【STM32】DMA（直接存储器存取）

一、DMA简介

  1. DMA是一个数据转运小助手，用来协助CPU完成数据转运的工作（可以直接访问32内部存储器，包括内部SRAM，Flash）。

  2. DMA可以提供外设和存储器（硬件触发 ）或者存储器和存储器（软件触发）之间的高速数据传输。

  3. 无需CPU干预，节省了CPU资源
    12个独立可配置的通道：DMA1（7个通道） DMA2（5个通道）
    C8T6只有DMA1

  4. 存储器映像
    在这里插入图片描述

二、DMA框图

在这里插入图片描述
当 ADC 完成一次转换后，其数据寄存器（ADC_DR）中会存放转换结果，此时 ADC 外设会自动产生一个 DMA 请求信号。这个请求信号会通过芯片内部的 “DMA 请求线路” 直接连接到 DMA 控制器的相应通道（例如 ADC1 通常对应 DMA1 的通道 1）。再将数据转移到存储器，通常是内部 SRAM（也可以是其他存储器，根据需求配置），这样 CPU 后续可以从 SRAM 中读取 ADC 转换后的数据进行处理。

三、DMA基本结构图

在这里插入图片描述

  1. 传输参与方
  • 外设侧：涉及外设寄存器，需配置起始地址、数据宽度、地址是否自增等参数，用于确定数据来源或目标外设相关属性。
  • 存储器侧：包含Flash和SRAM，同样要配置起始地址、数据宽度、地址是否自增，明确数据在存储器中的存储相关设定。
  1. 传输方向与限制
  • 数据可在外设寄存器与Flash/SRAM之间双向传输（图中双向箭头体现）。
  • 存在限制：不能进行SRAM到Flash、Flash到Flash的操作（图中红色标注说明）。
  1. 传输控制组件
  • 传输计数器：用于统计已传输的数据量，当传输完成（计数归0）时，可结合自动重装器实现单次或循环传输模式（图中“单次/循环模式”标注）。
  • 自动重装器：配合传输计数器，决定传输是单次执行还是循环执行。
  • 触发方式：
    • 硬件触发（对应图中“硬件触发(0)”）；
    • 软件触发（对应图中“软件触发(1)”）；
    • M2M来决定置1还是0
  • 开关控制：整体控制DMA传输的使能等。

四、其它有关细节

4.1 DMA请求

在这里插入图片描述

4.2 数据宽度与对齐

在这里插入图片描述
当源端宽度小于目标宽度就在高位补0
当源端宽度大于目标宽度就把高位舍弃

五、DMA数据转运程序

5.1 数据转运+DMA

将Data A转到Data B，外设地址给Data A数组地址，存储器地址给Data B的首地址，宽度按8位字节传输，两地址都自增，传输计数器给7，无需自动重装，使用软件触发，调用DMA_Cmd()
在这里插入图片描述

接线图
在这里插入图片描述

启动DMA基础步骤：
① RCC开启DMA时钟
② 初始化DMA_Init()参数
③ DMA_Cmd给指定的通道使能

  • MyDMA.h 模块代码
#ifndef __MYDMA_H
#define __MYDMA_H

void MyDMA_Init(uint32_t AddrA, uint32_t AddrB, uint16_t Size);
void MyDMA_Transfer(void);

#endif
  • MyDMA.c 模块代码
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t MyDMA_Size;					//定义全局变量，用于记住Init函数的Size，供Transfer函数使用

/**
  * 函    数：DMA初始化
  * 参    数：AddrA 原数组的首地址
  * 参    数：AddrB 目的数组的首地址
  * 参    数：Size 转运的数据大小（转运次数）
  * 返 回 值：无
  */
void MyDMA_Init(uint32_t AddrA, uint32_t AddrB, uint16_t Size)
{
	MyDMA_Size = Size;					//将Size写入到全局变量，记住参数Size
	
	/*开启时钟*/
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);						//开启DMA的时钟
	
	/*DMA初始化*/
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;										//定义结构体变量
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = AddrA;						//外设基地址，给定形参AddrA
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;	//外设数据宽度，选择字节
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable;			//外设地址自增，选择使能
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = AddrB;							//存储器基地址，给定形参AddrB
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;			//存储器数据宽度，选择字节
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;					//存储器地址自增，选择使能
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;						//数据传输方向，选择由外设到存储器
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = Size;								//转运的数据大小（转运次数）
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;							//模式，选择正常模式
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;								//存储器到存储器，选择使能
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;					//优先级，选择中等
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);							//将结构体变量交给DMA_Init，配置DMA1的通道1
	
	/*DMA使能*/
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);	//这里先不给使能，初始化后不会立刻工作，等后续调用Transfer后，再开始
}

/**
  * 函    数：启动DMA数据转运
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void MyDMA_Transfer(void)
{
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, DISABLE);					//DMA失能，在写入传输计数器之前，需要DMA暂停工作
	DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1, MyDMA_Size);	//写入传输计数器，指定将要转运的次数
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);						//DMA使能，开始工作
	
	while (DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1) == RESET);	//等待DMA工作完成
	DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);						//清除工作完成标志位
}
  • main.c 模块代码
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyDMA.h"

uint8_t DataA[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};				//定义测试数组DataA，为数据源
uint8_t DataB[] = {0, 0, 0, 0};							//定义测试数组DataB，为数据目的地

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();				//OLED初始化
	
	MyDMA_Init((uint32_t)DataA, (uint32_t)DataB, 4);	//DMA初始化，把源数组和目的数组的地址传入
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "DataA");
	OLED_ShowString(3, 1, "DataB");
	
	/*显示数组的首地址*/
	OLED_ShowHexNum(1, 8, (uint32_t)DataA, 8);
	OLED_ShowHexNum(3, 8, (uint32_t)DataB, 8);
		
	while (1)
	{
		DataA[0] ++;		//变换测试数据
		DataA[1] ++;
		DataA[2] ++;
		DataA[3] ++;
		
		OLED_ShowHexNum(2, 1, DataA[0], 2);		//显示数组DataA
		OLED_ShowHexNum(2, 4, DataA[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 7, DataA[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 10, DataA[3], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 1, DataB[0], 2);		//显示数组DataB
		OLED_ShowHexNum(4, 4, DataB[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 7, DataB[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 10, DataB[3], 2);
		
		Delay_ms(1000);		//延时1s，观察转运前的现象
		
		MyDMA_Transfer();	//使用DMA转运数组，从DataA转运到DataB
		
		OLED_ShowHexNum(2, 1, DataA[0], 2);		//显示数组DataA
		OLED_ShowHexNum(2, 4, DataA[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 7, DataA[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(2, 10, DataA[3], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 1, DataB[0], 2);		//显示数组DataB
		OLED_ShowHexNum(4, 4, DataB[1], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 7, DataB[2], 2);
		OLED_ShowHexNum(4, 10, DataB[3], 2);

		Delay_ms(1000);		//延时1s，观察转运后的现象
	}
}

5.2 ADC扫描模式+DMA

外设地址给ADC_DR地址，存储器地址在SRAM中找一个数组ADValue，以16位半字传输
在这里插入图片描述
触发后，ADC 按序列（通道 2、5、4、1、0、3、6）依次转换，结果暂存到 ADC_DR。然后通过 ADC 硬件触发 DMA，DMA 把 ADC_DR 里各通道的转换结果，搬运到 SRAM 的ADValue数组对应位置，全程不用 CPU 插手。

接线图
在这里插入图片描述

  • AD.h 模块代码
#ifndef __AD_H
#define __AD_H

extern uint16_t AD_Value[4];

void AD_Init(void);

#endif
  • AD.c 模块代码
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t AD_Value[4];					//定义用于存放AD转换结果的全局数组

/**
  * 函    数：AD初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void AD_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);		//开启DMA1的时钟
	
	/*设置ADC时钟*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA0、PA1、PA2和PA3引脚初始化为模拟输入
	
	/*规则组通道配置*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//规则组序列1的位置，配置为通道0
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//规则组序列2的位置，配置为通道1
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//规则组序列3的位置，配置为通道2
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 4, ADC_SampleTime_55Cycles5);	//规则组序列4的位置，配置为通道3
	
	/*ADC初始化*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;											//定义结构体变量
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;							//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;						//数据对齐，选择右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;			//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;							//连续转换，使能，每转换一次规则组序列后立刻开始下一次转换
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;								//扫描模式，使能，扫描规则组的序列，扫描数量由ADC_NbrOfChannel确定
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 4;										//通道数，为4，扫描规则组的前4个通道
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);											//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1
	
	/*DMA初始化*/
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;											//定义结构体变量
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;				//外设基地址，给定形参AddrA
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;	//外设数据宽度，选择半字，对应16为的ADC数据寄存器
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;			//外设地址自增，选择失能，始终以ADC数据寄存器为源
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)AD_Value;					//存储器基地址，给定存放AD转换结果的全局数组AD_Value
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;			//存储器数据宽度，选择半字，与源数据宽度对应
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;						//存储器地址自增，选择使能，每次转运后，数组移到下一个位置
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;							//数据传输方向，选择由外设到存储器，ADC数据寄存器转到数组
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 4;										//转运的数据大小（转运次数），与ADC通道数一致
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;								//模式，选择循环模式，与ADC的连续转换一致
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;								//存储器到存储器，选择失能，数据由ADC外设触发转运到存储器
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;						//优先级，选择中等
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);								//将结构体变量交给DMA_Init，配置DMA1的通道1
	
	/*DMA和ADC使能*/
	DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);							//DMA1的通道1使能
	ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);								//ADC1触发DMA1的信号使能
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//ADC1使能
	
	/*ADC校准*/
	ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，内部有电路会自动执行校准
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	
	/*ADC触发*/
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);	//软件触发ADC开始工作，由于ADC处于连续转换模式，故触发一次后ADC就可以一直连续不断地工作
}
  • main.c 模块代码
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();				//OLED初始化
	AD_Init();					//AD初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "AD0:");
	OLED_ShowString(2, 1, "AD1:");
	OLED_ShowString(3, 1, "AD2:");
	OLED_ShowString(4, 1, "AD3:");
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 5, AD_Value[0], 4);		//显示转换结果第0个数据
		OLED_ShowNum(2, 5, AD_Value[1], 4);		//显示转换结果第1个数据
		OLED_ShowNum(3, 5, AD_Value[2], 4);		//显示转换结果第2个数据
		OLED_ShowNum(4, 5, AD_Value[3], 4);		//显示转换结果第3个数据
		
		Delay_ms(100);							//延时100ms，手动增加一些转换的间隔时间
	}
}
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