什么是DMA? STM32如何配置DMA？

時(shí)間：2021-01-21 15:28:19

關(guān)鍵字： DMA STM32

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[導(dǎo)讀]DMA簡(jiǎn)介 DMA(Direct Memory Access：直接內(nèi)存存取)是一種可以大大減輕CPU工作量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方式。

一、DMA簡(jiǎn)介

1、DMA簡(jiǎn)介
DMA(Direct Memory Access：直接內(nèi)存存取)是一種可以大大減輕CPU工作量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方式。 CPU有轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)、計(jì)算、控制程序轉(zhuǎn)移等很多功能，但其實(shí)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)（尤其是轉(zhuǎn)移大量數(shù)據(jù)）是可以不需要CPU參與。比如希望外設(shè)A的數(shù)據(jù)拷貝到外設(shè)B，只要給兩種外設(shè)提供一條數(shù)據(jù)通路，再加上一些控制轉(zhuǎn)移的部件就可以完成數(shù)據(jù)的拷貝。 DMA就是基于以上設(shè)想設(shè)計(jì)的，它的作用就是解決大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過度消耗CPU資源的問題。有了DMA使CPU更專注于更加實(shí)用的操作--計(jì)算、控制等。

2、DMA的工作原理 DMA的作用就是實(shí)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(zhì)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(shè)的數(shù)據(jù)寄存器本質(zhì)上就是內(nèi)存的一個(gè)存儲(chǔ)單元）。四種情況的數(shù)據(jù)傳輸如下：

外設(shè)到內(nèi)存
內(nèi)存到外設(shè)
內(nèi)存到內(nèi)存
外設(shè)到外設(shè) 當(dāng)用戶將參數(shù)設(shè)置好，主要涉及源地址、目標(biāo)地址、傳輸數(shù)據(jù)量這三個(gè)，DMA控制器就會(huì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，傳輸?shù)慕K點(diǎn)就是剩余傳輸數(shù)據(jù)量為0（循環(huán)傳輸不是這樣的）。換句話說只要剩余傳輸數(shù)據(jù)量不是0，而且DMA是啟動(dòng)狀態(tài)，那么就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸。

3、DMA是否影響CPU的運(yùn)行
在X86架構(gòu)系統(tǒng)中，當(dāng)DMA運(yùn)作時(shí)（假設(shè)我們從磁盤拷貝一個(gè)文件到U盤），DMA實(shí)際上會(huì)占用系統(tǒng)總線周期中的一部分時(shí)間。也就是說，在DMA未開啟前，系統(tǒng)總線可能完全被CPU使用；當(dāng)DMA開啟后，系統(tǒng)總線要為DMA分配一定的時(shí)間，以保證DMA和CPU同時(shí)運(yùn)作。那么顯然，DMA會(huì)降低CPU的運(yùn)行速度。在STM32控制器中，芯片采用Cortex-M3架構(gòu)，總線結(jié)構(gòu)有了很大的優(yōu)化，DMA占用另外的總線，并不會(huì)與CPU的系統(tǒng)總線發(fā)生沖突。也就是說，DMA的使用不會(huì)影響CPU的運(yùn)行速度。

二、STM32的DMA結(jié)構(gòu)

1、DMA的主要特性
● 12個(gè) 獨(dú)立的可配置的通道(請(qǐng)求)DMA1有7個(gè)通道，DMA2 有5個(gè)通道
● 每個(gè)通道都直接連接專用的硬件DMA請(qǐng)求，每個(gè)通道都同樣支持軟件觸發(fā)。這些功能通過
軟件來配置。
● 在七個(gè)請(qǐng)求間的優(yōu)先權(quán)可以通過軟件編程設(shè)置(共有四級(jí)：很高、高、中等和低)，假如在相
等優(yōu)先權(quán)時(shí)由硬件決定(請(qǐng)求0優(yōu)先于請(qǐng)求1，依此類推) 。
● 獨(dú)立的源和目標(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(duì)齊。
● 支持循環(huán)的緩沖器管理
● 每個(gè)通道都有3個(gè)事件標(biāo)志(DMA 半傳輸，DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯(cuò))，這3個(gè)事件標(biāo)志邏輯或成為一個(gè)單獨(dú)的中斷請(qǐng)求。
● 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器間的傳輸
● 外設(shè)和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器和外設(shè)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65536 下面為功能框圖：

2、兩個(gè)DMA控制器結(jié)構(gòu) ① DMA1 controller

② DMA2 controller

3、DMA寄存器列表

① 中斷類
DMA_ISR：　　DMA中斷狀態(tài)寄存器 DMA_IFCR:　　DMA中斷標(biāo)志位清除寄存器說明：DMA1、DMA2分別有一組寄存器。

② 控制傳輸類
DMA_CCRx:　　　DMA通道x配置寄存器 DMA_CNDTRx:　 DMA通道x數(shù)據(jù)數(shù)量寄存器 DMA_CPARx:　　 DMA通道x外設(shè)地址寄存器 DMA_CMARx:　　DMA通道x內(nèi)存地址寄存器說明：

每一個(gè)通道都有一組寄存器。
DMA_CPARx、DMA_CMARx是沒有差別的，它們都可以存放外設(shè)的地址、內(nèi)存的地址。DMA_CPARx、DMA_CMARx只不過起得名字有差別而已。

4、STM32的DMA工作特點(diǎn)

① DMA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋匾獥l件
剩余傳輸數(shù)據(jù)量大于0，DMA通道傳輸使能通道上DMA數(shù)據(jù)傳輸有事件請(qǐng)求前兩者都好理解，對(duì)于第三點(diǎn)確實(shí)需要詳細(xì)的解釋，請(qǐng)看下邊的三條。

② 外設(shè)到XX方向的傳輸
假設(shè)是ADC到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸，顯然ADC的DMA傳輸?shù)脑吹刂肥茿DC的數(shù)據(jù)寄存器。并不是說只要DMA通道傳輸使能后，就立即進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。只有當(dāng)一次ADC轉(zhuǎn)化完成，ADC的DMA通道的傳輸事件有效，DMA才會(huì)從ADC的數(shù)據(jù)寄存器讀出數(shù)據(jù)，寫入目的地址。當(dāng)DMA在讀取ADC的數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，同時(shí)使ADC的DMA通道傳輸事件無效。顯然，要等到下一次ADC轉(zhuǎn)換完成后，才能啟動(dòng)再一次的數(shù)據(jù)傳輸。

③存儲(chǔ)器對(duì)XX的DMA傳輸
因?yàn)閿?shù)據(jù)是準(zhǔn)備好的，不像ADC還需要等待數(shù)據(jù)到位。所以，不需要對(duì)應(yīng)通道的事件。只要使能DMA數(shù)據(jù)傳輸就一直傳輸，直到達(dá)到設(shè)定的傳輸量。

example: 1.內(nèi)存到內(nèi)存， DMA傳輸請(qǐng)求一直有效 2.內(nèi)存到串口， DMA傳輸請(qǐng)求一直有效一種解釋：存儲(chǔ)器對(duì)存儲(chǔ)器的置位，就相當(dāng)于相應(yīng)通道的事件有效。對(duì)應(yīng)通道的事件有效和存儲(chǔ)器對(duì)存儲(chǔ)器的置位，就是傳輸?shù)挠|發(fā)位。每次傳輸?shù)氖录梦灰淮?，完成一次傳輸。如果是由外設(shè)引發(fā)的DMA傳輸，則傳輸完成后，相應(yīng)傳輸事件會(huì)置為無效，而存儲(chǔ)器對(duì)存儲(chǔ)器的傳輸，則一次傳輸完成后，相應(yīng)事件一直有效，直至完成設(shè)定的傳輸量。

④外設(shè)以DMA方式工作時(shí)，能否再以軟件方式進(jìn)行操作？有一點(diǎn)是肯定的，當(dāng)外設(shè)以DMA方式正在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，不可能再相應(yīng)CPU的軟件控制命令，否則這不符合邏輯。但是，倘若外設(shè)僅僅配置成DMA工作方式，但是DMA請(qǐng)求并未產(chǎn)生，數(shù)據(jù)傳輸并沒有進(jìn)行。此時(shí)，軟件控制命令仍然能夠?qū)ν庠O(shè)進(jìn)行控制。這是筆者在串口以DMA方式發(fā)送數(shù)據(jù)情形下，所得到的測(cè)試結(jié)論。

三、STM32的DMA軟件編程

1、“內(nèi)存到內(nèi)存”模式傳輸

① 初始化配置

    uint8_t SendBuff[SENDBUFF_SIZE]; uint8_t ReceiveBuff[RXBUFF_SIZE]; /**
  * @brief  USART1 TX DMA 配置，內(nèi)存到內(nèi)存
  * @param  無
  * @retval 無
  */ void DMA_Mem2Mem_Config(void) {
        DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; /*開啟DMA時(shí)鐘*/ RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); /*設(shè)置DMA源地址*/ DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)SendBuff; /*設(shè)置DMA目的地址*/ DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr =  (uint32_t)ReceiveBuff; /*方向：從內(nèi)存SendBuff到內(nèi)存ReceiveBuff*/ DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; /*傳輸大小DMA_BufferSize=SENDBUFF_SIZE*/ DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = SENDBUFF_SIZE; /*ReceiveBuff地址自增*/ DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable; /*SENDBUFF_SIZE地址自增*/ DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; /*ReceiveBuff數(shù)據(jù)單位*/ DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; /*SENDBUFF_SIZE數(shù)據(jù)單位*/ DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; /*DMA模式：正常模式*/ DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal ; /*優(yōu)先級(jí)：中*/ DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; /*使能內(nèi)存到內(nèi)存的傳輸    */ DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable; /*配置DMA1的4通道*/ DMA_Init(DMA1_Channel4, &DMA_InitStructure); /*失能DMA1的4通道，一旦使能就開始傳輸*/ DMA_Cmd (DMA1_Channel4,DISABLE); 
}

② DMA中斷配置

    /**
  * @brief DMA 中斷配置
  * @param 無
  * @retval 無
  */ void DMA_NVIC_Configuration(void) {                                                                      
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 配置中斷源 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel4_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); /* 配置DMA發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷 */ DMA_ITConfig(DMA1_Channel4,DMA_IT_TC,ENABLE);
}

③啟動(dòng)傳輸
DMA_Cmd (DMA1_Channel4,ENABLE);
2、利用DMA實(shí)現(xiàn)循環(huán)傳輸

方法1：?jiǎn)未蝹鬏斈Ｊ?/span> 當(dāng)傳輸結(jié)束時(shí)，觸發(fā)DMA中斷，在中斷程序中首先失能DMA通道，然后修改該通道的傳輸數(shù)據(jù)量。最后重新使能DMA通道，注意只有失能的DMA通道才能成功修改傳輸數(shù)據(jù)量。

方法2：循環(huán)傳輸模式當(dāng)傳輸結(jié)束時(shí)，硬件自動(dòng)會(huì)將傳輸數(shù)據(jù)量寄存器進(jìn)行重裝，進(jìn)行下一輪的數(shù)據(jù)傳輸。

四、再談STM32的DMA傳輸是否影響CPU的運(yùn)行速度

聲明：經(jīng)過筆者測(cè)試，當(dāng)DMA工作在內(nèi)存到外設(shè)的傳輸和內(nèi)存到內(nèi)存的傳輸時(shí)，都不會(huì)影響CPU的運(yùn)行速度。為了給這種現(xiàn)象一個(gè)合理的解釋，筆者做以下猜測(cè)：

1、S3C2440的DMA傳輸
S3C2440的SDRAM是外置的，并且SDRAM的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線總共只有一組。假設(shè)DMA傳輸?shù)姆较蚴莾?nèi)存到外設(shè)，當(dāng)DMA運(yùn)作時(shí)，需要占用SDRAM的三類線才才能實(shí)現(xiàn)傳輸；而與此同時(shí)CPU也需要通過這三類線來訪問SDRAM來讀取程序、讀寫數(shù)據(jù)。顯然，DMA的運(yùn)行與CPU的運(yùn)行有交叉點(diǎn)，DMA就會(huì)影響到CPU的運(yùn)行。

2、STM32的DMA傳輸
STM32與S3C2440的區(qū)別是很大的，S3C2440是微處理器，RAM外置且空間很大；STM32是微控制器，RAM片內(nèi)集成且空間較小。此時(shí)，ST公司就有可能提升DMA的運(yùn)作效率，使DMA的工作不影響到CPU的運(yùn)行。外設(shè)與外設(shè)之間的DMA傳輸，因?yàn)榕cCPU的運(yùn)行沒有交叉點(diǎn)（CPU的數(shù)據(jù)流注意是在Flash、內(nèi)存、寄存器中傳輸），所以不會(huì)影響CPU的運(yùn)行速度。唯一有可能影響的是外設(shè)與內(nèi)存或者內(nèi)存與內(nèi)存之間的DMA傳輸。倘若ST公司的SRAM是一個(gè)雙口RAM，也就是同時(shí)可以由兩組接口對(duì)RAM進(jìn)行訪問，就可以很好的解決速度影響問題。倘若CPU恒定占有一組接口，而另一組接口留給DMA控制器。那么當(dāng)外設(shè)與內(nèi)存或者內(nèi)存與內(nèi)存之間的DMA傳輸時(shí)，由于不與CPU的訪問SRAM接口沖突，所以可以解決速度影響問題。但其實(shí)偶爾還是會(huì)影響的，當(dāng)CPU訪問SRAM的空間和DMA訪問SRAM的空間相同時(shí)，SRAM勢(shì)必會(huì)對(duì)這種情況進(jìn)行仲裁，這可能會(huì)影響到CPU的訪問SRAM的速度。其實(shí)，這種情況的概率也是很小的，所以即使影響CPU的運(yùn)行速度，也不會(huì)很大。

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