
- 可編程的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)目：最大為65535。
3STM33F10x系列芯片DMA控制器
STM32F10x系列芯片最多有2個DMA控制器（DMA2僅存在大容量產(chǎn)品中），DMA1有7個通道。DMA2有5個通道。每個通道專門用來管理來自于一個或多個外設(shè)對存儲器訪問的請求。還有一個仲裁起來協(xié)調(diào)各個DMA請求的優(yōu)先權(quán)。
從外設(shè)（TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3]）產(chǎn)生的7個請求，通過邏輯或輸入到DMA1控制器，這意味著同時只能有一個請求有效。各個通道的DMA1請求一覽見下圖：
從外設(shè)（TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO）產(chǎn)生的5個請求，經(jīng)邏輯或輸入到DMA2控制器，這意味著同時只能有一個請求有效。各個通道的DMA2請求一覽見下圖：
DMA的基本原理
DMA控制器和Cortex?-M3核心共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，執(zhí)行直接存儲器數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)CPU和DMA同時訪問相同的目標(biāo)（RAM或外設(shè)）時，DMA請求會暫停CPU訪問系統(tǒng)總線達(dá)若干個周期，總線仲裁器執(zhí)行循環(huán)調(diào)度，以保證CPU至少可以得到一半的系統(tǒng)總線（存儲器或外設(shè)）帶寬。
0DMA的工作框圖
DMA模塊的框圖看起來比較復(fù)雜，接下來會一點一點地對它進(jìn)行分析。
1DMA處理
在發(fā)生一個事件后，外設(shè)向DMA控制器發(fā)送一個請求信號。DMA控制器根據(jù)通道的優(yōu)先權(quán)處理請求。當(dāng)DMA控制器開始訪問發(fā)出請求的外設(shè)時，DMA控制器立即發(fā)送給它一個應(yīng)答信號。當(dāng)從DMA控制器得到應(yīng)答信號時，外設(shè)立即釋放它的請求。一旦外設(shè)釋放了這個請求，DMA控制器同時撤銷應(yīng)答信號。如果有更多的請求時，外設(shè)可以啟動下一個周期。
總之，每次DMA傳送由3個操作組成：
- 從外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或者從當(dāng)前外設(shè)/存儲器地址寄存器指示的存儲器地址取數(shù)據(jù)，第一次傳輸時的開始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設(shè)基地址或存儲器單元；
- 存數(shù)據(jù)到外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或者當(dāng)前外設(shè)/存儲器地址寄存器指示的存儲器地址，第一次傳輸時的開始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設(shè)基地址或存儲器單元；
- 執(zhí)行一次DMA_CNDTRx寄存器的遞減操作，該寄存器包含未完成的操作數(shù)目。
2仲裁器
仲裁器根據(jù)通道請求的優(yōu)先級來啟動外設(shè)/存儲器的訪問。
優(yōu)先權(quán)管理分2個階段：
- 軟件：每個通道的優(yōu)先權(quán)可以在DMA_CCRx寄存器中設(shè)置，有4個等級：最高優(yōu)先級、高優(yōu)先級、中等優(yōu)先級、低優(yōu)先級；
- 硬件：如果2個請求有相同的軟件優(yōu)先級，則較低編號的通道比較高編號的通道有較高的優(yōu)先權(quán)。比如：如果軟件優(yōu)先級相同，通道2優(yōu)先于通道4。?
注意：在大容量產(chǎn)品和互聯(lián)型產(chǎn)品中，DMA1控制器擁有高于DMA2控制器的優(yōu)先級。
3DMA通道
每個通道都可以在有固定地址的外設(shè)寄存器和存儲器地址之間執(zhí)行DMA傳輸。DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是可編程的，最大達(dá)到65535。包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項數(shù)量的寄存器，在每次傳輸后遞減。
4可編程的數(shù)據(jù)量
外設(shè)和存儲器的傳輸數(shù)據(jù)量可以通過DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位編程。
6指針增量
通過設(shè)置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC標(biāo)志位，外設(shè)和存儲器的指針在每次傳輸后可以有選擇地完成自動增量。當(dāng)設(shè)置為增量模式時，下一個要傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙粋€地址加上增量值，增量值取決于所選的數(shù)據(jù)寬度為1、2或4。
第一個傳輸?shù)牡刂肥谴娣旁贒MA_CPARx /DMA_CMARx寄存器中的值。在傳輸過程中，這些寄存器保持它們初始的數(shù)值，軟件不能改變和讀出當(dāng)前正在傳輸?shù)牡刂罚ㄋ趦?nèi)部的當(dāng)前外設(shè)/存儲器地址寄存器中）。
當(dāng)通道配置為非循環(huán)模式時，傳輸結(jié)束后（即傳輸計數(shù)變?yōu)?）將不再產(chǎn)生DMA操作。要開始新的DMA傳輸，需要在關(guān)閉DMA通道的情況下，在DMA_CNDTRx寄存器中重新寫入傳輸數(shù)目。在循環(huán)模式下，最后一次傳輸結(jié)束時，DMA_CNDTRx寄存器的內(nèi)容會自動地被重新加載為其初始數(shù)值，內(nèi)部的當(dāng)前外設(shè)/存儲器地址寄存器也被重新加載為DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器設(shè)定的初始基地址。
6循環(huán)模式
循環(huán)模式用于處理循環(huán)緩沖區(qū)和連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸（如ADC的掃描模式）。
在DMA_CCRx寄存器中的CIRC位用于開啟這一功能。當(dāng)啟動了循環(huán)模式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)目變?yōu)?時，將會自動地被恢復(fù)成配置通道時設(shè)置的初值，DMA操作將會繼續(xù)進(jìn)行。
7存儲器到存儲器模式
DMA通道的操作可以在沒有外設(shè)請求的情況下進(jìn)行，這種操作就是存儲器到存儲器模式。
當(dāng)設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在軟件設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的EN位啟動DMA通道時，DMA傳輸將馬上開始。當(dāng)DMA_CNDTRx寄存器變?yōu)?時，DMA傳輸結(jié)束。存儲器到存儲器模式不能與循環(huán)模式同時使用。
8可編程的數(shù)據(jù)傳輸寬度、對齊方式和數(shù)據(jù)大小端
當(dāng)PSIZE和MSIZE不相同時，DMA模塊按照下圖進(jìn)行數(shù)據(jù)對齊。
9中斷
每個DMA通道都可以在DMA傳輸過半、傳輸完成和傳輸錯誤時產(chǎn)生中斷。為應(yīng)用的靈活性考慮，通過設(shè)置寄存器的不同位來打開這些中斷。
注意：在大容量產(chǎn)品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中斷被映射在同一個中斷向量上。在互聯(lián)型產(chǎn)品中，DMA2通道4和DMA2通道5的中斷分別有獨立的中斷向量。所有其他的DMA通道都有自己的中斷向量。
DMA相關(guān)配置寄存器
DMA配置參數(shù)包括：通道地址、優(yōu)先級、數(shù)據(jù)傳輸方向、存儲器/外設(shè)數(shù)據(jù)寬度、存儲器/外設(shè)地址是否增量、循環(huán)模式、數(shù)據(jù)傳輸量。
1DMA通道x配置寄存器（DMA_CCRx）
作用：配置DMA通道模式、優(yōu)先級、數(shù)據(jù)寬度、是否增量、傳輸方向、是否增量參數(shù)。
2DMA通道x傳輸數(shù)量寄存器（DMA_CNDTRx）
作用：配置DMA通道的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量，范圍為0-65535。
主要注意：該寄存器的值會隨著傳輸?shù)倪M(jìn)行而減少，當(dāng)該寄存器的值為0的時候，就代表著此次傳輸已經(jīng)全部結(jié)束了。也就是說，當(dāng)DMA通道開啟傳輸了之后，該寄存器變成只讀，指示的是數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量中剩余待傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)目。
3DMA通道x外設(shè)地址寄存器（DMA_CPARx）
作用：配置DMA通道的外設(shè)地址。比如使用串口1的數(shù)據(jù)引腳，則該寄存器必須寫上0x40013804（其實就是串口數(shù)據(jù)寄存器的地址，
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