一、DMA简介

1、DMA简介

　　DMA(Direct Memory Access：直接内存存取)是一种可以大大减轻CPU工作量的数据转移方式。

　　CPU有转移数据、计算、控制程序转移等很多功能，但其实转移数据（尤其是转移大量数据）是可以不需要CPU参与。比如希望外设A的数据拷贝到外设B，只要给两种外设提供一条数据通路，再加上一些控制转移的部件就可以完成数据的拷贝。

　　DMA就是基于以上设想设计的，它的作用就是解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。有了DMA使CPU更专注于更加实用的操作--计算、控制等。

2、DMA的工作原理

　　DMA的作用就是实现数据的直接传输，而去掉了传统数据传输需要CPU寄存器参与的环节，主要涉及四种情况的数据传输，但本质上是一样的，都是从内存的某一区域传输到内存的另一区域（外设的数据寄存器本质上就是内存的一个存储单元）。四种情况的数据传输如下：

• 外设到内存
• 内存到外设
• 内存到内存
• 外设到外设
  0 Y& f4 O" {# U# v2 D
  

　　当用户将参数设置好，主要涉及源地址、目标地址、传输数据量这三个，DMA控制器就会启动数据传输，传输的终点就是剩余传输数据量为0（循环传输不是这样的）。换句话说只要剩余传输数据量不是0，而且DMA是启动状态，那么就会发生数据传输。　　

3、DMA是否影响CPU的运行

　　在X86架构系统中，当DMA运作时（假设我们从磁盘拷贝一个文件到U盘），DMA实际上会占用系统总线周期中的一部分时间。也就是说，在DMA未开启前，系统总线可能完全被CPU使用；当DMA开启后，系统总线要为DMA分配一定的时间，以保证DMA和CPU同时运作。那么显然，DMA会降低CPU的运行速度。

　　在STM32控制器中，芯片采用Cortex-M3架构，总线结构有了很大的优化，DMA占用另外的总线，并不会与CPU的系统总线发生冲突。也就是说，DMA的使用不会影响CPU的运行速度。

二、STM32的DMA结构

1、DMA的主要特性

● 12个 独立的可配置的通道(请求)DMA1有7个通道，DMA2 有5个通道
● 每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求，每个通道都同样支持软件触发。这些功能通过
, o# b: `, C( r# |, {! v" @8 @软件来配置。
● 在七个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级：很高、高、中等和低)，假如在相
等优先权时由硬件决定(请求0优先于请求1，依此类推) 。
● 独立的源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字)，模拟打包和拆包的过程。源和目标
地址必须按数据传输宽度对齐。
● 支持循环的缓冲器管理
● 每个通道都有3个事件标志(DMA 半传输，DMA传输完成和DMA传输出错)，这3个事件标志
5 C& o% |; u6 V$ O逻辑或成为一个单独的中断请求。
" P) D1 z% E5 _$ C● 存储器和存储器间的传输
+ y' M5 b2 L& m4 K- C# S; }● 外设和存储器，存储器和外设的传输
● 闪存、SRAM 、外设的SRAM 、APB1 APB2和AHB外设均可作为访问的源和目标。
/ n/ F2 U, H( h& [  T$ `  J● 可编程的数据传输数目：最大为65536

下面为功能框图：

& T) N; x; x* P2 u1 K

2、两个DMA控制器结构

① DMA1 controller

. n: z" _* m. K9 V( i, I

$ R1 s7 O5 `# J+ w. W- D, I; m: O

② DMA2 controller

3、DMA寄存器列表

① 中断类

DMA_ISR： 　　DMA中断状态寄存器

DMA_IFCR:　　DMA中断标志位清除寄存器

说明：　　DMA1、DMA2分别有一组寄存器。

② 控制传输类

DMA_CCRx:　　　DMA通道x配置寄存器　

DMA_CNDTRx:　 DMA通道x数据数量寄存器

DMA_CPARx:　　 DMA通道x外设地址寄存器

DMA_CMARx:　　DMA通道x内存地址寄存器

说明：   

1> 每一个通道都有一组寄存器。

2> DMA_CPARx、DMA_CMARx是没有差别的，它们都可以存放外设的地址、内存的地址。DMA_CPARx、DMA_CMARx只不过起得名字有差别而已。

4、STM32的DMA工作特点

① DMA进行数据传输的必要条件

• 剩余传输数据量大于0
• DMA通道传输使能
• 通道上DMA数据传输有事件请求
  . v9 @$ @( C/ {: `: r5 \1 c
  . w9 o/ o' T) _7 ~  k

前两者都好理解，对于第三点确实需要详细的解释，请看下边的三条。

② 外设到XX方向的传输

　　假设是ADC到存储器的数据传输，显然ADC的DMA传输的源地址是ADC的数据寄存器。并不是说只要DMA通道传输使能后，就立即进行数据传输。只有当一次ADC转化完成，ADC的DMA通道的传输事件有效，DMA才会从ADC的数据寄存器读出数据，写入目的地址。当DMA在读取ADC的数据寄存器时，同时使ADC的DMA通道传输事件无效。显然，要等到下一次ADC转换完成后，才能启动再一次的数据传输。

③存储器对XX的DMA传输

　 因为数据是准备好的，不像ADC还需要等待数据到位。所以，不需要对应通道的事件。只要使能DMA数据传输就一直传输，直到达到设定的传输量。

example:

1.内存到内存

　　DMA传输请求一直有效

2.内存到串口

　　DMA传输请求一直有效

一种解释：

　　存储器对存储器的置位，就相当于相应通道的事件有效。 对应通道的事件有效和存储器对存储器的置位，就是传输的触发位。每次传输的事件置位一次，完成一次传输。如果是由外设引发的DMA传输，则传输完成后，相应传输事件会置为无效，而存储器对存储器的传输，则一次传输完成后，相应事件一直有效，直至完成设定的传输量。  　　　　　　　　　　　　　

④外设以DMA方式工作时，能否再以软件方式进行操作？

　 有一点是肯定的，当外设以DMA方式正在数据传输时，不可能再相应CPU的软件控制命令，否则这不符合逻辑。

　 但是，倘若外设仅仅配置成DMA工作方式，但是DMA请求并未产生，数据传输并没有进行。此时，软件控制命令仍然能够对外设进行控制。这是笔者在串口以DMA方式发送数据情形下，所得到的测试结论。

三、STM32的DMA软件编程

1、“内存到内存”模式传输

① 初始化配置

1. uint8_t SendBuff[SENDBUFF_SIZE];
   
2. uint8_t ReceiveBuff[RXBUFF_SIZE];
   9 K( s0 ^% e( U. o- V- h4 D
3. /**
   
4.   * @brief  USART1 TX DMA 配置，内存到内存
   / C8 Z. J; C/ _& O  v7 r  f
5.   * @param  无
   ! h" ]6 v: `  h, c1 z
6.   * @retval 无
   
7.   */
   1 X3 g* f! w, y/ n! W' Y' G
8. void DMA_Mem2Mem_Config(void)
   1 X7 }% F, U8 V! t* k" u5 `
9. {
   # Z+ ]9 J, D/ `$ u. }
10.         DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    
11.    
    
12.         /*开启DMA时钟*/
    - v" q  a) @  a% V1 P2 C
13.         RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);   
    
14. 
    
15.         /*设置DMA源地址*/
    5 n/ [% E6 T! Y# H! r
16.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)SendBuff;
    
17. 
    5 P, i6 E9 k  k7 S9 l
18.         /*设置DMA目的地址*/
    
19.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr =  (uint32_t)ReceiveBuff;      
    
20. 
    8 l1 c  Q0 x. J6 q( K& |7 Y$ m7 M
21.         /*方向：从内存SendBuff到内存ReceiveBuff*/        
    
22.         DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;   
    6 E# B7 V$ c  \3 @) z
23. 
    
24.         /*传输大小DMA_BufferSize=SENDBUFF_SIZE*/   
    8 r+ v* F( s$ j9 G( n# o
25.         DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = SENDBUFF_SIZE;
    
26. 
    
27.         /*ReceiveBuff地址自增*/      
    7 d% N# _5 b6 V; m2 Z
28.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Enable;
    
29. 
    
30.         /*SENDBUFF_SIZE地址自增*/
    ; `8 O: K/ u1 a
31.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;   
    
32. 
    
33.         /*ReceiveBuff数据单位*/   
    
34.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    
35. 
    4 A/ l  q( a' E8 b! P5 ?& A6 y( \
36.         /*SENDBUFF_SIZE数据单位*/
    . Y1 e7 u$ n) k3 i8 J, z- y- {8 a
37.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;     
    
38. 
    2 Y' ^8 n" I2 I' E( j5 U
39.         /*DMA模式：正常模式*/
    
40.         DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal ;
    . I: z. p1 F5 o& H: q
41. 
    
42.         /*优先级：中*/   
    
43.         DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;  
    
44. 
    1 p* J" s! T" g4 u- B5 F/ f7 r
45.         /*使能内存到内存的传输    */
    
46.         DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;
    
47. 
    
48.         /*配置DMA1的4通道*/           
    1 C% C: _* u+ y" w$ K. e
49.         DMA_Init(DMA1_Channel4, &DMA_InitStructure);        
    7 j6 L. M. U& e( \( V7 V3 ]! F! R
50.         
    5 f. }" {& S1 W* K
51.         /*失能DMA1的4通道，一旦使能就开始传输*/
    1 g4 K0 @# R6 a8 V# G
52.         DMA_Cmd (DMA1_Channel4,DISABLE);
    7 C% l- l1 g& b. i% |( ?
53. }

复制代码

5 M0 i* [  X6 m' H, L

② DMA中断配置

1. /**
   
2.   * @brief  DMA 中断配置
   + P  E6 B) M' [+ p: L' {
3.   * @param  无
   6 W4 ?- a$ i  y- U
4.   * @retval 无
   * \( _. J% L' ?% Q, p+ s2 |# K
5.   */
   & Z; }1 g- U; q& s* x
6. void DMA_NVIC_Configuration(void)
   " p2 X9 _; S1 p' T
7. {                                                                     
   " I& v& V& ], x4 ]/ {* y
8.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;            
   0 k) N: A$ r5 G  J' f! H
9.    
   6 l% U  t+ Z* W) u$ f
10.     /* 配置中断源 */
    " t% M7 [  t( h$ N
11.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel4_IRQn;
    # k  ?+ q# n0 G
12.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    
13.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    
14.     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    0 d1 {: f+ T- U6 p
15.     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);   
    8 S% G1 S" Y+ k: E
16. 
    9 L2 Q: l; N* b" }
17.     /* 配置DMA发送完成后产生中断 */            
    
18.     DMA_ITConfig(DMA1_Channel4,DMA_IT_TC,ENABLE);
    
19. }

复制代码

0 C5 H6 v6 `+ L2 r0 @7 V

③启动传输

1. DMA_Cmd (DMA1_Channel4,ENABLE);

复制代码

3 f) P, \: p; h+ f3 r

2、利用DMA实现循环传输

方法1：单次传输模式

　　当传输结束时，触发DMA中断，在中断程序中首先失能DMA通道，然后修改该通道的传输数据量。最后重新使能DMA通道，注意只有失能的DMA通道才能成功修改传输数据量。

方法2：循环传输模式

　　当传输结束时，硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装，进行下一轮的数据传输。

四、再谈STM32的DMA传输是否影响CPU的运行速度

　　声明：经过笔者测试，当DMA工作在内存到外设的传输和内存到内存的传输时，都不会影响CPU的运行速度。为了给这种现象一个合理的解释，笔者做以下猜测：

1、S3C2440的DMA传输

　　S3C2440的SDRAM是外置的，并且SDRAM的数据线、地址线、控制线总共只有一组。假设DMA传输的方向是内存到外设，当DMA运作时，需要占用SDRAM的三类线才才能实现传输；而与此同时CPU也需要通过这三类线来访问SDRAM来读取程序、读写数据。

　　显然，DMA的运行与CPU的运行有交叉点，DMA就会影响到CPU的运行。

2、STM32的DMA传输

　　STM32与S3C2440的区别是很大的，S3C2440是微处理器，RAM外置且空间很大；STM32是微控制器，RAM片内集成且空间较小。此时，ST公司就有可能提升DMA的运作效率，使DMA的工作不影响到CPU的运行。

　　外设与外设之间的DMA传输，因为与CPU的运行没有交叉点（CPU的数据流注意是在Flash、内存、寄存器中传输），所以不会影响CPU的运行速度。唯一有可能影响的是外设与内存或者内存与内存之间的DMA传输。

　　倘若ST公司的SRAM是一个双口RAM，也就是同时可以由两组接口对RAM进行访问，就可以很好的解决速度影响问题。倘若CPU恒定占有一组接口，而另一组接口留给DMA控制器。那么当外设与内存或者内存与内存之间的DMA传输时，由于不与CPU的访问SRAM接口冲突，所以可以解决速度影响问题。

　　但其实偶尔还是会影响的，当CPU访问SRAM的空间和DMA访问SRAM的空间相同时，SRAM势必会对这种情况进行仲裁，这可能会影响到CPU的访问SRAM的速度。其实，这种情况的概率也是很小的，所以即使影响CPU的运行速度，也不会很大。