STM32学习笔记之--DMA

小样岁月

　　一、DMA简介
- s1 l' E6 j% Q& q　　1、DMA简介
8 J# p6 y7 }5 V: Y8 y$ h　　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。
' v! ~. H' Y7 r0 E9 m　　2、DMA的工作原理
( Q- o$ W' t/ ~* a; S8 b: d! M4 C3 ?7 m　　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：
0 Z  R4 \0 e0 b4 ^! q6 Z) m　　外设到内存
　　内存到外设
2 n. j5 p3 H  e; F; X6 \( W! O! G, a　　内存到内存
　　外设到外设
/ ^! X- N2 l8 x  g$ @3 U8 V: E* {7 M　　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
6 `6 H5 Q; c; o8 h　　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。
# q7 D  P% ^8 q* ?+ V' d, c/ C0 ^　　二、STM32的DMA结构
　　1、DMA的主要特性
3 j8 {6 n  _( z- L$ A1 v9 Z　　● 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
* ~7 x& G) ?5 b0 d% e0 Y　　● 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; j+ @, z# q. g　　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
  Q8 c8 I- p0 _( D7 l　　等优先权时由硬件决定(请求0优先于请求1，依此类推) 。
3 f0 ^# s0 N. O- b4 @　　● 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。
0 M& Y: Y9 q  x4 w: ~0 }; y　　● 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。
, j  B# N& q7 y5 x. i) m　　● 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
　　下面为功能框图：
& u# C' d' K: Y  Z. f5 O　　

2 V$ n, _9 g5 \  F4 [　　2、两个DMA控制器结构
　　① DMA1 controller
　　
$ l; h9 n, H: I* K, g
3 A( d1 X- f4 `/ |1 c3 |　　② DMA2 controller
　　
: m  P6 y" _+ M! f
; }- ~3 F1 Y  Y& T7 g- e　　3、DMA寄存器列表
9 E% C# @- T4 o! m　　
1 ?8 H( w4 P% ^. c6 u3 ?' w& W- u
　　① 中断类
! d, o7 l/ W, D1 Z* M　　DMA_ISR： 　　DMA中断状态寄存器
# ~" O  k- @+ p. q$ n( X' w　　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
2 h$ p$ B  C! @$ _: ^　　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
0 ^% B5 a- Y3 l; n0 u　　说明：
9 H$ I  ?& X8 D& L$ a　　1> 每一个通道都有一组寄存器。
& ]) l/ T1 B0 D% j8 k　　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。
- a# L' R4 s  t; I7 x0 i　　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
4 O! s. S+ e/ p* O/ M1 X: I　　DMA通道传输使能
: p2 f1 q# }- B6 O: V1 U　　通道上DMA数据传输有事件请求
　　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。
* d# c0 \& |3 B* p: Q/ i* Z7 ]　　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
, P. c  X4 y: z$ D　　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。
  d* \' w& h: f' H  P　　example:
　　1.内存到内存
/ Z7 t: c( N# t8 g$ `4 [. O. `) B　　DMA传输请求一直有效
" B1 s% h; A) k  m" V5 G$ E　　2.内存到串口
　　DMA传输请求一直有效
1 ], _* ^$ @% k% k( b% \　　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
　　
　　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。
0 F) R' J+ l$ U1 d0 [　　方法2：循环传输模式
7 O, `5 Q2 \3 j* s0 w9 \) i　　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。
/ \5 i$ {# M. x4 r$ f9 l! I4 {$ y　　四、再谈STM32的DMA传输是否影响CPU的运行速度
/ t) s  l3 {7 K" ~1 @8 B; X　　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：
# D; k# D7 K  R* M- h( _　　1、S3C2440的DMA传输
$ I' y3 @+ B# C　　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。
: _! y+ U4 v% ?　　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。
6 U# z) w& \) u) K) F4 s　　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。
1 q  O6 k" }% @* l6 ^% `, A, T3 O　　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。
4 i* K, D& `# S% {# z　　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。

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Heaven_1

很详细，谢谢分享

小样岁月

Heaven_1 发表于 2019-9-2 09:29
! z* }! Z* j& c" n  S4 V很详细，谢谢分享

没事没事  
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