1.什么是DMA，有什么作用?

因此：轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)(尤其是轉(zhuǎn)移大量數(shù)據(jù))是可以不需要CPU參與。比如希望外設(shè)A的數(shù)據(jù)拷貝到外設(shè)B，

只要給兩種外設(shè)提供一條數(shù)據(jù)通路，直接讓數(shù)據(jù)由A拷貝到B 不經(jīng)過(guò)CPU的處理

DMA就是基于以上設(shè)想設(shè)計(jì)的，它的作用就是解決大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過(guò)度消耗CPU資源的問(wèn)題。有了DMA使CPU更專(zhuān)注于更加實(shí)用的操作–計(jì)算、控制等。

DMA用于在外設(shè)與存儲(chǔ)器之間以及存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間提供高速數(shù)據(jù)傳輸?？梢栽跓o(wú)需任何 CPU 操作的情況下通過(guò) DMA 快速移動(dòng)數(shù)據(jù)。這樣節(jié)省的 CPU 資源可供其它操作使用。

我們用一個(gè)現(xiàn)實(shí)例子來(lái)做個(gè)類(lèi)比。有一家冶煉公司，每天要不斷的從礦場(chǎng)拉礦石進(jìn)入廠區(qū)冶煉，以前通過(guò)公路運(yùn)送的，但是這個(gè)公路除了他家的貨運(yùn)車(chē)以外，還有其他車(chē)，所以一般堵車(chē)嚴(yán)重，交通事故頻發(fā)，影響工廠生產(chǎn)，貨運(yùn)成為該公司提高產(chǎn)能的一大瓶頸。公司思量再三，決定出資在礦場(chǎng)和公司間修建一條專(zhuān)用鐵路來(lái)運(yùn)礦石。雖然修建這條鐵路價(jià)格昂貴，但是修好后，運(yùn)送礦石的效率大大提高，公司迅速擴(kuò)大產(chǎn)能，很快得到回報(bào)。同時(shí)原來(lái)運(yùn)送礦石這條公路，也不堵車(chē)了。這條鐵路的作用其實(shí)和DMA類(lèi)似。

本文通過(guò)STM32F4對(duì)DMA相關(guān)原理做個(gè)介紹。

STM32F4共有2個(gè) DMA 控制器，每個(gè)控制器均有8個(gè)數(shù)據(jù)流，每一個(gè) DMA 控制器都用于管理一個(gè)或多個(gè)外設(shè)的存儲(chǔ)器訪問(wèn)請(qǐng)求。每個(gè)數(shù)據(jù)流總共可以有多達(dá) 8 個(gè)通道(或稱(chēng)請(qǐng)求)。每個(gè)通道都有一個(gè)仲裁器，用于處理 DMA 請(qǐng)求間的優(yōu)先級(jí)。

2.DMA傳輸過(guò)程簡(jiǎn)述

DMA傳輸過(guò)程說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，每個(gè)DMA有2個(gè)端口：外設(shè)端口和存儲(chǔ)器端口，通過(guò)這兩個(gè)端口可以單向傳輸數(shù)據(jù)。

DMA1外設(shè)端口通過(guò)AHB總線連接到外設(shè)，存儲(chǔ)器端口通過(guò)AHB總線連接到存儲(chǔ)器， DMA1傳輸方向有二種：從外設(shè)向存儲(chǔ)器傳輸數(shù)據(jù)，從存儲(chǔ)器向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)。

DMA2外設(shè)端口通過(guò)AHB總線連接到外設(shè)以及存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器端口通過(guò)AHB總線連接到存儲(chǔ)器。DMA2傳輸方向有三種：從外設(shè)向存儲(chǔ)器傳輸數(shù)據(jù)，從存儲(chǔ)器向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器向存儲(chǔ)器傳輸數(shù)據(jù)。

ARM　Cortex-M 處理器的存儲(chǔ)系統(tǒng)使用32位尋址，共有4GB地址空間。ROM、RAM、外設(shè)以及處理器內(nèi)的調(diào)試支持部件的地址均映射在這4GB存儲(chǔ)空間內(nèi)。所以不論哪種傳輸方向，DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋举|(zhì)是將數(shù)據(jù)從4GB空間內(nèi)的一個(gè)地址傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地址上。

兩個(gè)DMA各有1個(gè)4字(1字=4字節(jié))大小的緩沖區(qū)(FIFO)，用于數(shù)據(jù)在傳輸?shù)侥繕?biāo)之前，臨時(shí)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。緩沖區(qū)有一個(gè)可配置的閾值(可配置為1/4、1/2、3/4 或滿)，用來(lái)決定何時(shí)將緩沖區(qū)(FIFO)中數(shù)據(jù)發(fā)送到存儲(chǔ)器(當(dāng)從外設(shè)向存儲(chǔ)器傳輸數(shù)據(jù))或何時(shí)將存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送到緩沖區(qū)(FIFO)(從存儲(chǔ)器向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù))。當(dāng)從外設(shè)向存儲(chǔ)器傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，緩沖區(qū)(FIFO)內(nèi)數(shù)據(jù)量達(dá)到閾值時(shí)，會(huì)將緩沖區(qū)(FIFO)數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)地址上。當(dāng)從存儲(chǔ)器向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)量小于等于緩沖區(qū)(FIFO)閾值時(shí)，會(huì)使用存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)填充滿FIFO。

通過(guò)DMA傳輸數(shù)據(jù)，需要以下信息：

DMA外設(shè)端口和存儲(chǔ)器端口的數(shù)據(jù)寬度。所謂數(shù)據(jù)寬度是指從端口發(fā)送或從端口接收的數(shù)據(jù)是多少位的。我們?cè)诰帉?xiě)程序時(shí)，有時(shí)候有這樣的需求(特別是在外設(shè)與存儲(chǔ)器間傳輸數(shù)據(jù))，從一個(gè)地址將A個(gè)N位的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地址，重合組合成B個(gè)M位的數(shù)據(jù)。用DMA傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)配置其外設(shè)端口和存儲(chǔ)器端口的數(shù)據(jù)寬度可完美解決此問(wèn)題。DMA中數(shù)據(jù)寬度可配置為字節(jié)、半字(2字節(jié))和字(4字節(jié))。通過(guò)DMA_SxCR寄存器的 PSIZE(配置外設(shè)端口數(shù)據(jù)寬度) 和 MSIZE(配置內(nèi)存端口數(shù)據(jù)寬度) 位配置。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。所謂數(shù)據(jù)量是指具體要傳輸多少個(gè)數(shù)據(jù)。有兩種控制傳輸數(shù)據(jù)量的方法：(1)連接外設(shè)并且要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)據(jù)量未知時(shí)，可通過(guò)外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束信號(hào)停止傳輸，但此種方法需要外設(shè)具有SDIO接口。(2) 在已知需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量時(shí)，通過(guò)設(shè)置需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量在使能DMA數(shù)據(jù)流之前寫(xiě)入DMA_SxNDTR 寄存器。在兩邊數(shù)據(jù)寬度不一致情況下，DMA_SxNDTR中的數(shù)據(jù)量等于外設(shè)端的數(shù)據(jù)量。每傳輸一次后，DMA_SxNDTR中值遞減1，遞減為0時(shí)，DMA停止傳輸。通常情況下，使用第2中方法來(lái)控制數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?。所謂數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂肥侵笍氖裁吹刂钒l(fā)送數(shù)據(jù)，從什么地址接收數(shù)據(jù)。外設(shè)端口和存儲(chǔ)器端口各自有自己的數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?，分別通過(guò)寄存器DMA_SxPAR 和DMA_SxM0AR/ DMA_SxM1A(DMA_SxM1AR僅在雙緩沖區(qū)模式下有效)來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂贰?.1.DMA普通傳輸過(guò)程

DMA有一個(gè)使能信號(hào)，通過(guò)使能信號(hào)來(lái)控制DMA工作，在使用DMA時(shí)，首先需要使能DMA。

針對(duì)于不同的傳輸方向，其傳輸過(guò)程略有不同。

從外設(shè)向存儲(chǔ)器傳輸數(shù)據(jù)

DMA使能后，等待外設(shè)發(fā)出DMA請(qǐng)求信號(hào)，DMA收到請(qǐng)求，數(shù)據(jù)從外設(shè)端口數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?DMA_SxPAR)存儲(chǔ)到DMA緩沖區(qū)(FIFO)內(nèi),當(dāng)緩沖區(qū)(FIFO)內(nèi)數(shù)據(jù)量達(dá)到緩沖區(qū)(FIFO)閾值后，緩沖區(qū)(FIFO)內(nèi)數(shù)據(jù)移出到內(nèi)存端口數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?DMA_SxM0AR)指定的存儲(chǔ)器地址中，同時(shí)每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)，DMA_SxNDTR內(nèi)的值會(huì)減1，DMA_SxNDTR值遞減為0，DMA傳輸停止。從存儲(chǔ)器向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)

DMA使能后，立即會(huì)將內(nèi)存端口數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?DMA_SxM0AR)指定的數(shù)據(jù)移動(dòng)到DMA緩沖區(qū)(FIFO)內(nèi)，完全填滿DMA緩沖區(qū)(FIFO)，等待外設(shè)端口DMA請(qǐng)求信號(hào)，每次發(fā)生外設(shè)請(qǐng)求，緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)以外設(shè)端口寬度指定的數(shù)據(jù)量移出到外設(shè)端數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?DMA_SxPAR)指定的目標(biāo)地址上，同時(shí)每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)，DMA_SxNDTR內(nèi)的值會(huì)減1，DMA_SxNDTR值遞減為0，DMA停止傳輸。當(dāng)DMA緩沖區(qū)(FIFO)內(nèi)數(shù)據(jù)量小于等于緩沖區(qū)閾值時(shí)，會(huì)使用存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)再次填充滿FIFO。2.2.DMA指針遞增傳輸過(guò)程

DMA的外設(shè)端口和內(nèi)存端口各自有一個(gè)指針遞增參數(shù)，可以單獨(dú)設(shè)置是否啟用。如果啟用了指針遞增，則每傳輸一次，相應(yīng)端口的數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂愤f增(遞增數(shù)等于相應(yīng)端口地址寬度的字節(jié)數(shù))，指向下一個(gè)地址，下次DMA傳輸會(huì)使用這個(gè)新地址來(lái)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

2.3.DMA循環(huán)傳輸過(guò)程

DMA還有一個(gè)循環(huán)模式參數(shù)用來(lái)設(shè)置是否啟用循環(huán)模式。在循環(huán)模式下，當(dāng)DMA_SxNDTR遞減為0后，外設(shè)端口、存儲(chǔ)器端口的數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂芬约癉MA_SxNDTR中的值會(huì)自動(dòng)加載初始值后，開(kāi)始新一輪的循環(huán)傳輸。

2.4.DMA雙緩沖區(qū)傳輸過(guò)程

DMA在循環(huán)模式下，還可以設(shè)置為雙緩沖區(qū)模式。在雙緩沖區(qū)模式下，存儲(chǔ)器端口可以利用DMA_SxM0AR和 DMA_SxM1AR 2個(gè)寄存器設(shè)置兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂?。DMA可以利用兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂方惶鎮(zhèn)鬏敂?shù)據(jù)。我們使能指針遞增情況下，將兩個(gè)緩沖區(qū)首地址分別裝入DMA_SxM0AR和 DMA_SxM1AR，這樣在一個(gè)緩沖區(qū)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以對(duì)另一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

以上只是粗略簡(jiǎn)述整個(gè)傳輸過(guò)程，具體詳細(xì)信息，后面具體描述。

3.STM32F4 DMA的主要特性

雙 AHB 主總線架構(gòu)，一個(gè)用于存儲(chǔ)器訪問(wèn)，另一個(gè)用于外設(shè)訪問(wèn)。每個(gè) DMA 控制器有 8 個(gè)數(shù)據(jù)流，每個(gè)數(shù)據(jù)流有多達(dá)8個(gè)通道(或稱(chēng)請(qǐng)求)每個(gè)數(shù)據(jù)流有單獨(dú)的四級(jí)32位先進(jìn)先出存儲(chǔ)器緩沖區(qū) (FIFO)，可用于 FIFO 模式或直接模式：

—— FIFO 模式下，可通過(guò)軟件將閾值級(jí)別選取為 FIFO 大小的 1/4、1/2 或 3/4。當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)量達(dá)到FIFO閾值時(shí)，才會(huì)將FIFO中的數(shù)據(jù)送出FIFO，進(jìn)入外設(shè)或儲(chǔ)存器端口。

—— 直接模式下，F(xiàn)IFO失去作用，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，每個(gè) DMA 請(qǐng)求會(huì)立即啟動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)在直接模式(禁止 FIFO)下將 DMA請(qǐng)求配置為以存儲(chǔ)器向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，DMA 僅會(huì)將一個(gè)數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器預(yù)加載到內(nèi)部 FIFO，從而確保一旦外設(shè)觸發(fā) DMA 請(qǐng)求時(shí)則立即傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)硬件可以將每個(gè)數(shù)據(jù)流配置為：

—— 支持外設(shè)到存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器到外設(shè)和存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳輸?shù)某Ｒ?guī)通道

—— 也支持在存儲(chǔ)器方雙緩沖的雙緩沖區(qū)通道DMA 數(shù)據(jù)流請(qǐng)求之間的優(yōu)先級(jí)可用軟件編程(4 個(gè)級(jí)別：非常高、高、中、低)，在軟件優(yōu)先級(jí)相同的情況下可以通過(guò)硬件決定優(yōu)先級(jí)(例如，請(qǐng)求 0 的優(yōu)先級(jí)高于請(qǐng)求 1)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)目可以由 DMA 控制器或外設(shè)管理：

—— DMA 流控制器下，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)目是 1 到 65535，可用軟件編程

—— 外設(shè)流控制器下，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)目未知并由源或目標(biāo)外設(shè)控制，外設(shè)通過(guò)硬件發(fā)出傳輸結(jié)束的信號(hào)獨(dú)立的源和目標(biāo)傳輸寬度(字節(jié)、半字、字)：源和目標(biāo)的數(shù)據(jù)寬度不相等時(shí)，DMA 自動(dòng)封裝/解封必要的傳輸數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化帶寬。這個(gè)特性?xún)H在 FIFO 模式下可用，在直接模式下，數(shù)據(jù)寬度必須相等。對(duì)源和目標(biāo)的增量或非增量尋址支持 4 個(gè)、8 個(gè)和 16 個(gè)節(jié)拍的增量突發(fā)傳輸。突發(fā)增量的大小可由軟件配置，通常等于外設(shè) FIFO 大小的一半每個(gè)數(shù)據(jù)流都支持循環(huán)緩沖區(qū)管理 5 個(gè)事件標(biāo)志(DMA 半傳輸、DMA 傳輸完成、DMA 傳輸錯(cuò)誤、DMA FIFO 錯(cuò)誤、直接模式錯(cuò)誤)，進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，從而產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)流的單個(gè)中斷請(qǐng)求4.DMA功能說(shuō)明

每個(gè)DMA均有兩個(gè)傳輸端口：存儲(chǔ)器傳輸端口和外設(shè)傳輸端口，這兩個(gè)端口間可以單向傳輸數(shù)據(jù)，任何一方均可作為發(fā)送方，另一方作為接收方。DMA2的外設(shè)端口還可連接存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳輸。

DMA_SxCR 寄存器中的 DIR[1:0]控制傳輸方向。

源傳輸和目標(biāo)傳輸在整個(gè) 4 GB 區(qū)域(地址在 0x0000 0000 和 0xFFFF FFFF 之間)都可以尋址外設(shè)和存儲(chǔ)器。

源和目標(biāo)端口數(shù)據(jù)寬度可配置。通過(guò)DMA_SxCR 寄存器的 PSIZE 和 MSIZE 位可分別控制外設(shè)端口和存儲(chǔ)器端口寬度，可配置為字節(jié)、半字(2字節(jié))和字(4字節(jié))。當(dāng)數(shù)據(jù)寬度分別是半字或字時(shí)，寫(xiě)入DMA_SxPAR 或 DMA_SxM0AR/M1AR 寄存器的外設(shè)或存儲(chǔ)器地址必須分別在字或半字地址邊界對(duì)齊。例如當(dāng)數(shù)據(jù)寬度為字時(shí)，寫(xiě)入 DMA_SxPAR 或 DMA_SxM0AR/M1AR地址必須是4的倍數(shù)。

DMA_SxPAR (外設(shè)地址配置寄存器)或 DMA_SxM0AR(內(nèi)存地址配置寄存器0)/ DMA_SxM1AR(內(nèi)存地址寄存器1——只在雙緩沖區(qū)模式下有效)用來(lái)存放外設(shè)或內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂贰MA_SxPAR 寄存器中設(shè)置外設(shè)端口寄存器地址，外設(shè)事件發(fā)生后，數(shù)據(jù)會(huì)從此地址移動(dòng)到外設(shè)端口或從外設(shè)端口移動(dòng)到此地址。在 DMA_SxMA0R 寄存器(在雙緩沖區(qū)模式的情況下還有 DMA_SxMA1R 寄存器)中設(shè)置存儲(chǔ)器地址。外設(shè)事件發(fā)生后，將從此存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫(xiě)入此存儲(chǔ)器。

4.3.通道選擇——DMA_SxCR 寄存器中的 CHSEL[2:0]控制

每個(gè)數(shù)據(jù)流都與1個(gè) DMA 請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)，此 DMA 請(qǐng)求可以從 8 個(gè)可能的通道請(qǐng)求中選出。

來(lái)自外設(shè)的 8 個(gè)請(qǐng)求(TIM、ADC、SPI、I2C 等)獨(dú)立連接到每個(gè)通道，具體的連接取決于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)情況。

選擇DMA1的數(shù)據(jù)流6的通道5，則意味著UART8_RX外設(shè)請(qǐng)求。

如果我們需要通過(guò)TIM3_CH2通道發(fā)出DMA請(qǐng)求，則應(yīng)選擇數(shù)據(jù)流5的通道5。則在TIM2定時(shí)器中使能捕獲/比較DMA請(qǐng)求使能(寄存器TIM2_DIER中斷使能寄位CC2DE置1)，則在發(fā)生輸入捕獲事件或者輸出比較事件時(shí)，會(huì)通過(guò)DMA1數(shù)據(jù)流5通道5發(fā)出請(qǐng)求DMA請(qǐng)求。

DMA的使用也沒(méi)有那么邪乎，很符合大家常規(guī)的一個(gè)思考?；究梢詽饪s為當(dāng)發(fā)生一個(gè)啥事的時(shí)候，需要某個(gè)人A給另一個(gè)人B捎個(gè)口信，讓B知道是啥信息。套用個(gè)場(chǎng)景就是狗蛋來(lái)到旺財(cái)家門(mén)口讓旺財(cái)媽知會(huì)一下，想和旺財(cái)一起出門(mén)玩(事件發(fā)生：狗蛋來(lái)找旺財(cái)玩)，旺財(cái)媽媽朝屋里大喊一聲：“旺財(cái)狗蛋喊你出門(mén)玩嘞!”(信息直接傳遞)，然后旺財(cái)就知道了狗蛋來(lái)找他玩這件事。DMA的數(shù)據(jù)傳輸長(zhǎng)度類(lèi)似就是旺財(cái)媽那句話的斷句，她可以一口氣直接喊：“旺財(cái)狗蛋喊你出門(mén)玩嘞“，也可以喊：“旺財(cái)!狗蛋~ 喊你!出門(mén)~玩嘞!“這樣兩個(gè)字兩個(gè)字的喊，雖然話是兩個(gè)字的往外蹦，但是整體意思也是完整傳達(dá)到了。那么這個(gè)說(shuō)法可以套用到一個(gè)UART接收DMA傳輸，設(shè)置好事件條件是UART收到數(shù)據(jù)，那么就把UART外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器(收到的數(shù)據(jù))按照一個(gè)byte的長(zhǎng)度直接發(fā)送到事先指定的RAM內(nèi)存位置。

綜上可以看出DMA的使用配置最重要的內(nèi)容就是觸發(fā)條件，然后誰(shuí)把信息告訴誰(shuí)，每次傳遞多少數(shù)據(jù)。如下的范例代碼，是配置了ADC每次完成采樣后，能夠?qū)⒉蓸拥降臄?shù)據(jù)依次偏移放置在制定的數(shù)組種。

下面的代碼主要關(guān)注的是結(jié)構(gòu)體 DMA_InitStructure的配置。如下代碼，可以看到觸發(fā)條件是完成ADC采樣后，ADC數(shù)據(jù)寄存器中的值就會(huì)直接通過(guò)DMA更新至指定的數(shù)組中，并且會(huì)自動(dòng)完成數(shù)組中的指針偏移。在實(shí)際的使用中就能達(dá)到一次配置后，存放ADC數(shù)據(jù)的數(shù)組就會(huì)自動(dòng)一直在刷新對(duì)應(yīng)通道的ADC數(shù)值了。