直接存儲器訪問(Direct Memory Access)，簡稱DMA。DMA是CPU一個用于數據從一個地址空間到另一地址空間“搬運”(拷貝)的組件，數據拷貝過程不需CPU干預，數據拷貝結束則通知CPU處理。因此，大量數據拷貝時，使用DMA可以釋放CPU資源。

在STM32控制器中，芯片采用Cortex-M3架構，總線結構有了很大的優化，DMA占用另外的總線，并不會與CPU的系統總線發生沖突。也就是說，DMA的使用不會影響CPU的運行速度。

DMA數據拷貝過程，典型的有：(1)內存—>內存，內存間拷貝;(2)外設—>內存，如uart、spi、i2c等總線接收數據過程;(3)內存—>外設，如uart、spi、i2c等總線發送數據過程。

串口有必要使用DMA嗎?

串口(UART)是一種低速的串行異步通信，適用于低速通信場景，通常使用的波特率小于或等于115200bps。對于小于或者等于115200bps波特率的，而且數據量不大的通信場景，一般沒必要使用DMA，或者說使用DMA并未能充分發揮出DMA的作用。對于數量大，或者波特率提高時，必須使用DMA以釋放CPU資源，因為高波特率可能帶來CPU資源過度浪費的問題。

舉個例子：對于發送，使用循環發送，可能阻塞線程，需要消耗大量CPU資源“搬運”數據，浪費CPU。對于發送，使用中斷發送，不會阻塞線程，但需浪費大量中斷資源，CPU頻繁響應中斷。以115200bps波特率，1s大約傳輸11520字節，大約69us需響應一次中斷，如波特率再提高，將消耗更多CPU資源。對于接收，如仍采用傳統的中斷模式接收，同樣會因為頻繁中斷導致消耗大量CPU資源。因此，在高波特率傳輸場景下，串口非常有必要使用DMA。

DMA應用中的幾個常見問題

1、概念上的誤解

DMA傳輸是在DMA請求下，將數據從源端傳輸到目的端。常有人將DMA請求跟DMA的源端或目的端混為一談。這里，我們可以將DMA傳輸類比成收發快遞，發件方即DMA源端，收件方即DMA目的端，而DMA請求端就是呼叫快遞的人。這個呼叫快遞的人可能是發件方、也可能是收件方，還可能是另外第三方。比方你要發個快遞，叫快遞的人可能是公司的前臺美眉。

具體到我們STM32應用，比方通過DMA將內存數據傳輸給UART DR寄存器發送出去，源端是存儲相關待發送數據的內存區域，目的端是UART DR數據寄存器。至于DMA請求，可以是UART發送空事件【TXE】，也可以是定時器的某個周期性觸發事件等。

在STM32各個系列的參考手冊的DMA章節部分，都有類似如下的DMA請求映射表。表格里填寫的都只是針對各個DMA傳輸流的DMA請求事件，并非一定是源端或目的端。當然，不排除作為源端或目的端同時又擔當DMA請求角色的可能。

2、配置上容易忽視的問題

我們在做DMA配置時，比較容易忽視兩個小問題。第一個就是源端和目的端的數據寬度的定義問題，除了考慮配置滿足實際需要的數據寬度外，還要注意將源端、目的端二者數據訪問寬度配置一致。不然的話，往往會導致些奇怪的問題。

還有，就是 要注意DMA的傳輸方向別弄錯了，到底是PERIPHERIAL到MEMORY還是MEMORY到PERIPHERIAL或者說是Memory到Memory要配置正確。 尤其是在用CubeMx配置時，這里有個默認配置是PERIPHERIAL到MEMORY。如果說你的真實意圖根本不是從PERIPHERIAL到MEMORY，而你無意中使用了這個默認配置，結果可想而知，DMA傳輸根本沒法正常運行。類似配置方面的小細節要多加注意，忽略了往往會累死人。

3、DMA傳輸作用范圍問題

前面將DMA傳輸類比成發快遞，發快遞時，快遞公司一般也沒法無處不到，那DMA傳輸也有同樣的問題，各個DMA模塊往往有各自的服務范圍。比方以下圖STM32F4的一個框圖為例。DMA1可以輕松訪問右邊黃色標注出來的外設，DMA2可以訪問左邊分數標注出來的各個外設。如果我們在程序里的DMA配置部分，將DMA1的源端或目的端安排為左邊的粉色標注出來的外設、或者將DMA2的源端/目的端安排為右邊的黃色標注出來的外設，結果一定會讓你失望。因為你期望它訪問它到達不了的地方。

這個地方比較隱蔽，因為我們在代碼里只是根據DMA請求自行指定源端和目的端，有時會忽視所用DMA的服務范圍。前面提過，各個STM32系列參考手冊里DMA章節部分都有明確的基于各路DMA傳輸流的DMA請求事件源的描述和展示，但并未指定基于各個DMA請求的源端或目的端。所以我們在基于某個DMA請求來自指定源端或目的端時，一定注意你安排的源/目的端是不是該DMA可以到達的地方，具體要結合手冊中功能框圖和總線訪問架構圖。比方說，下圖是STM32F7系列一個總線訪問框架圖。不難看出，DMA1是訪問不了AHB1外設和AHB2外設的。當然，DMA2訪問AHB1外設和AHB2外設沒有問題。

比方，下圖是STM23H7系列一個總線訪問框架圖，其中BDMA是沒法訪問D1域或D2域的外設及內存的。D2域的DMA1/DMA2沒法訪問D1域中的DTCM/ITCM。D1域中的MDMA沒法訪問D2域中的AHB2外設。

關于這些總線框架性的東西，在我們的STM32應用中也要多加關注。比方有時在做通信數據傳輸時發現，使用中斷沒問題，用DMA就失敗。這時不妨查看下DMA訪問的外設或內存區域到底是不是它所能訪問得到地方，如果不是就需要適當調整下。

4、跟DCache有關的問題

該問題往往跟我們使用帶cache的M7內核的STM32F7或STMH7系列芯片有關，使用DMA傳輸時有時會遇到DMA訪問到的數據不是實時的正確數據。這往往可能是因為DMA要訪問的內存區域，跟CPU是共享的，同時又開啟了相關區域的D-Cache屬性，即CPU訪問該內存區域數據時使用D-Cache，將內存數據拷貝到D-Cache。之后，CPU訪問相關數據時往往只在Cache里進行。

比如下面的一個基于STM32F7芯片的經典示例。首先CPU從flash里拷貝128字節常量數據到片內SRAM，然后通過DMA將SRAM里的這128字節數據拷貝進DTCM內存區。最后通過CPU將DTCM里的數據跟FLASH里的原始數據進行比較，這時會發現比較結果是二者內容根本不一致。這是因為開啟了SRAM的回寫的Cache屬性，第一次將數據從flash拷貝進SRAM過程中，數據還沒有真正寫進SRAM，還只是放在了Cache。當我們通過DMA將SRAM相關區域的數據拷貝進DTCM內存區時，并沒有將真正的來自FLASH區的數據拷貝過去，導致最后的數據比較失敗。

像這種情況下，我們可以有幾種方案來解決這個問題：

1、在做將數據從SRAM拷貝到DTCM區之前，先做個D-Cache的清除操作【SCB_CleanDCache()】，將D-Cache里的數據寫回到實際存儲區SRAM里。

2、我們可以通過MPU設置SRAM區域的MPU屬性，將其回寫的Cache屬性【writeback】調整為透寫的Cache屬性【writethrough】。

3、配置SRAM的MPU屬性為shareable共享屬性，令CPU訪問它時不使用D-Cache。

4、將所有涉及到具有Cacheable可緩存屬性的存儲區域，都使用透寫策略。這點可以通過配置M7內核相關控制寄存器位實現。

再舉個實例，使用STM32F7芯片做UART的通信數據接收，UART接收到數據后觸發DMA，DMA將數據從UART_DR寄存器拷貝到片內SRAM,CPU再從相應的SRAM區取走數據送到某LCD顯示設備顯示輸出。這時，你很可能會發現一個奇怪的現象，顯示設備輸出的數據永遠都是第一次接收到的數據，不管UART的發送方任何改變發送數據，顯示出來的數據就是不變，只是跟第一次發送出來的數據相比是正確的。這是怎么回事呢?

原因是因為開啟了SRAM的D-Cache屬性，CPU第一次從SRAM讀取數據后，同時又將數據放到D-Cache里，后面再來讀取SRAM相應地址數據時并沒有前往SRAM，而是直接去D-Cache里提取數據，從而導致每次顯示出來的數據總是第一次接收到的數據，盡管UART那邊后續接收的數據在不停變化，但并沒有對D-Cache里的數據做同步更新。這時我們可以在CPU讀取SRAM數據前做個D-cache的清除操作，讓實際存儲器數據與D-Cache里數據同步更新，或者做D-Cache的失效操作，讓CPU無視D-cache直接從SRAM區讀取數據，或者說通過MPU配置禁用該SRAM區的Cache屬性。當然，最終你選用哪種策略，得結合你的實際應用來定。

串口DMA接收不定長數據

1、在STM32的DMA資源

STM32F1系列的MCU有兩個DMA控制器(DMA2只存在于大容量產品中)，DMA1有7個通道，DMA2有5個通道，每個通道專門用來管理來自于一個或者多個外設對存儲器的訪問請求。還有一個仲裁器來協調各個DMA請求的優先權。

而STM32F4/F7/H7系列的MCU有兩個DMA控制器總共有16個數據流(每個DMA控制器8個)，每一個DMA控制器都用于管理一個或多個外設的存儲器訪問請求。每個數據流總共可以有多達8個通道(或稱請求)。每個通道都有一個仲裁器，用于處理 DMA 請求間的優先級。

2、DMA接收數據

DMA在接收數據的時候，串口接收DMA在初始化的時候就處于開啟狀態，一直等待數據的到來，在軟件上無需做任何事情，只要在初始化配置的時候設置好配置就可以了。等到接收到數據的時候，告訴CPU去處理即可。

那么問題來了，怎么知道數據是否接收完成呢?其實，有很多方法：(1) 對于定長的數據 ，只需要判斷一下數據的接收個數，就知道是否接收完成，這個很簡單。(2) 對于不定長的數據 ，也有好幾種方法，麻煩的不會介紹，有興趣做復雜工作的同學可以在網上看看別人怎么做，下面這種方法是最簡單的，充分利用了STM32的串口資源，效率也是非常之高：DMA+串口空閑中斷。這兩個資源配合，簡直就是天衣無縫啊，無論接收什么不定長的數據，管你數據有多少，來一個我就收一個，就像廣東人吃“山竹”，來一個吃一個。

STM32串口的狀態寄存器：

idle

idle說明

當我們檢測到觸發了串口總線空閑中斷的時候，就知道這一波數據傳輸完成了，然后我們就能得到這些數據，去進行處理即可。 這種方法是最簡單的，根本不需要我們做多的處理，只需要配置好，串口就等著數據的到來，DMA也是處于工作狀態的，來一個數據就自動搬運一個數據。

串口接收完數據是要處理的，那么處理的步驟是怎么樣呢?

暫時關閉串口接收DMA通道，有兩個原因：1.防止后面又有數據接收到，產生干擾，因為此時的數據還未處理。2.DMA需要重新配置。

清DMA標志位。

從DMA寄存器中獲取接收到的數據字節數(可有可無)。

重新設置DMA下次要接收的數據字節數。**注意，數據傳輸數量范圍為0至65535。**這個寄存器只能在通道不工作(DMA_CCRx的EN=0)時寫入。通道開啟后該寄存器變為只讀，指示剩余的待傳輸字節數目。寄存器內容在每次DMA傳輸后遞減。數據傳輸結束后，寄存器的內容或者變為0;或者當該通道配置為自動重加載模式時，寄存器的內容將被自動重新加載為之前配置時的數值。當寄存器的內容為0時，無論通道是否開啟，都不會發生任何數據傳輸。

給出信號量，發送接收到新數據標志，供前臺程序查詢。

開啟DMA通道，等待下一次的數據接收，注意，對DMA的相關寄存器配置寫入，如重置DMA接收數據長度，必須要在關閉DMA的條件進行，否則操作無效。

3、注意事項

STM32的IDLE的中斷在串口無數據接收的情況下，是不會一直產生的，產生的條件是這樣的，當清除IDLE標志位后，必須有接收到第一個數據后，才開始觸發，一斷接收的數據斷流，沒有接收到數據，即產生IDLE中斷。如果中斷發送數據幀的速率很快，MCU來不及處理此次接收到的數據，中斷又發來數據的話，這里不能開啟，否則數據會被覆蓋。有兩種方式解決：(1)在重新開啟接收DMA通道之前，將Rx_Buf緩沖區里面的數據復制到另外一個數組中，然后再開啟DMA，然后馬上處理復制出來的數據。(2) 建立雙緩沖 ，重新配置DMA_MemoryBaseAddr的緩沖區地址，那么下次接收到的數據就會保存到新的緩沖區中，不至于被覆蓋。

4、程序實現

實驗效果：當外部給單片機發送數 據的時候，假設這幀數據長度是1000個字節，那么在單片機接收到一個字節的時候并不會產生串口中斷，只是DMA在背后默默地把數據搬運到你指定的緩沖區里面。當整幀數據發送完畢之后串口才會產生一次中斷，此時可以利用DMA_GetCurrDataCounter()函數計算出本次的數據接受長度，從而進行數據處理。

4.1串口的配置

很簡單，基本與使用串口的時候一致，只不過一般我們是打開接收緩沖區非空中斷，而現在是打開空閑中斷——USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_IDLE, ENABLE);。

/** *@briefUSARTGPIO配置,工作參數配置 *@param無 *@retval無 */ voidUSART_Config(void) { GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; USART_InitTypeDefUSART_InitStructure; //打開串口GPIO的時鐘 DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK,ENABLE); //打開串口外設的時鐘 DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK,ENABLE); //將USARTTx的GPIO配置為推挽復用模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure); //將USARTRx的GPIO配置為浮空輸入模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure); //配置串口的工作參數 //配置波特率 USART_InitStructure.USART_BaudRate=DEBUG_USART_BAUDRATE; //配置針數據字長 USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //配置停止位 USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //配置校驗位 USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; //配置硬件流控制 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl= USART_HardwareFlowControl_None; //配置工作模式，收發一起 USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx; //完成串口的初始化配置 USART_Init(DEBUG_USARTx,&USART_InitStructure); //串口中斷優先級配置 NVIC_Configuration(); #ifUSE_USART_DMA_RX //開啟串口空閑IDEL中斷 USART_ITConfig(DEBUG_USARTx,USART_IT_IDLE,ENABLE); //開啟串口DMA接收 USART_DMACmd(DEBUG_USARTx,USART_DMAReq_Rx,ENABLE); /*使能串口DMA*/ USARTx_DMA_Rx_Config(); #else //使能串口接收中斷 USART_ITConfig(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE,ENABLE); #endif #ifUSE_USART_DMA_TX //開啟串口DMA發送 //USART_DMACmd(DEBUG_USARTx,USART_DMAReq_Tx,ENABLE); USARTx_DMA_Tx_Config(); #endif //使能串口 USART_Cmd(DEBUG_USARTx,ENABLE); }
4.2串口DMA配置
把DMA配置完成，就可以直接打開DMA了，讓它處于工作狀態，當有數據的時候就能直接搬運了。

#ifUSE_USART_DMA_RX staticvoidUSARTx_DMA_Rx_Config(void) { DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure; //開啟DMA時鐘 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE); //設置DMA源地址：串口數據寄存器地址*/ DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=(uint32_t)USART_DR_ADDRESS; //內存地址(要傳輸的變量的指針) DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr=(uint32_t)Usart_Rx_Buf; //方向：從內存到外設 DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC; //傳輸大小 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize=USART_RX_BUFF_SIZE; //外設地址不增 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable; //內存地址自增 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable; //外設數據單位 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize= DMA_PeripheralDataSize_Byte; //內存數據單位 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_Byte; //DMA模式，一次或者循環模式 //DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Normal; DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular; //優先級：中 DMA_InitStructure.DMA_Priority=DMA_Priority_VeryHigh; //禁止內存到內存的傳輸 DMA_InitStructure.DMA_M2M=DMA_M2M_Disable; //配置DMA通道 DMA_Init(USART_RX_DMA_CHANNEL,&DMA_InitStructure); //清除DMA所有標志 DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC5); DMA_ITConfig(USART_RX_DMA_CHANNEL,DMA_IT_TE,ENABLE); //使能DMA DMA_Cmd(USART_RX_DMA_CHANNEL,ENABLE); } #endif
4.3接收完數據處理
因為接收完數據之后，會產生一個idle中斷，也就是空閑中斷，那么我們就可以在中斷服務函數中知道已經接收完了，就可以處理數據了，但是中斷服務函數的上下文環境是中斷，所以，盡量是快進快出，一般在中斷中將一些標志置位，供前臺查詢。在中斷中先判斷我們的產生在中斷的類型是不是idle中斷，如果是則進行下一步，否則就無需理會。

/** ****************************************************************** *@brief串口中斷服務函數 *@authorjiejie *@versionV1.0 *@date2018-xx-xx ****************************************************************** */ voidDEBUG_USART_IRQHandler(void) { #ifUSE_USART_DMA_RX /*使用串口DMA*/ if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_IDLE)!=RESET) { /*接收數據*/ Receive_DataPack(); //清除空閑中斷標志位 USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx); } #else /*接收中斷*/ if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET) { Receive_DataPack(); } #endif }
4.4Receive_DataPack()
這個才是真正的接收數據處理函數，為什么我要將這個函數單獨封裝起來呢？因為這個函數其實是很重要的，因為我的代碼兼容普通串口接收與空閑中斷，不一樣的接收類型其處理也不一樣，所以直接封裝起來更好，在源碼中通過宏定義實現選擇接收的方式！更考慮了兼容操作系統的，可能我會在系統中使用dma+空閑中斷，所以，供前臺查詢的信號量就有可能不一樣，可能需要修改，我就把它封裝起來了。

/************************************************************ *@briefUart_DMA_Rx_Data *@paramNULL *@returnNULL *@authorjiejie *@githubhttps://github.com/jiejieTop *@date2018-xx-xx *@versionv1.0 *@note使用串口DMA接收時調用的函數 ***********************************************************/ #ifUSE_USART_DMA_RX voidReceive_DataPack(void) { /*接收的數據長度*/ uint32_tbuff_length; /*關閉DMA，防止干擾*/ DMA_Cmd(USART_RX_DMA_CHANNEL,DISABLE);/*暫時關閉dma，數據尚未處理*/ /*清DMA標志位*/ DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC5); /*獲取接收到的數據長度單位為字節*/ buff_length=USART_RX_BUFF_SIZE-DMA_GetCurrDataCounter(USART_RX_DMA_CHANNEL); /*獲取數據長度*/ Usart_Rx_Sta=buff_length; PRINT_DEBUG("buff_length=%d ",buff_length); /*重新賦值計數值，必須大于等于最大可能接收到的數據幀數目*/ USART_RX_DMA_CHANNEL->CNDTR=USART_RX_BUFF_SIZE; /*此處應該在處理完數據再打開，如在DataPack_Process()打開*/ DMA_Cmd(USART_RX_DMA_CHANNEL,ENABLE); /*(OS)給出信號，發送接收到新數據標志，供前臺程序查詢*/ /*標記接收完成，在DataPack_Handle處理*/ Usart_Rx_Sta|=0xC000; /* DMA 開啟，等待數據。注意，如果中斷發送數據幀的速率很快，MCU來不及處理此次接收到的數據， 中斷又發來數據的話，這里不能開啟，否則數據會被覆蓋。有2種方式解決： 1.在重新開啟接收DMA通道之前，將Rx_Buf緩沖區里面的數據復制到另外一個數組中， 然后再開啟DMA，然后馬上處理復制出來的數據。 2.建立雙緩沖，重新配置DMA_MemoryBaseAddr的緩沖區地址，那么下次接收到的數據就會 保存到新的緩沖區中，不至于被覆蓋。 */ }