DMA的基本介紹

DMA的基本介紹

什么是DMA (DMA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)從一個地址空間復制到另一個地址空間，提供在外設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。

我們知道CPU有轉移數(shù)據(jù)、計算、控制程序轉移等很多功能，系統(tǒng)運作的核心就是CPU，

CPU無時不刻的在處理著大量的事務，但有些事情卻沒有那么重要，比方說數(shù)據(jù)的復制和存儲數(shù)據(jù)，如果我們把這部分的CPU資源拿出來，讓CPU去處理其他的復雜計算事務，是不是能夠更好的利用CPU的資源呢？

因此：轉移數(shù)據(jù)（尤其是轉移大量數(shù)據(jù)）是可以不需要CPU參與。比如希望外設A的數(shù)據(jù)拷貝到外設B，只要給兩種外設提供一條數(shù)據(jù)通路，直接讓數(shù)據(jù)由A拷貝到B 不經(jīng)過CPU的處理，

DMA就是基于以上設想設計的，它的作用就是解決大量數(shù)據(jù)轉移過度消耗CPU資源的問題。有了DMA使CPU更專注于更加實用的操作–計算、控制等。

DMA定義：

DMA用來提供在外設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。無須CPU的干預，通過DMA數(shù)據(jù)可以快速地移動。這就節(jié)省了CPU的資源來做其他操作。

DMA傳輸方式

DMA的作用就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的直接傳輸，而去掉了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需要CPU寄存器參與的環(huán)節(jié)，主要涉及四種情況的數(shù)據(jù)傳輸，但本質上是一樣的，都是從內(nèi)存的某一區(qū)域傳輸?shù)絻?nèi)存的另一區(qū)域（外設的數(shù)據(jù)寄存器本質上就是內(nèi)存的一個存儲單元）。四種情況的數(shù)據(jù)傳輸如下：

外設到內(nèi)存

內(nèi)存到外設

內(nèi)存到內(nèi)存

外設到外設

DMA傳輸參數(shù)

我們知道，數(shù)據(jù)傳輸，首先需要的是1 數(shù)據(jù)的源地址 2 數(shù)據(jù)傳輸位置的目標地址 ，3 傳遞數(shù)據(jù)多少的數(shù)據(jù)傳輸量 ，4 進行多少次傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?DMA所需要的核心參數(shù)，便是這四個

當用戶將參數(shù)設置好，主要涉及源地址、目標地址、傳輸數(shù)據(jù)量這三個，DMA控制器就會啟動數(shù)據(jù)傳輸，當剩余傳輸數(shù)據(jù)量為0時 達到傳輸終點，結束DMA傳輸 ，當然，DMA 還有循環(huán)傳輸模式 當?shù)竭_傳輸終點時會重新啟動DMA傳輸。

也就是說只要剩余傳輸數(shù)據(jù)量不是0，而且DMA是啟動狀態(tài)，那么就會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸?！　?/p>

DMA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)先權可以通過軟件編程設置（共有四級：很高、高、中等和低），優(yōu)先權設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個事件標志（DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯），這3個事件標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、外設和存儲器、存儲器和外設之間的傳輸；

閃存、SRAM、外設的SRAM、APB1、APB2和AHB外設均可作為訪問的源和目標；

可編程的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)目：最大為65535。

STM32少個DMA資源？

對于大容量的STM32芯片有2個DMA控制器 兩個DMA控制器，DMA1有7個通道，DMA2有5個通道。

每個通道都可以配置一些外設的地址。

①DMA1 controller

從外設（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DMA請求，通過邏輯或輸入到DMA1控制器 其中每個通道都對應著具體的外設：

② DMA2 controller

從外設（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，其中每個通道都對應著具體的外設：

這些在下方系統(tǒng)框圖中也可以清晰地看到

DMA工作系統(tǒng)框圖

上方的框圖，我們可以看到STM32內(nèi)核，存儲器，外設及DMA的連接，這些硬件最終通過各種各樣的線連接到總線矩陣中，硬件結構之間的數(shù)據(jù)轉移都經(jīng)過總線矩陣的協(xié)調(diào)，使各個外設和諧的使用總線來傳輸數(shù)據(jù)。

我們對他來進行一點一點的分析：

下面看有與沒有DMA的情況下，ADC采集的數(shù)據(jù)是怎樣存放到SRAM中的？

沒有DMA

1.如果沒有DMA,CPU傳輸數(shù)據(jù)還要以內(nèi)核作為中轉站，比如要將ADC采集的數(shù)據(jù)轉移到到SRAM中，這個過程是這樣的：

內(nèi)核通過DCode經(jīng)過總線矩陣協(xié)調(diào)，從獲取AHB存儲的外設ADC采集的數(shù)據(jù)，

然后內(nèi)核再通過DCode經(jīng)過總線矩陣協(xié)調(diào)把數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存SRAM中。

有DMA傳輸

有DMA的話，

DMA傳輸時外設對DMA控制器發(fā)出請求。

DMA控制器收到請求，觸發(fā)DMA工作。

DMA控制器從AHB外設獲取ADC采集的數(shù)據(jù)，存儲到DMA通道中

DMA控制器的DMA總線與總線矩陣協(xié)調(diào)，使用AHB把外設ADC采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由DMA通道存放到SRAM中，這個數(shù)據(jù)的傳輸過程中，完全不需要內(nèi)核的參與，也就是不需要CPU的參與，

我們把上面的步驟專業(yè)一點介紹：

在發(fā)生一個事件后，外設向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)先權處理請求。當DMA控制器開始訪問發(fā)出請求的外設時，DMA控制器立即發(fā)送給它一個應答信號。當從DMA控制器得到應答信號時，外設立即釋放它的請求。一旦外設釋放了這個請求，DMA控制器同時撤銷應答信號。DMA傳輸結束，如果有更多的請求時，外設可以啟動下一個周期。

總之，每次DMA傳送由3個操作組成：

從外設數(shù)據(jù)寄存器或者從當前外設/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寄存器指定的外設基地址或存儲器單元；

存數(shù)據(jù)到外設數(shù)據(jù)寄存器或者當前外設/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。

DMA傳輸方式

方法1：DMA_Mode_Normal，正常模式，

當一次DMA數(shù)據(jù)傳輸完后，停止DMA傳送 ，也就是只傳輸一次

方法2：DMA_Mode_Circular ，循環(huán)傳輸模式

當傳輸結束時，硬件自動會將傳輸數(shù)據(jù)量寄存器進行重裝，進行下一輪的數(shù)據(jù)傳輸。也就是多次傳輸模式

仲裁器

仲裁器的作用是確定各個DMA傳輸?shù)膬?yōu)先級

仲裁器根據(jù)通道請求的優(yōu)先級來啟動外設/存儲器的訪問。

優(yōu)先權管理分2個階段：

軟件：每個通道的優(yōu)先權可以在DMA_CCRx寄存器中設置，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。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。

DMA數(shù)據(jù)流（僅存在于STM32F4 /M4 內(nèi)核上）

在設置了DMA的通道之后，還要選擇通道對應外設的數(shù)據(jù)流

8 個 DMA 控制器數(shù)據(jù)流都能夠提供源和目標之間的單向傳輸鏈路。每個數(shù)據(jù)流配置后都可以執(zhí)行：

● 常規(guī)類型事務：存儲器到外設、外設到存儲器或存儲器到存儲器的傳輸。

● 雙緩沖區(qū)類型事務：使用存儲器的兩個存儲器指針的雙緩沖區(qū)傳輸（當 DMA 正在進行自/至緩沖區(qū)的讀/寫操作時，應用程序可以進行至/自其它緩沖區(qū)的寫/讀操作）。要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量（多達 65535）可以編程，并與連接到外設 AHB 端口的外設（請求 DMA 傳輸）的源寬度相關。每個事務完成后，包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項總量的寄存器都會遞減。

DMA_SxCR 寄存器控制數(shù)據(jù)流到底使用哪一個通道，每個數(shù)據(jù)流有 8 個通道可

供選擇，每次只能選擇其中一個通道進行 DMA 傳輸。接下來，我們看看 DMA2 的各數(shù)據(jù)流通

道映射表，如表 28.1.1 所示：

DMA 傳輸通道

每個通道都可以在有固定地址的外設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，大達到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。

可編程的數(shù)據(jù)量：

外設和存儲器的傳輸數(shù)據(jù)量可以通過DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位編程。

指針遞增模式

根據(jù) DMA_SxCR 寄存器中 PINC 和 MINC 位的狀態(tài)，外設和存儲器指針在每次傳輸后可以自動向后遞增或保持常量。當設置為增量模式時，下一個要傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙粋€地址加上增量值

通過單個寄存器訪問外設源或目標數(shù)據(jù)時，禁止遞增模式十分有用。

如果使能了遞增模式，則根據(jù)在 DMA_SxCR 寄存器 PSIZE 或 MSIZE 位中編程的數(shù)據(jù)寬度，下一次傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙淮蝹鬏數(shù)牡刂愤f增 1個數(shù)據(jù)寬度、2個數(shù)據(jù)寬度或 4個數(shù)據(jù)寬度。

存儲器到存儲器模式

DMA通道的操作可以在沒有外設請求的情況下進行，這種操作就是存儲器到存儲器模式。

當設置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在軟件設置了DMA_CCRx寄存器中的EN位啟動DMA通道時，DMA傳輸將馬上開始。當DMA_CNDTRx寄存器變?yōu)?時，DMA傳輸結束。存儲器到存儲器模式不能與循環(huán)模式同時使用。

這里要注意僅 DMA2 的外設接口可以訪問存儲器，所以僅 DMA2 控制器支持存儲器到存儲器的傳輸，DMA1 不支持。

存儲器到存儲器模式不能與循環(huán)模式同時使用。

DMA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。為應用的靈活性考慮，通過設置寄存器的不同位來打開這些中斷。

使沒開啟，我們也可以通過查詢這些位來獲得當前 DMA 傳輸?shù)臓顟B(tài)。這里我們常用的是 TCIFx位，即數(shù)據(jù)流 x 的 DMA 傳輸完成與否標志。

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PSIZE和MSIZE不相同時，DMA模塊按照下圖進行數(shù)據(jù)對齊。

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的內(nèi)存占用

在STM32控制器中，芯片采用Cortex-MX架構，總線結構有了很大的優(yōu)化，DMA占用另外的地址總線，并不會與CPU的系統(tǒng)總線發(fā)生沖突。也就是說，DMA的使用不會影響CPU的運行速度

但是要注意：

DMA 控制器和Cortex-M3核共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線執(zhí)行直接存儲器數(shù)據(jù)傳輸。當CPU和DMA同時訪問相同的目標(RAM或外設)時，DMA請求可能會停止 CPU訪問系統(tǒng)總線達若干個周期，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)帶寬。

DMA配置部分

此部分我們分為DMA寄存器和DMA庫函數(shù)分別介紹：

DMA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/外設數(shù)據(jù)寬度、存儲器/外設地址是否增量、循環(huán)模式、數(shù)據(jù)傳輸量。

DMA中斷狀態(tài)寄存器(DMA_ISR)

我們?nèi)绻_啟了 DMA_ISR 中這些中斷，在達到條件后就會跳到中斷服務函數(shù)里面去，即使 沒開啟，我們也可以通過查詢這些位來獲得當前 DMA 傳輸?shù)臓顟B(tài)。這里我們常用的是 TCIFx， 即通道 DMA 傳輸完成與否的標志。

注意此寄存器為只讀寄存器，所以在這些位被置位之后，只 能通過其他的操作來清除。

DMA中斷標志清除寄存器(DMA_IFCR)

DMA_IFCR 的各位就是用來清除 DMA_ISR 的對應位的，通過寫 0 清除。在 DMA_ISR 被置位后， 我們必須通過向該位寄存器對應的位寫入 0 來清除。

DMA通道x配置寄存器(DMA_CCRx)

該寄存器控制著 DMA 的很多相關 信息，包括數(shù)據(jù)寬度、外設及存儲器的寬度、通道優(yōu)先級、增量模式、傳輸方向、中斷允許、 使能等都是通過該寄存器來設置的。所以 DMA_CCRx 是 DMA 傳輸?shù)暮诵目刂萍拇嫫?/p>

DMA通道x傳輸數(shù)量寄存器(DMA_CNDTRx)(x = 1…7)

這個寄存器控制 DMA 通道 x 的每次 傳輸所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。其設置范圍為 0~65535。并且該寄存器的值會隨著傳輸?shù)倪M行而減少， 當該寄存器的值為 0 的時候就代表此次數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)全部發(fā)送完成了。所以可以通過這個寄存 器的值來知道當前 DMA 傳輸?shù)倪M度

DMA通道x外設地址寄存器(DMA_CPARx)(x = 1…7)

該寄存器用來存儲 STM32 外設的地 址，比如我們使用串口 1，那么該寄存器必須寫入 0x40013804（其實就是&USART1_DR）。如果使 用其他外設，就修改成相應外設的地址就行了。

DMA通道x配置寄存器（DMA_CMARx）

，該寄存器和 DMA_CPARx 差不多， 但是是用來放存儲器的地址的。比如我們使用 SendBuf[5200]數(shù)組來做存儲器，那么我們在 DMA_CMARx 中寫入&SendBuff 就可以了。

DMA寄存器配置流程

通道配置過程 下面是配置DMA通道x的過程(x代表通道號)：

在DMA_CPARx寄存器中設置外設寄存器的地址。發(fā)生外設數(shù)據(jù)傳輸請求時，這個地址將 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑椿蚰繕恕?/strong>