一、什么是DMA

DMA全程Direct Memory Access，即直接存儲器訪問。簡單來講，它的功能是把數(shù)據(jù)從一個(gè)地址搬運(yùn)到另一個(gè)地址。通常有三個(gè)傳輸方向，分別是內(nèi)存到內(nèi)存，內(nèi)存到外設(shè)和外設(shè)到內(nèi)存。

DMA示意圖

二、DMA有什么作用

直接存儲器存取(DMA)用來提供在外設(shè)和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。無須CPU干預(yù)，數(shù)據(jù)可以通過DMA快速地移動(dòng)，這就節(jié)省了CPU的資源來做其他操作。

比如在串口接收或者發(fā)送時(shí)可以直接利用DMA將接收內(nèi)容直接搬運(yùn)到接收數(shù)組。或者利用DMA將準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)搬運(yùn)到發(fā)送的緩沖區(qū)。再或者利用DMA把數(shù)據(jù)搬運(yùn)到特定的地址，或者從特定的地址利用DMA搬運(yùn)數(shù)據(jù)出來。總而言之，在平時(shí)的開發(fā)過程中，DMA是非常常用的。

三、STM32的DMA

STM32F103ZET6有兩個(gè)DMA，12個(gè)通道(DMA1有7個(gè)通道，DMA2有5個(gè)通道)，每個(gè)通道專門用來管理來自于一個(gè)或多個(gè)外設(shè)對存儲器訪問的請求。還有一個(gè)仲裁器來協(xié)調(diào)各個(gè)DMA請求的優(yōu)先權(quán)。

STM32F103ZET6的DMA特性

3.1 DMA請求

DMA請求

如果一個(gè)外設(shè)想要通過DMA傳輸數(shù)據(jù)，必須先給DMA控制器發(fā)送DMA請求。DMA控制器收到請求后，會給外設(shè)一個(gè)應(yīng)答信號。當(dāng)外設(shè)收到應(yīng)答信號后，也會給DMA控制器一個(gè)應(yīng)答信號。當(dāng)DMA控制器收到外設(shè)的應(yīng)答信號后，啟動(dòng)DMA傳輸。

前面介紹STM32F103ZET6有兩個(gè)DMA，12個(gè)通道，同的 DMA 控制器的通道對應(yīng)著不同的外設(shè)請求。根據(jù)中文參考手冊，對應(yīng)關(guān)系如下

DMA1對應(yīng)外設(shè)

DMA1對應(yīng)外設(shè)

DMA2對應(yīng)外設(shè)

DMA2對應(yīng)外設(shè)

3.2 DMA通道

DMA具有12個(gè)獨(dú)立可編程的通道，每個(gè)通道對應(yīng)不同外設(shè)的DMA請求。雖然每個(gè)通道可以接收多個(gè)外設(shè)的DMA請求，但是同一時(shí)間只能接收一個(gè)。

DMA通道

3.3 仲裁器

當(dāng)有多個(gè)DMA請求時(shí)，需要仲裁器來決定響應(yīng)的先后順序。仲裁器決定相應(yīng)順序的方法有兩種

• ? 軟件判定 軟件中可以通過設(shè)置DMA_CCRx寄存器來設(shè)置DMA通道的優(yōu)先級。共有四個(gè)優(yōu)先級可以設(shè)置，分別是非常高，高，中和低。

• ? 硬件判定 當(dāng)遇到兩個(gè)或者多個(gè)相同優(yōu)先級的DMA通道請求時(shí)，仲裁器根據(jù)DMA通道的編號來決定響應(yīng)順序。DMA通道編號越低，優(yōu)先級越高。另外，DMA1擁有比DMA2更高的優(yōu)先級。
  
  仲裁器

  四、DMA配置

  4.1 DMA配置步驟

• ? 使能DMA時(shí)鐘

• ? 初始化DMA通道，包括配置通道，外設(shè)和內(nèi)存地址，傳輸數(shù)據(jù)量等

• ? 使能外設(shè)DMA功能

• ? 開啟DMA通道傳輸

• ? 查詢DMA通道狀態(tài)

  4.2 DMA結(jié)構(gòu)體成員

• ? DMA_PeripheralBaseAddr ：外設(shè)地址，外設(shè)地址，通過DMA_CPAR寄存器設(shè)置，一般設(shè)置為外設(shè)的數(shù)據(jù)寄存器地址，比如要進(jìn)行串口DMA 傳輸，那么外設(shè)基地址為串口接收/發(fā)送數(shù)據(jù)存儲器USART1->DR 的地址，表示方法為&USART1->DR。如果是存儲器到存儲器模式則設(shè)置為其中一個(gè)存儲區(qū)地址。

• ? DMA_Memory0BaseAddr ：存儲器地址，通過DMA_CMAR寄存器設(shè)置，一般設(shè)置為我們自定義存儲區(qū)的首地址，即我們存放DMA傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址。比如我們定義一個(gè)u32類型數(shù)組，直接寫數(shù)組首地址(直接使用數(shù)組名)即可，在DMA傳輸?shù)臅r(shí)候就可以發(fā)送數(shù)組數(shù)據(jù)，或者把數(shù)組用來接收其他數(shù)據(jù)。

• ? DMA_DIR ：數(shù)據(jù)傳輸方向選擇，可選擇外設(shè)到存儲器、存儲器到外設(shè)以及存儲器到存儲器。通過設(shè)定DMA_CCR寄存器的DIR[1:0]位的值決定。

• ? DMA_BufferSize ：用來設(shè)置一次傳輸數(shù)據(jù)的大小，通過DMA_CNDTR寄存器設(shè)置。

• ? DMA_PeripheralInc ：用來設(shè)置外設(shè)地址是遞增還是不變，通過DMA_CCR寄存器的PINC位設(shè)置，如果設(shè)置為遞增，那么下一次傳輸?shù)臅r(shí)候地址加1。通常外設(shè)只有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，所以一般不會使能該位，即配置為DMA_PeripheralInc_Disable。

• ? DMA_MemoryInc ：用來設(shè)置內(nèi)存地址是否遞增，通過DMA_CCR寄存器的MINC位設(shè)置。我們自定義的存儲區(qū)一般都是存放多個(gè)數(shù)據(jù)的，所以需要使能存儲器地址自動(dòng)遞增功能，即配置為DMA_MemoryInc_Enable。

• ? DMA_PeripheralDataSize ：外設(shè)數(shù)據(jù)寬度選擇，可以為字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位），通過DMA_CCR寄存器的PSIZE[1:0]位設(shè)置。

• ? DMA_Mode ：DMA傳輸模式選擇，可選擇一次傳輸或者循環(huán)傳輸，通過DMA_CCR寄存器的CIRC位來設(shè)定。比如我們要從內(nèi)存（存儲器）中傳輸64個(gè)字節(jié)到串口，如果設(shè)置為循環(huán)傳輸，那么它會在64個(gè)字節(jié)傳輸完成之后繼續(xù)從內(nèi)存的第一個(gè)地址傳輸，如此循環(huán)。這里我們設(shè)置為一次傳輸完成之后不循環(huán)。所以設(shè)置值為DMA_Mode_Normal。

• ? DMA_Priority ：用來設(shè)置DMA通道的優(yōu)先級，有低，中，高，超高四種級別，可通過DMA_CCR寄存器的PL[1:0]位來設(shè)定。DMA優(yōu)先級只有在多個(gè)DMA數(shù)據(jù)流同時(shí)使用時(shí)才有意義。

• ? DMA_M2M ：用來設(shè)置存儲器到存儲器模式，使用存儲器到存儲器時(shí)用到，設(shè)定DMA_CCR 的位 14 MEN2MEN 即可啟動(dòng)存儲器到存儲器模式。

  五、DMA配置程序

  這里以配置DMA，將ADC采集到的數(shù)據(jù)搬運(yùn)到內(nèi)存中的某一個(gè)數(shù)組中為例，講解一下DMA的配置和使用方法。

  5.1 ADC1初始化程序

  ADC使用TIM4的通道4觸發(fā)，具體配置可見本系列另一篇文章STM32速成筆記—ADC。這里在之前配置的基礎(chǔ)上需要開啟ADC的DMA傳輸，在初始化ADC時(shí)加上下面的程序

ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);   // 使能ADC的DMA傳輸

ADC初始化程序如下

/*
 *==============================================================================
 *函數(shù)名稱：ADC1_Init
 *函數(shù)功能：初始化ADCx
 *輸入?yún)?shù)：無
 *返回值：無
 *備  注：TIM4通道4觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換，使能了DMA
 *==============================================================================
 */
void ADC1_Init(void)
{
    // 結(jié)構(gòu)體定義
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    
    // 開啟時(shí)鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    
    // 設(shè)置ADC分頻因子6 72M/6=12,ADC最大時(shí)間不能超過14M
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
    // 規(guī)則通道配置
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
    
    // GPIO配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;   //ADC1通道1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;   // 模擬輸入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
    
    // ADC參數(shù)配置
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;   // 獨(dú)立模式
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;   // 非掃描模式 
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;   // 關(guān)閉連續(xù)轉(zhuǎn)換
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T4_CC4;   // TIM2通道2觸發(fā)
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   // 右對齊 
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;   // 1個(gè)轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中 也就是只轉(zhuǎn)換規(guī)則序列1 
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);   // ADC初始化
    
    // 使能外部觸發(fā)
    ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);   // 使能ADC的DMA傳輸
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);   // 開啟AD轉(zhuǎn)換器
    
    // ADC校準(zhǔn)
    ADC_ResetCalibration(ADC1);   // 重置指定的ADC的校準(zhǔn)寄存器
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));   // 獲取ADC重置校準(zhǔn)寄存器的狀態(tài)
    
    ADC_StartCalibration(ADC1);   // 開始指定ADC的校準(zhǔn)狀態(tài)
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));   // 獲取指定ADC的校準(zhǔn)程序

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);   // 使能或者失能指定的ADC的軟件轉(zhuǎn)換啟動(dòng)功能
}

5.2 DMA初始化程序

由上面的介紹可知，ADC1是DMA1的通道1，我們配置一下DMA1的通道1，使能傳輸完成中斷。

/*
 *==============================================================================
 *函數(shù)名稱：DMA1_Init
 *函數(shù)功能：DMA1初始化
 *輸入?yún)?shù)：souAddr：數(shù)據(jù)源地址；desAddr：數(shù)據(jù)目的地址
 *返回值：無
 *備  注：數(shù)據(jù)傳輸寬度為16位，外設(shè)到內(nèi)存，循環(huán)傳輸，使能了傳輸完成中斷
 *==============================================================================
 */
void DMA1_Init (u32 souAddr,u32 desAddr)
{
    // 結(jié)構(gòu)體定義
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 使能DMA時(shí)鐘
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
    
    //DMA1初始化
    DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = souAddr;   // 數(shù)據(jù)源地址
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = desAddr;   // 目的地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;   //   傳輸方向（外設(shè)到內(nèi)存）
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 128;   // 一次傳輸數(shù)據(jù)大小
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;   // 外設(shè)地址不自增
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;   // 內(nèi)存地址自增
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;   // 外設(shè)數(shù)據(jù)寬度選擇
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;   // 內(nèi)存數(shù)據(jù)寬度選擇
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;   // DMA模式：循環(huán)傳輸
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;   // 優(yōu)先級：高
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;   // 禁止內(nèi)存到內(nèi)存的傳輸
    DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);   // 配置DMA1
    
    // 使能傳輸完成中斷
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_TC, ENABLE);
    
    // NVIC配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    // 使能DMA1通道1
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);
}

// DMA1中斷服務(wù)函數(shù)
void  DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
    if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1)!=RESET)
    {
        DMA_Cmd(DMA1_Channel1,DISABLE);
        while (1)
        {}
    }
    // 清除中斷標(biāo)志位
    DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
}

定義一個(gè)存儲AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)組，初始化時(shí)，程序如下

u16 gAdcAdValue[128];   // 存儲AD值

DMA1_Init((u32)(&ADC1- >DR),(u32)&gAdcAdValue);   // DMA1初始化

中斷服務(wù)函數(shù)中將存儲標(biāo)志位置1表示存儲完成

u8 gDmaAdcSaveFlag = 0;   // ADC數(shù)據(jù)存儲標(biāo)志位

// DMA1中斷服務(wù)函數(shù)
void  DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
    if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1)!=RESET)
    {
        gDmaAdcSaveFlag = 1;   // 存儲標(biāo)志位置1，表示存儲完成
    }
    // 清除中斷標(biāo)志位
    DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
}

上面的配置就可以實(shí)現(xiàn)ADC采集，DMA將采集結(jié)果搬運(yùn)到內(nèi)存中的一個(gè)數(shù)組里面。