STM32之DMA
一、DMA簡介
1、DMA簡介
DMA(Direct Memory Access：直接內存存取)是一種可以大大減輕CPU工作量的數據轉移方式。
CPU有轉移數據、計算、控制程序轉移等很多功能，但其實轉移數據（尤其是轉移大量數據）是可以不需要CPU參與。比如希望外設A的數據拷貝到外設B，只要給兩種外設提供一條數據通路，再加上一些控制轉移的部件就可以完成數據的拷貝。
DMA就是基于以上設想設計的，它的作用就是解決大量數據轉移過度消耗CPU資源的問題。有了DMA使CPU更專注于更加實用的操作--計算、控制等。
2、DMA的工作原理
DMA的作用就是實現數據的直接傳輸，而去掉了傳統數據傳輸需要CPU寄存器參與的環節，主要涉及四種情況的數據傳輸，但本質上是一樣的，都是從內存的某一區域傳輸到內存的另一區域（外設的數據寄存器本質上就是內存的一個存儲單元）。四種情況的數據傳輸如下：
- 外設到內存
- 內存到外設
- 內存到內存
- 外設到外設
當用戶將參數設置好，主要涉及源地址、目標地址、傳輸數據量這三個，DMA控制器就會啟動數據傳輸，傳輸的終點就是剩余傳輸數據量為0（循環傳輸不是這樣的）。換句話說只要剩余傳輸數據量不是0，而且DMA是啟動狀態，那么就會發生數據傳輸。
3、DMA是否影響CPU的運行
在X86架構系統中，當DMA運作時（假設我們從磁盤拷貝一個文件到U盤），DMA實際上會占用系統總線周期中的一部分時間。也就是說，在DMA未開啟前，系統總線可能完全被CPU使用；當DMA開啟后，系統總線要為DMA分配一定的時間，以保證DMA和CPU同時運作。那么顯然，DMA會降低CPU的運行速度。
在STM32控制器中，芯片采用Cortex-M3架構，總線結構有了很大的優化，DMA占用另外的總線，并不會與CPU的系統總線發生沖突。也就是說，DMA的使用不會影響CPU的運行速度。
二、STM32的DMA結構
1、DMA的主要特性
● 12個 獨立的可配置的通道(請求)DMA1有7個通道，DMA2 有5個通道?
● 每個通道都直接連接專用的硬件DMA請求，每個通道都同樣支持軟件觸發。這些功能通過
軟件來配置。?
● 在七個請求間的優先權可以通過軟件編程設置(共有四級：很高、高、中等和低)，假如在相
等優先權時由硬件決定(請求0優先于請求1，依此類推) 。?
● 獨立的源和目標數據區的傳輸寬度(字節、半字、全字)，模擬打包和拆包的過程。源和目標
地址必須按數據傳輸寬度對齊。?
● 支持循環的緩沖器管理?
● 每個通道都有3個事件標志(DMA 半傳輸，DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯)，這3個事件標志
邏輯或成為一個單獨的中斷請求。?
●?存儲器和存儲器間的傳輸?
●?外設和存儲器，存儲器和外設的傳輸?
● 閃存、SRAM 、外設的SRAM 、APB1 APB2和AHB外設均可作為訪問的源和目標。?
● 可編程的數據傳輸數目：最大為65536
下面為功能框圖：
2、兩個DMA控制器結構
① DMA1 controller
② DMA2 controller
3、DMA寄存器列表
① 中斷類
DMA_ISR： DMA中斷狀態寄存器
DMA_IFCR: DMA中斷標志位清除寄存器
說明： DMA1、DMA2分別有一組寄存器。
② 控制傳輸類
DMA_CCRx: DMA通道x配置寄存器
DMA_CNDTRx: DMA通道x數據數量寄存器
DMA_CPARx: ?DMA通道x外設地址寄存器
DMA_CMARx: DMA通道x內存地址寄存器
說明： ? ?
1> 每一個通道都有一組寄存器。
2> DMA_CPARx、DMA_CMARx是沒有差別的，它們都可以存放外設的地址、內存的地址。DMA_CPARx、DMA_CMARx只不過起得名字有差別而已。
4、STM32的DMA工作特點
① DMA進行數據傳輸的必要條件
- 剩余傳輸數據量大于0
- DMA通道傳輸使能
- 通道上DMA數據傳輸有事件請求
?前兩者都好理解，對于第三點確實需要詳細的解釋，請看下邊的三條。
② 外設到XX方向的傳輸
假設是ADC到存儲器的數據傳輸，顯然ADC的DMA傳輸的源地址是ADC的數據寄存器。并不是說只要DMA通道傳輸使能后，就立即進行數據傳輸。只有當一次ADC轉化完成，ADC的DMA通道的傳輸事件有效，DMA才會從ADC的數據寄存器讀出數據，寫入目的地址。當DMA在讀取ADC的數據寄存器時，同時使ADC的DMA通道傳輸事件無效。顯然，要等到下一次ADC轉換完成后，才能啟動再一次的數據傳輸。
③存儲器對XX的DMA傳輸
因為數據是準備好的，不像ADC還需要等待數據到位。所以，不需要對應通道的事件。只要使能DMA數據傳輸就一直傳輸，直到達到設定的傳輸量。
example:
1.內存到內存
DMA傳輸請求一直有效
2.內存到串口?
DMA傳輸請求一直有效
一種解釋：
存儲器對存儲器的置位，就相當于相應通道的事件有效。?對應通道的事件有效和存儲器對存儲器的置位，就是傳輸的觸發位。每次傳輸的事件置位一次，完成一次傳輸。如果是由外設引發的DMA傳輸，則傳輸完成后，相應傳輸事件會置為無效，而存儲器對存儲器的傳輸，則一次傳輸完成后，相應事件一直有效，直至完成設定的傳輸量。 ? 摘自：http://bbs.21ic.com/icview-400841-1-1.html
④外設以DMA方式工作時，能否再以軟件方式進行操作？
有一點是肯定的，當外設以DMA方式正在數據傳輸時，不可能再相應CPU的軟件控制命令，否則這不符合邏輯。
但是，倘若外設僅僅配置成DMA工作方式，但是DMA請求并未產生，數據傳輸并沒有進行。此時，軟件控制命令仍然能夠對外設進行控制。這是筆者在串口以DMA方式發送數據情形下，所得到的測試結論。?
三、STM32的DMA軟件編程
1、“內存到內存”模式傳輸
①?初始化配置
?View Code②?DMA中斷配置
?View Code③啟動傳輸
?View Code2、利用DMA實現循環傳輸
方法1：單次傳輸模式
當傳輸結束時，觸發DMA中斷，在中斷程序中首先失能DMA通道，然后修改該通道的傳輸數據量。最后重新使能DMA通道，注意只有失能的DMA通道才能成功修改傳輸數據量。
方法2：循環傳輸模式
當傳輸結束時，硬件自動會將傳輸數據量寄存器進行重裝，進行下一輪的數據傳輸。
四、再談STM32的DMA傳輸是否影響CPU的運行速度
聲明：經過筆者測試，當DMA工作在內存到外設的傳輸和內存到內存的傳輸時，都不會影響CPU的運行速度。為了給這種現象一個合理的解釋，筆者做以下猜測：
1、S3C2440的DMA傳輸
S3C2440的SDRAM是外置的，并且SDRAM的數據線、地址線、控制線總共只有一組。假設DMA傳輸的方向是內存到外設，當DMA運作時，需要占用SDRAM的三類線才才能實現傳輸；而與此同時CPU也需要通過這三類線來訪問SDRAM來讀取程序、讀寫數據。
顯然，DMA的運行與CPU的運行有交叉點，DMA就會影響到CPU的運行。
2、STM32的DMA傳輸
STM32與S3C2440的區別是很大的，S3C2440是微處理器，RAM外置且空間很大；STM32是微控制器，RAM片內集成且空間較小。此時，ST公司就有可能提升DMA的運作效率，使DMA的工作不影響到CPU的運行。
外設與外設之間的DMA傳輸，因為與CPU的運行沒有交叉點（CPU的數據流注意是在Flash、內存、寄存器中傳輸），所以不會影響CPU的運行速度。唯一有可能影響的是外設與內存或者內存與內存之間的DMA傳輸。
倘若ST公司的SRAM是一個雙口RAM，也就是同時可以由兩組接口對RAM進行訪問，就可以很好的解決速度影響問題。倘若CPU恒定占有一組接口，而另一組接口留給DMA控制器。那么當外設與內存或者內存與內存之間的DMA傳輸時，由于不與CPU的訪問SRAM接口沖突，所以可以解決速度影響問題。
但其實偶爾還是會影響的，當CPU訪問SRAM的空間和DMA訪問SRAM的空間相同時，SRAM勢必會對這種情況進行仲裁，這可能會影響到CPU的訪問SRAM的速度。其實，這種情況的概率也是很小的，所以即使影響CPU的運行速度，也不會很大。
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參考資料：《STM32參考手冊》
總結
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