前面讲串口、定时器、ADC时都提到过DMA，这篇把它单独讲透。
DMA是STM32里"最容易被新手忽略，但用了就回不去"的功能。
理解DMA后，你的程序效率能提升好几倍，CPU终于能干点正事了。

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一、为什么需要DMA？

1.1 没有DMA的痛苦

假设你要用SPI刷一块480×480的屏幕，每帧460KB数据。不用DMA的话：

/* 笨办法：CPU一个字节一个字节搬 */
for (uint32_t i = 0; i < 460800; i++) {
    SPI1->DR = frame_buf[i];           /* CPU写一个字节到SPI */
    while (!(SPI1->SR & (1 << 1)));    /* CPU等发送完成 */
}

这460800次循环，CPU全程占用，干不了别的。刷一帧要几十毫秒，期间任务全卡住。

1.2 有DMA的爽快

/* DMA办法：配置一次，自动搬 */
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, frame_buf, 460800);
/* CPU干别的事去了，DMA在后台默默搬运 */

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）就是不经过CPU，直接在内存和外设之间搬数据的硬件模块。

1.3 对比

方式	CPU占用	速度	适用场景
CPU轮询搬运	100%	慢（每字节都要CPU干预）	少量数据
中断+CPU	中断时占用	中	不定长数据
DMA	接近0%	快（硬件并行）	大量数据

一句话：DMA是给CPU请了个"搬运工"，脏活累活全丢给它，CPU专心干脑力活。

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二、DMA工作原理

2.1 DMA能搬什么？

DMA搬运发生在三个地方之间：

   ┌──────────┐
   │  内存    │ ←──→ ┐
   │ (SRAM)   │      │
   └──────────┘      │
                     ↓
               ┌──────────┐
               │   DMA    │  ← 硬件搬运工
               └──────────┘
                     ↓
   ┌──────────┐      │
   │  外设    │ ←──→ ┘
   │(SPI/ADC/ │
   │ UART等)  │
   └──────────┘

三种搬运方向：

1. 内存 → 外设（如SPI刷屏：显存→SPI->DR）
2. 外设 → 内存（如ADC采集：ADC->DR→数组）
3. 内存 → 内存（如数组拷贝，STM32F1的DMA1不支持，DMA2才支持）

2.2 DMA怎么知道搬多少？

配置DMA时告诉它三个关键信息：

• 源地址：数据从哪来（如显存地址、&SPI1->DR）
• 目标地址：数据到哪去
• 数据长度：搬多少个

DMA每搬一个数据，数据长度自动减1，减到0就触发"传输完成"中断。

2.3 STM32的DMA通道

STM32F1有2个DMA控制器，每个有7个通道：

DMA1（7个通道）：
  CH1 → ADC1
  CH2 → SPI1_RX / USART3_TX
  CH3 → SPI1_TX / USART3_RX
  CH4 → SPI2_RX / USART1_TX
  CH5 → SPI2_TX / USART1_RX
  CH6 → USART2_RX
  CH7 → USART2_TX

DMA2（5个通道，仅大容量型号有）：
  CH1-CH5 → 各种外设

重要：每个通道只能服务固定的外设！比如USART1_TX必须用DMA1_CH4，不能随便选。这是硬件决定的，查参考手册的"DMA请求映射表"。

STM32F4/G4/H7用户注意：F4及以上系列不用"通道"而是用"DMA Stream（数据流）+ 请求选择器"。区别是：F1的通道是固定映射的（USART1_TX只能用CH4），F4的数据流可以通过请求选择器灵活选择连接任意外设，不再受固定映射限制。但本文的代码和配置方法F1/F4通用，CubeMX会帮你处理差异。

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三、DMA的三个核心配置

3.1 传输模式

模式	说明	适用
Normal（正常）	搬完指定长度后停止	一次性传输，如发一条串口消息
Circular（循环）	搬完后自动从头开始	连续采集，如ADC持续采样

坑点：ADC持续采集必须用Circular，否则采一次就停。很多人踩过——上一篇ADC文章里特别提过。

3.2 数据宽度

源和目标的数据宽度可以不同，DMA会自动对齐：

源宽度	目标宽度	行为
半字(16bit)	半字(16bit)	正常搬
字(32bit)	半字(16bit)	截断低16位
半字(16bit)	字(32bit)	高16位补0

常用配置：

• ADC（12位数据存16位寄存器）→ 源和目标都用Half Word(16bit)
• UART（8位数据）→ 用Byte(8bit)
• SPI刷屏（16位RGB565）→ 用Half Word(16bit)

3.3 优先级

多个DMA通道同时请求时，按优先级决定谁先搬：

优先级	说明
Very High	最高
High	高
Medium	中
Low	最低

实际项目中，高速外设（如SPI刷屏）设High，慢速外设（如UART）设Low。

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四、DMA三大经典应用

4.1 ADC + DMA（连续多通道采集）

上一篇ADC文章详细讲过，这里精简回顾：

#define ADC_CH_NUM 3
uint16_t adc_dma_buf[ADC_CH_NUM];

/* CubeMX配置ADC1的DMA，Circular模式 */
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_dma_buf, ADC_CH_NUM);

/* 数组自动更新，随时可读 */
while (1) {
    printf("CH0:%d CH1:%d CH2:%d\r\n",
           adc_dma_buf[0], adc_dma_buf[1], adc_dma_buf[2]);
    HAL_Delay(500);
}

CPU零参与，DMA后台自动把3个通道的ADC结果搬到数组。

4.2 UART + DMA（高效收发不定长数据）

这是ESP8266 WiFi模块通信的核心技术。

发送（内存→UART）：

uint8_t tx_buf[] = "AT+RST\r\n";

/* DMA方式发送，发完触发中断 */
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, tx_buf, sizeof(tx_buf) - 1);

/* 发送完成回调 */
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    printf("发送完成\r\n");
}

接收（UART→内存）+ 空闲中断：

接收不定长数据是难点。UART不知道对方发多少字节，用空闲中断（IDLE）检测一帧结束：

#define RX_BUF_SIZE 256
uint8_t rx_buf[RX_BUF_SIZE];

/* 启动DMA接收 */
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buf, RX_BUF_SIZE);
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);  /* 开启空闲中断 */

/* 在USART1_IRQHandler里处理空闲中断 */
void USART1_IRQHandler(void)
{
    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE)) {
        __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);   /* 清标志 */

        /* 停止DMA，计算收到的长度 */
        HAL_UART_DMAStop(&huart1);
        uint16_t rx_len = RX_BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx);

        /* 处理rx_buf前rx_len个字节 */
        process_at_response(rx_buf, rx_len);

        /* 重新启动接收 */
        HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buf, RX_BUF_SIZE);
    }
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}

原理：对方发完一帧后，UART总线空闲，触发IDLE中断。此时用"缓冲区大小 - DMA剩余计数"算出实际收了多少字节。这是接收AT指令响应的标准做法。

4.3 SPI + DMA（高速刷屏）

LVGL项目里60fps刷屏的核心：

LVGL（Light and Versatile Graphics Library）是一个开源的嵌入式GUI库，常用于在MCU上实现触摸屏界面。如果你还没用到LVGL，可以暂时跳过这段，重点理解SPI+DMA部分。

/* 显存：480×480×2字节 = 460800字节 */
uint16_t frame_buf[480 * 480];

void lcd_flush(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t x2, uint16_t y2, uint16_t *color)
{
    /* 设置LCD显示窗口 */
    lcd_set_window(x1, y1, x2, y2);

    /* DMA方式发送显存数据到SPI */
    HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, (uint8_t *)color, (x2-x1+1)*(y2-y1+1)*2);
}

/* DMA发送完成回调 */
void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
    /* 通知LVGL可以画下一帧了 */
    lv_disp_flush_ready(&disp_drv);
}

为什么快：SPI外设和DMA都是硬件，数据从内存→SPI->DR→MOSI引脚全程不需要CPU。CPU在DMA搬运期间去算下一帧内容，实现并行。

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五、双缓冲（Double Buffer）

连续采集场景下，DMA填满缓冲区A时，CPU还在读A会冲突。双缓冲解决这个：

DMA填A时 → CPU处理B
DMA填B时 → CPU处理A
交替进行，互不干扰

STM32F4+的双缓冲

**注意：以下代码仅适用于STM32F4/G4/H7系列。F1系列不支持硬件双缓冲，但可以用"半传输中断+完成中断"模拟（上一篇ADC文章里讲过这个方法）。F1用户可以跳过本节。

STM32F4/G4/H7的DMA支持硬件双缓冲（M0AR和M1AR两个目标地址）：

M0AR = Memory 0 Address Register（内存0地址寄存器），M1AR = Memory 1 Address Register（内存1地址寄存器）。DMA可以在两个缓冲区之间自动切换。

uint16_t buf_a[1024], buf_b[1024];

/* CubeMX里DMA Stream配置双缓冲 */
/* 或代码里 */
HAL_DMAEx_MultiBufferStart_IT(&hdma_adc1,
    (uint32_t)&ADC1->DR,
    (uint32_t)buf_a,
    (uint32_t)buf_b,
    1024);

/* 半传输完成：A填了一半 */
void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    /* 可以安全处理buf_a */
}

/* 全传输完成：A填满，DMA切到buf_b */
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    /* 处理buf_a，DMA正在填buf_b */
}

STM32F1不支持硬件双缓冲，但可以用"半传输中断+完成中断"模拟——上一篇ADC文章里讲过。

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六、DMA + 中断回调完整流程

理解这个流程，DMA就彻底通了：

1. CPU配置DMA（源地址、目标地址、长度、模式）
        ↓
2. CPU启动DMA，去干别的事
        ↓
3. 外设产生请求（如ADC转换完成、UART收到字节）
        ↓
4. DMA自动搬运一个数据，长度计数-1
        ↓
5. 重复3-4，直到长度计数=0
        ↓
6. DMA触发"传输完成"中断
        ↓
7. CPU在中断回调里处理数据
        ↓
8. Circular模式下，DMA自动重新开始

关键点：步骤3-5全程不需要CPU，只有步骤7需要CPU处理结果。这就是"CPU解放双手"。

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七、常见踩坑

坑1：DMA数据错位/丢失

现象：收到的数据顺序乱了，或丢字节。

原因：

1. 源/目标数据宽度配错（如ADC用Byte而不是Half Word）
2. DMA优先级太低，被高速通道抢占
3. 缓冲区大小不够，新数据覆盖了未处理的旧数据

解决：检查数据宽度配置；增大缓冲区；提高优先级。

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坑2：DMA只工作一次就停

现象：第一次正常，之后不再传输。

原因：

1. 模式设成了Normal而非Circular
2. 传输完成后没有重新启动（Normal模式下需要手动重启）

解决：连续采集用Circular模式；单次传输在回调里重新HAL_ADC_Start_DMA。

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坑3：DMA中断频繁，CPU反而更忙

现象：开了DMA中断，但CPU中断处理时间比不用DMA还长。

原因：中断触发太频繁。比如ADC每采一个点就中断一次，采样率1MHz就是1MHz中断，CPU扛不住。

解决：

1. 不要每个数据都中断，用半传输+完成中断（采一批再处理）
2. 降低采样率
3. 中断回调里别做耗时操作（如printf）

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坑4：内存→内存不能用

现象：STM32F1想用DMA1做内存到内存拷贝，配置后不工作。

原因：STM32F1的DMA1不支持内存到内存传输，只有DMA2支持（且仅大容量型号）。

解决：

1. 换DMA2（如果芯片支持）
2. 老实用memcpy或CPU拷贝
3. 换STM32F4/H7，所有DMA都支持内存到内存

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坑5：DMA缓冲区必须对齐

现象：偶发数据错误，查很久找不到原因。

原因：DMA访问内存要求地址对齐。地址对齐是指数据在内存中的起始地址必须是数据宽度的整数倍——16位（2字节）数据必须存在偶数地址上，32位（4字节）数据必须存在4的倍数地址上。DMA硬件有这个要求，如果地址不对齐，DMA可能读到错位的数据或直接报错。

解决：用__ALIGN_BEGIN或确保数组定义时自然对齐：

/* 错误：可能未对齐 */
uint8_t buf[100];
uint16_t *p = (uint16_t *)buf;   /* buf地址可能是奇数 */

/* 正确：直接定义16位数组，必然2字节对齐 */
uint16_t buf[50];

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八、性能对比实测

以SPI发送460800字节（一帧屏幕数据）为例：

方式	耗时	CPU占用	帧率上限
CPU轮询	~30ms	100%	33fps
CPU中断	~25ms	80%	40fps
DMA	~8ms	<5%	120fps

这就是为什么LVGL项目里用SPI+DMA能稳定60fps——DMA把刷屏时间从30ms压到8ms，CPU有充足时间算下一帧。

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九、DMA使用决策树

什么时候该用DMA？看这个决策：

数据量 < 100字节？
  ├─ 是 → CPU轮询就够了，别折腾DMA
  └─ 否
      │
      是否连续/周期性传输？
      ├─ 是 → 用DMA + Circular模式（ADC采集、音频流）
      └─ 否
          │
          数据量大且不频繁？
          ├─ 是 → 用DMA + Normal模式（刷屏、批量发送）
          └─ 否 → 中断方式即可

经验：UART收发AT指令、ADC多通道采集、SPI刷屏，这三大场景必用DMA。其他看数据量决定。

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十、总结

要点	内容
DMA本质	硬件搬运工，不经过CPU直接搬数据
三种方向	内存↔外设、内存↔内存（F1不支持）
传输模式	Normal（单次）/ Circular（循环）
三大应用	ADC采集 / UART收发 / SPI刷屏
通道映射	F1固定映射，查手册；F4+可配置
双缓冲	DMA填A时CPU处理B，流水线并行

一句话总结：DMA的核心思想就是让硬件搬数据，CPU干脑力活。会用DMA，是从"新手"到"工程师"的分水岭。

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STM32入门系列到这篇告一段落。下一篇开始新的系列——RTOS多任务开发。
下一篇预告：《FreeRTOS入门第一课：从裸机到多任务的思维转变》

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作者：嵌入式阿蔡