在這個(gè)STM32 Blue Pill教程中，我們介紹了STM32微控制器的DMA直接內(nèi)存訪問控制器。我們將討論 DMA 單元的硬件和特性、如何配置和使用它及其應(yīng)用。

直接內(nèi)存訪問通常稱為 DMA，是一種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其中 I/O 設(shè)備直接與內(nèi)存通信，而無需通過中央處理器。在這種硬件機(jī)制中，DMA控制器是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中代替CPU單元的數(shù)字邏輯單元，負(fù)責(zé)訪問輸入輸出設(shè)備和存儲(chǔ)器以傳輸數(shù)據(jù)。因此，它減輕了與內(nèi)存?zhèn)鬏斚嚓P(guān)的操作負(fù)載，從而大大降低了 CPU 負(fù)載。

DMA 控制器是一種專用硬件，無需 CPU 參與即可直接執(zhí)行讀取和寫入操作，并節(jié)省了涉及操作碼獲取、解碼、遞增和源/目標(biāo)測試地址的時(shí)間，否則中央處理器應(yīng)該執(zhí)行這些操作。這導(dǎo)致外圍設(shè)備和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率很高，并且可以快速傳送大塊數(shù)據(jù)。

沒有 DMA 單元的 CPU 可能會(huì)過載并導(dǎo)致其過度工作，因?yàn)橹魈幚砥髫?fù)責(zé)在外圍設(shè)備和內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)以及執(zhí)行代碼和獲取指令。為了確保 CPU 發(fā)揮其全部潛力，數(shù)據(jù)傳輸過程被交給 DMA 單元，以減少主處理器的負(fù)載。

顯示 DMA 單元的 STM32 Blue Pill 系統(tǒng)架構(gòu)

下圖顯示了 STM32 Blue Pill 附帶的 STM32F103C8T6 微控制器的系統(tǒng)架構(gòu)。

請注意，在上圖中，通過合并一個(gè) DMA 單元，來自任何外設(shè)（例如 ADC1 或 USART1）的數(shù)據(jù)流現(xiàn)在可以直接發(fā)送到 SRAM，而無需主處理器的干預(yù)。CPU 可以繼續(xù)執(zhí)行自己的任務(wù)，從而提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率。雖然并不總是有利，但 DMA 單元也可能帶來一些問題。

DMA 單元與 Cortex-M3 內(nèi)核共享系統(tǒng)總線，使其能夠完成直接內(nèi)存?zhèn)鬏??？偩€矩陣使用循環(huán)調(diào)度，確保 CPU 可以訪問至少一半的系統(tǒng)帶寬?？偩€矩陣實(shí)現(xiàn)循環(huán)調(diào)度，從而在 DMA 停止 CPU 訪問系統(tǒng)總線時(shí)確保 CPU 至少有一半的系統(tǒng)總線帶寬（內(nèi)存和外設(shè)）主處理器具有相同的目標(biāo)目的地。

簡而言之，DMA 單元釋放了 CPU 并允許它執(zhí)行其他操作。在沒有任何 CPU 干預(yù)的情況下，在 DMA 單元的幫助下，外圍設(shè)備和內(nèi)存之間以及內(nèi)存到內(nèi)存之間會(huì)發(fā)生快速數(shù)據(jù)傳輸。

STM32 Blue Pill DMA 硬件

正如您在下面的系統(tǒng)架構(gòu)中看到的，STM32F103C8T6 有 2 個(gè) DMA 控制器（DMA1 和 DMA2）。DMA1 有 7 個(gè)通道，DMA2 有 5 個(gè)通道。此外，每個(gè)通道都有專門的資源來管理來自一個(gè)或多個(gè)外設(shè)的內(nèi)存訪問請求，這意味著它總共有 12 個(gè)通道，可以與不同的外設(shè)一起使用，以直接在內(nèi)存和外設(shè)之間傳輸。我們還可以將每個(gè) DMA 通道與一個(gè)或多個(gè)外設(shè)一起使用來處理內(nèi)存?zhèn)鬏斦埱?。為此，它提供了一個(gè)仲裁器來設(shè)置 DMA 請求的優(yōu)先級。

主要特征

下面我們列出了 STM32 Blue Pill 的 DMA 單元的一些主要特性：

• STM32 Blue Pill 具有十二個(gè)通道，可針對 DMA 請求進(jìn)行配置。這包括七個(gè)用于 DMA1 和五個(gè)用于 DMA2

• 所有通道都有自己的 DMA 硬件請求和軟件觸發(fā)器，可以通過軟件輕松配置。

• DMA 請求還具有非常高、高、中和低四個(gè)級別的優(yōu)先級，可以通過軟件設(shè)置。它們在 DMA_CCRx 寄存器中配置。就硬件而言，它具有相等性，其中編號(hào)較小的通道優(yōu)先于編號(hào)較大的通道。仲裁器負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)置的優(yōu)先級監(jiān)控通道請求。之后，它將啟動(dòng)外設(shè)或內(nèi)存訪問序列。

• 它具有模擬打包/解包、自依賴源和目標(biāo)傳輸（包括字節(jié)、半字和字）的特點(diǎn)。

• 循環(huán)緩沖區(qū)管理

• 具有內(nèi)存到內(nèi)存、外設(shè)到外設(shè)、外設(shè)到內(nèi)存和內(nèi)存到外設(shè)的傳輸功能

• 能夠訪問閃存、SRAM、APB1、APB2 和 AHB 外設(shè)，既可以作為源也可以作為目標(biāo)。

• 通過DMA單元最多可傳輸65536個(gè)可編程數(shù)據(jù)

• 對于單個(gè)中斷請求，每個(gè)通道都有三個(gè)事件標(biāo)志，包括 DMA 傳輸一半、DMA 傳輸完成和 DMA 傳輸錯(cuò)誤。這些標(biāo)志使靈活性成為可能，因?yàn)橛袉为?dú)的中斷使能位。

DMA 中的數(shù)據(jù)處理

在本節(jié)中，我們將了解 DMA 單元如何執(zhí)行數(shù)據(jù)事務(wù)。主要有三個(gè)操作決定數(shù)據(jù)處理/傳輸過程。

1. 首先，數(shù)據(jù)從外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或內(nèi)存中的特定位置加載。它通過內(nèi)部當(dāng)前外設(shè)或內(nèi)存地址寄存器定向。這里，對于第一次傳輸，起始地址是在 DMA_CPARx/DMA_CMARx 寄存器中編程的基本存儲(chǔ)器或外設(shè)地址。

2. 其次，存儲(chǔ)加載到外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或內(nèi)存中特定位置的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是通過內(nèi)部當(dāng)前外設(shè)或內(nèi)存地址寄存器定向的。這里，對于第一次傳輸，起始地址是在 DMA_CPARx/DMA_CMARx 寄存器中編程的基本存儲(chǔ)器或外設(shè)地址。

3. 第三，DMA_CNDTRx 寄存器后遞減。該寄存器保存剩余的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)。

DMA 通道

如前所述，STM32 Blue Pill 具有十二個(gè)獨(dú)立的 DMA 通道，能夠監(jiān)控內(nèi)存地址和在特定地址處找到的外設(shè)地址之間的 DMA 傳輸。DMA 單元最多可以傳輸 65535 個(gè)可編程數(shù)據(jù)。事務(wù)發(fā)生后，保存數(shù)據(jù)數(shù)量的寄存器會(huì)遞減。

DMA_CCRx 寄存器包含 PSIZE/MSIZE 位，可以輕松編程外設(shè)/存儲(chǔ)器的傳輸數(shù)據(jù)大小。根據(jù) DMA_CCRx 寄存器中存在的 PINC/MINC 位，可以將外設(shè)/內(nèi)存指針設(shè)置為在每次事務(wù)發(fā)生后遞增。如果啟用增量模式，則下一次傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙淮蝹鬏數(shù)牡刂犯鶕?jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)大小增加 1、2 或 4。

DMA請求可以設(shè)置為連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)难h(huán)模式，根據(jù)通道配置階段設(shè)置的初始值不斷重新加載要發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，DMA請求不斷工作。要啟用循環(huán)模式，使用 DMA_CCRx 寄存器中的 CIRC 位。

但是，DMA 請求也可以設(shè)置為內(nèi)存到內(nèi)存模式。在這種情況下，DMA 通道不是由來自外設(shè)的請求觸發(fā)的。它不與循環(huán)模式同時(shí)使用。

MA 請求映射

下表顯示了從通道 1 到通道 7 的每個(gè)通道的 DMA1 請求。

要激活或停用外設(shè) DMA 請求，必須對特定外設(shè)寄存器上的 DMA 控制位進(jìn)行編程。

STM32 Blue Pill DMA 配置

在本節(jié)中，讓我們看看如何在 STM32 Blue Pill 中配置 DMA 單元。它遵循一系列步驟來成功配置單元。

• 首先，要配置 DMA 通道，需設(shè)置 DMA_CPARx 寄存器中的外設(shè)寄存器地址。外設(shè)事件發(fā)生后，數(shù)據(jù)將從/到該地址傳輸?shù)?從內(nèi)存。

• 其次，接下來設(shè)置 DMA_CMARx 寄存器中的內(nèi)存地址。外設(shè)事件發(fā)生后，數(shù)據(jù)將從/到該地址傳輸?shù)?從內(nèi)存。

• 接下來，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)在 DMA_CNDTRx 寄存器中配置。每當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)事務(wù)時(shí)，寄存器中的值就會(huì)遞減。

• 通道的優(yōu)先級通過 PL[1:0] 位在 DMA_CCRx 寄存器中設(shè)置。

• 之后，在 DMA_CCRx 寄存器中配置 DMA 請求的模式以及數(shù)據(jù)傳輸方向、中斷類型、外設(shè)/內(nèi)存數(shù)據(jù)大小等。

• 最后，設(shè)置 DMA_CCRx 寄存器中特定通道的使能位以啟動(dòng)它。

• 啟用 DMA 通道后，DMA 請求從與配置通道連接的外設(shè)開始。如果啟用 HTIE（半傳輸中斷使能）并標(biāo)記半傳輸標(biāo)志的設(shè)置，則在發(fā)送一半數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)觸發(fā)中斷。在這種情況下，如果使能 TCIE（傳輸完成中斷使能），則在所有數(shù)據(jù)傳輸完成后觸發(fā)中斷并標(biāo)記傳輸完成標(biāo)志的設(shè)置。

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