stm32(DMA)

DMA介绍

什么是DMA？

令人头秃的描述：

DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 提供在外设与内存、存储器和存储器、外设与外设之间的高速数据传输使用。它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU，在这个时间中，CPU对于内存的工作来说就无法使用。

简单描述：就是一个数据搬运工！！

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

三种搬运方式：

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）

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。

DMA1有7个通道：

DMA2有5个通道

DMA及通道的优先级

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。比如：如果软件优先级相同，通道2优先于通道4

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。

实验一、内存到内存搬运

实验要求：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。

CubeMX上DMA 配置

用到的库函数

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）

代码实现

1. 开启数据传输

2. 等待数据传输完成

3. 打印数组内容

#define BUF_SIZE 16
// 源数组
uint32_t srcBuf[BUF_SIZE] = {
0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
};
// 目标数组
uint32_t desBuf[BUF_SIZE];
int fputc(int ch, FILE *f)
{
unsigned char temp[1]={ch};
HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);
return ch;
}
main函数里：
// 开启数据传输
HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1,
(uint32_t)srcBuf, (uint32_t)desBuf, sizeof(uint32_t) * BUF_SIZE);
// 等待数据传输完成
while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET);
// 打印数组内容
for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++)
printf("Buf[%d] = %X\r\n", i, desBuf[i]);

实验二、内存到外设搬运

实验要求：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。

CubeMX上DMA 配置

用到的库函数

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）

代码实现

1. 准备数据

2. 将数据通过串口DMA发送

#define BUF_SIZE 1000
// 待发送的数据
unsigned char sendBuf[BUF_SIZE];
main函数里
// 准备数据
for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++)
sendBuf[i] = 'A';
// 将数据通过串口DMA发送
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, sendBuf, BUF_SIZE);
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
HAL_Delay(100);
}

实验三、外设到内存搬运

实验要求：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。

CubeMX上DMA 配置

用到的库函数

1. __HAL_UART_ENABLE

#define __HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__) ((((__INTERRUPT__) >> 28U) == UART_CR1_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR1 |= ((__INTERRUPT__) & UART_IT_MASK)): \ (((__INTERRUPT__) >> 28U) == UART_CR2_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR2 |= ((__INTERRUPT__) & UART_IT_MASK)): \ ((__HANDLE__)->Instance- >CR3 |= ((__INTERRUPT__) & UART_IT_MASK)))

参数一：HANDLE，串口句柄
参数二：INTERRUPT，需要使能的中断

2. HAL_UART_Receive_DMA

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

#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

#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

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

#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

代码实现

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。

有三个文件需要修改：

main.c

uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE]; // 接收数据缓存数组
uint8_t rcvLen = 0; // 接收一帧数据的长度
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 使能IDLE空闲中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuf,100); // 使能DMA接收中断
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
HAL_Delay(300);
}

main.h


#define BUF_SIZE 100

stm32f1xx_it.c

extern uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE];
extern uint8_t rcvLen;
void USART1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
/* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) == SET)) // 判断IDLE标志位是否被置位
{
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);// 清除标志位
HAL_UART_DMAStop(&huart1); // 停止DMA传输，防止干扰
uint8_t temp=__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
rcvLen = BUF_SIZE - temp; //计算数据长度
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rcvBuf, rcvLen);//发送数据
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rcvBuf, BUF_SIZE);//开启DMA
}
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

DMA介绍

DMA的意义

搬运什么数据？

实验一、内存到内存搬运

实验二、内存到外设搬运

实验三、外设到内存搬运

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