STM32 DMA简介

DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问， DMA 传输将数据从一个 地址空间复制到另外一个地址空间。当 CPU 初始化这个传输动作，传输动作本身是由 DMA 控制器 来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的 内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工 作。

DMA 传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。DMA 传输方式无需 CPU 直接 控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为 RAM 与 I/O 设备 开辟一条直接传送数据的通路， 能使 CPU 的效率大为提高。

如图 所示， 两个 DMA 控制器有 12 个通道（DMA1 有 7 个通道， DMA2有5个通道）。DMA 控制器和 Cortex-M3 核心共享系统数据总线，执行直接存储器数据传输。当 CPU 和 DMA 同时访问相同的目标（RAM 或外设） 时， DMA 请求会暂停 CPU 访问系统总线达若干个周期，总线仲裁器执行循环跳读，以保证CPU 至少可以得到一半的系统总线带宽。

6 V% N& x8 B( \: L

• DMA 处理
  ; ]  l! M9 {* E% f6 B. M0 b# n  d

在发送一个事件后，外设向 DMA 发送一个请求信号 的箭头。DMA 控制器根据通道的优先权处理请求。当 DMA 需 送请求的外设时， DMA 控制器立即发送给它一个应答信号。外 号后，立即释放它的请求， 同时 DMA 控制器撤销应答信号

• 仲裁器
  / _% _8 y. d. c: P. }8 G3 ]# p

一个 DMA 控制器对应 8 个数据流，数据流包含要传输数据的源地址、目标地址、数据等信息。如果我们需要同时使用同一个 DMA 控制器多个外设请求时，那必然需要同时使用多个数据流，其中哪个数据流优先， 此时由仲裁器来选定。

仲裁器管理数据流方法分为两个阶段。第一阶段属于软件阶段，我们在配置数据流时可以通过寄存器设定它的优先级别，可以在 DMA_CCRx 寄存器中设置， 有最高优先级、高优先级、中等优先级和低优先级四个等级。第二阶段是硬件，如果两个请求有相同的软件优先级，则较低编号的通道比高编号的通道有较高的优先权。例如：通道 2 优先于通道 4。

• DMA 通道
  

每个通道都可以在由固定地址的外设寄存器和存储器之间执行DMA 传输。DMA 的传输数据量是可编程， 可以通过 DMA_CCRx 寄存器中的PSIZE 和 MSIZE 位来进行编程，数据量最大可以达到 65535。DMA 的外设繁多， 例如 DMA1 控制器，从外设产生 7 个请求，通过逻辑或（例如通道 1 的三个 DMA 请求，这几个是通过逻辑或到通道 1 的，这样我们在同一时间，就只能使用其中的一个）输入到 DMA1 控制器，此时只有一个请求有效。

0 X4 n2 j+ U) p. d5 l

- }4 P( b! [9 k& D% m% V

STM32 的 DMA 有以下一些特性：

●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 事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求。

● 存储器和存储器间的传输

● 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。

● 可编程的数据传输数目：最大为 65536

STM32串口DMA使用详解

本次我们使用的硬件环境是之前开源的板子，falling-star board，使用串口1。

cubemx配置

关于时钟配置、串口基本配置请参看：cubemx的正确打开方式一文

接下来直接进入配置串口DMA：

选择串口1，基本参数如图，都是老生常谈了，easy~

( \: T6 X# N' ^, \% C5 k8 {( H

选择DMA Settings，主要有一下几个地方，基本上不需要改动，根据自己的使用情况确认即可，需要注意的是，发送和接收并不是一定要成对出现的，可以只选择DMA发送或者DMA接收

$ G+ e5 \: N1 w% N

中断设置，DMA中断可以配置，可以不配置，同样也是根据自己的实际需求情况，串口中断需要配置，下面会用到，优先级根据自己任务的优先级确定，分好“轻重缓急”即可

. l7 a5 o8 H: K  G/ ^  I  H$ p

配置非常简单，主要是在此前串口功能基础上添加DMA功能，over

串口DMA代码设计串口DMA源码API介绍

上面提到的配置项，都封装在一个结构体里面

1. /** @defgroup DMA_Exported_Types DMA Exported Types
   
2.   * @{
   & s: X' b0 o8 f; L3 z2 g: R" V
3.   */
   
4. 
   
5. /**
   
6.   * @brief  DMA Configuration Structure definition
   5 h8 o( u' w# Q# C
7.   */
   + X( w3 y& I* W6 G4 f
8. typedef struct
   
9. {
   ' \7 S4 a2 L. r2 [
10.   uint32_t Direction;                 /*!< Specifies if the data will be transferred from memory to peripheral,
    % b  p% P. @" u. I8 k
11.                                            from memory to memory or from peripheral to memory.
    ; U# y/ W4 t8 N3 e, T4 V0 X1 M7 |
12.                                            This parameter can be a value of @ref DMA_Data_transfer_direction */
    % k; E$ i- ], |- i6 A8 v7 y
13. 
    4 u' B, p, ]! h: C/ f. ~! Y
14.   uint32_t PeriphInc;                 /*!< Specifies whether the Peripheral address register should be incremented or not.
    
15.                                            This parameter can be a value of @ref DMA_Peripheral_incremented_mode */
    
16. 
    
17.   uint32_t MemInc;                    /*!< Specifies whether the memory address register should be incremented or not.
    
18.                                            This parameter can be a value of @ref DMA_Memory_incremented_mode */
    ( I9 R4 \  h. o& a
19. 
    
20.   uint32_t PeriphDataAlignment;       /*!< Specifies the Peripheral data width.
    ) o6 K/ S3 r( Z7 S) f3 {
21.                                            This parameter can be a value of @ref DMA_Peripheral_data_size */
    
22. 
    
23.   uint32_t MemDataAlignment;          /*!< Specifies the Memory data width.
    
24.                                            This parameter can be a value of @ref DMA_Memory_data_size */
    
25. 
    & N7 y2 _& A( p. B5 E. y1 P+ V
26.   uint32_t Mode;                      /*!< Specifies the operation mode of the DMAy Channelx.
    ( J' |& t8 `* T5 v6 Q: K5 }( a
27.                                            This parameter can be a value of @ref DMA_mode
    
28.                                            @note The circular buffer mode cannot be used if the memory-to-memory
    9 U) \/ j0 q+ B3 ?( {
29.                                                  data transfer is configured on the selected Channel */
    
30. 
    
31.   uint32_t Priority;                  /*!< Specifies the software priority for the DMAy Channelx.
    
32.                                            This parameter can be a value of @ref DMA_Priority_level */
    , ^* L- f9 w* [7 i+ P. ^
33. } DMA_InitTypeDef;

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$ O) L( s: O3 p( L5 t

关于DMA的函数不多，本次用到DMA的初始化，开始发送函数

/ L9 _: R3 \( Q4 s

串口中关于DMA的部分主要有这几个函数，还有一些关于中断、DMA标志等的一些宏定义，就不在一一列举了，需要用的时候大家知道去库函数中去找就可以了

$ a7 P) J& F( Y  q. w3 u- s) N

串口DMA初始化部分：

1. void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
   0 c! l# B' M# j! w: X( z
2. {
   ) C  I# N8 a# V0 B% }
3. 
   
4.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   
5.   if(uartHandle->Instance==USART1)
   / q# a" q  R* h8 P
6.   {
   3 L  L1 G- f/ k* u% N: Q, k
7.   /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */
   0 ^! l$ U% s# w0 O8 {' [" e
8. 
   % h0 T. k# T) L: ^, |
9.   /* USER CODE END USART1_MspInit 0 */
   
10.     /* USART1 clock enable */
    / W5 V$ L: P) b# X$ K
11.     __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
    ; p6 i1 o4 g7 ~; m2 a1 G
12. 
    
13.     __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
14.     /**USART1 GPIO Configuration
    
15.     PA9     ------> USART1_TX
    
16.     PA10     ------> USART1_RX
    ) D$ K: ?# n4 m, {
17.     */
    8 |% K& |" K4 @; j' u/ I: ]3 t
18.     GPIO_InitStruct.Pin = User_UART_TX_Pin;
      z, U2 I+ T7 }/ w/ T4 h
19.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    1 Y& z& O- s) c* _7 |* r, q
20.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
21.     HAL_GPIO_Init(User_UART_TX_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    
22. 
    
23.     GPIO_InitStruct.Pin = User_UART_RX_Pin;
    
24.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    
25.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
26.     HAL_GPIO_Init(User_UART_RX_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    . I2 }; m1 w, {5 K
27. 
    
28.     /* USART1 DMA Init */
    
29.     /* USART1_TX Init */
    
30.     hdma_usart1_tx.Instance = DMA1_Channel4;
    3 Y, z/ n2 f/ r# D4 M5 w4 J( o) W
31.     hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    % v3 ~) Z' R7 S7 w
32.     hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    * _+ m5 O9 e, O, k2 i$ s
33.     hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    0 [3 |8 O* z' P/ m5 z
34.     hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
    
35.     hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
    
36.     hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    
37.     hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
    7 V: P; h; J* [' b5 n5 F# |: G
38.     if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx) != HAL_OK)
    
39.     {
    
40.       Error_Handler();
    & p* }/ k' v- a1 P6 P" P+ V. n
41.     }
    + b2 a. X7 H: H% |! N8 J
42. 
    5 W5 l5 x5 C. ^6 \3 P1 {3 P, n
43.     __HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmatx,hdma_usart1_tx);
    
44. 
    
45.     /* USART1_RX Init */
    ) B5 w: v- M2 l  Y
46.     hdma_usart1_rx.Instance = DMA1_Channel5;
    : b  m* f8 G& E* b7 h5 h, [
47.     hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    ( U2 Q0 o/ d7 f. A/ p, P
48.     hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    1 F; a9 Q- \) L& F
49.     hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    + [" K) B" f8 J" H( S* q
50.     hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
    
51.     hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
    
52.     hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    
53.     hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
    
54.     if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx) != HAL_OK)
    
55.     {
    
56.       Error_Handler();
    
57.     }
    
58. 
    
59.     __HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart1_rx);
    , T& W( L$ u4 Q* _4 U( l! ^) r3 l8 S
60. 
    
61.     /* USART1 interrupt Init */
    5 M. y+ {. f. R# y' q
62.     HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);
    ' \5 H8 H- M3 \( f
63.     HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
    
64.   /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */
    % h) D0 s$ ?/ J! |
65. 
    
66.   /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
    
67.   }
    
68. }

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DMA发送设计

发送非常简单，都不知道该怎么介绍...发送对应DMA的方向是内存到外设，我们只需要把数据装入相应的内存中，调用发送的API即可：

1. /******************************************************
   3 x1 [- q# B% S" @
2. * Brief     : DMA传输函数
   * f7 F1 }6 k1 K$ ^9 `7 B' `
3. * Parameter :
   ' {* ^& w" ~. X$ o3 {
4. *           *pData: 要传输的数据
   $ t2 ^) N4 c8 Y9 I8 C3 o
5. * Return    : None.
   . P+ U: o* ~$ [- B+ V, \
6. *******************************************************/
   
7. void User_uartdma_Transmit(const char *pData)
   
8. {
   
9. HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,(uint8_t *)pData,strlen(pData));
   9 D% t* l4 ^$ \. D
10. }

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9 L9 P* b- }' G5 H  B& }4 m

根据DMA的原理，我们发送的时候是不影响CPU的正常工作的，效果应该类似于操作系统的多任务执行，现在我们只需要在初始化时候打开DMA发送数据，串口助手监控，主函数什么都不干，数据不断在发送

此时如果添加两个LED流水灯，是完全不受发送数据影响的，效果就不放了，相信小飞哥...

) I9 B+ y$ i  X0 ~* a, |
5 ~0 u. \5 ]# n& n

不信你看~

4 @2 J$ V- _8 R4 l% C) D

发送的是非常简单的，好像这里也没体现出来，使用DMA发送有什么好处，其实在LCD驱动的时候，当有图片等大数据量的数据需要传输的时候，使用DMA是种非常好的方式

DMA接收设计

聊起串口数据接收，我们最先接触的可能是，中断接收，来一字节进一次中断，通过定时器超时判断一帧数据结束。

但是小伙伴们有没有考虑过一个事情，数据量很大，串口一直进中断，对MCU带来的负荷是非常大的，这种方式就显得不那么美好了。

哲学上讲，矛盾是推动社会进步的源泉，没错，鉴于此种情况，我们换一种方式来处理，DMA+串口空闲中断的方式，我相信，这种方式你一用就会喜欢上~

具体的设计思路是：

1、开启串口1中断

2、开启串口1空闲中断

3、打开串口DMA接收

4、判断空闲中断标志是否置位

5、数据接收完成，主函数打印接收到的数据

先来封装几个函数：

1. /******************************************************
   ' V% h. E8 q; X8 k  \* @2 |1 B& w
2. * Brief     : 串口DMA 初始化，初始化除了cubemx配置之外的部分
   3 k- D; v+ F2 W) z; k8 H! ?
3. * Parameter :
   ( W$ G2 |: X, c  A# J
4. *           :
   3 A7 R& ^' u7 E, y$ ?
5. * Return    : None.
   : A) \! A9 r$ o$ z
6. *******************************************************/
   
7. void User_uartdma_Init(void)
   4 y, k- D0 _) v: g5 p. H8 j
8. {
   * W3 q# r  h" {! f# ]
9. //失能串口DMA传输
   ; h& L) ^& `" t  L, L8 P
10. HAL_UART_DMAStop(&huart1);
    
11. //使能串口1接收中断
    
12. __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE);
    2 @; m, i' m4 ~$ A5 n
13. //使能串口1空闲中断
    
14. __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);
    
15. //使能串口DMA接收
    6 n1 @: m- z1 C& J1 q
16. HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,UserUartDma.RxBuffer,Max_RecLen);
    4 U2 z6 I0 G3 C1 G! P
17. }

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1. /**
   " K+ j) |( }. h4 o2 X
2.   * @brief  DMA接收函数
   
3.   * @param  htim TIM Base handle
   2 V- U6 i" h5 z3 a/ |, ]
4.   * @retval HAL status
   - n+ Z1 g: J( u
5.   */
   
6. void User_uartdma_Receive(uint8_t *recData,uint16_t rec_len)
   2 Z7 n/ u, Y0 K& K
7. {
   
8. HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,recData,rec_len);
   : g* G$ n) i* @  H
9. }
   
10. 
    % j6 i7 K& V0 s3 j

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主函数：

1. /**
   
2.   * @brief This function handles USART1 global interrupt.
   0 W. A9 B2 o8 H* A4 i* U
3.   */
   3 F1 e' }/ h+ N
4. void USART1_IRQHandler(void)
   
5. {
   : _8 k9 m0 h' u8 c5 y5 w" }
6.   /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
   ' T' q/ V# ^' V2 f2 e) G$ z
7. uint32_t idle_flag_temp = 0;
   . ^' f9 J  U: ]3 z) D, h
8. uint16_t len_temp = 0;
   ) n. p, D8 c0 Z* ]& G; [/ n! E7 ~$ m* C
9.   /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
   
10.   HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
    
11.   /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
    7 D, y% o/ V& X' q  g
12. idle_flag_temp = __HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE);
    2 ~% Q- i; e1 J1 `' ?9 e+ b9 [
13. 
    $ a! W0 C8 T1 H* H! b
14. if(idle_flag_temp)
    
15. {
    . P5 A# _& k# I/ E2 w
16.   __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE);
    . l8 v" `# ]1 ~9 u  W7 ], _
17.   HAL_UART_DMAStop(&huart1);
    
18.   
    
19.   len_temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
    " N' o- @# ]; U$ ?, {0 c4 X( g( i
20.   
    
21.   UserUartDma.RecDat_len = Max_RecLen - len_temp;  
    + w' y1 \) ]- J4 g
22.   UserUartDma.rec_endFlag = 1;
    
23.   
    ! M( p# y4 ]5 f4 p7 N
24. }
    
25.   __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE);
    
26.   HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,UserUartDma.RxBuffer,Max_RecLen);  
    ; M9 e' L! p/ E# Y
27.   /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
    
28. }

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演示效果：

4 H9 d) c3 i) J" h$ J9 _! L" H
0 |9 K! r8 P4 N: E

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