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STM32数据的搬运工DMA

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韦东山
发布2022-05-09 20:40:07
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发布2022-05-09 20:40:07
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文章被收录于专栏:韦东山嵌入式韦东山嵌入式

24.1关于 DMA

DMA(Direct Memory Access)直接内存访问,可以大大减轻CPU工作量。CPU根据代码内容执行指令,这些众多指令中,有的用于计算、有的用于控制程序、有的用于转移数据等。其中转移数据的指令,尤其是转移大量数据,会占用大量CPU。如果是把外设A的数据,传给外设B,这种情况其实不需要CPU一直参与,只需在A、B之间创建个通道,让它们自己传输即可。这就是DMA设计的目的,减少大量数据转移指令消耗CPU,DMA专注数据转移,CPU专注计算、控制。

DMA主要实现将A处的数据直接搬运到B处,这里的A、B可以是内存(内/外部SRAM等),也可以是外设(UART、I2C、SPI、ADC等),因此所有的场景如下三种:

  • 内存到外设
  • 外设到内存
  • 内存到内存

无论是以上何种方式,都是先设置好DMA的数据源地址、数据目标地址、数据长度。设置好后,启动DMA就可以自动的把数据从源地址依次传输到目标地址。

24.1.2DMA 结构

STM32F1系列有两个DMA控制器,其中DMA2仅存在于大容量产品中。DMA1有7个通道,DMA2有5个通道,总计12个通道。如图 24.1.1 所示,为STM32F1系列DMA结构,可以把DMA分为三部分。

①DMA请求:外设想通过DMA传输数据,需要先向DMA控制器发送请求。外设向DMA控制器发送请求后,DMA控制器根据通道优先级依次处理请求,当轮到该外设时,返回应答信号给该外设,该外设收到应答信号,释放该请求,进行DMA数据传输,直至DMA传输结束;

②DMA通道:不同的外设,向不同DMA的不同通道发送请求,如图 24.1.2 和图 24.1.3 所示。比如ADC1想使用DMA,应向DMA1的通道1发送请求。DMA1的通道1,可以接收多个外设的请求(ADC1、TIM2_CH3、 TIM4_CH1),但同一时间只能接收一个;

③DMA优先级:当多个DMA通道,同时发来请求时,获取软件配置DMA_CCRx寄存器设置的优先级,依次响应。当软件配置优先级相同时,硬件优先级高的(通道编号小的)优先响应。有DMA2的产品中,DMA1的优先级高于DMA1。

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DMA一次可传输的最多65536个数据,DMA在传输过程中会产生3个传输标志:半完成标志(Half Transfer,HT)、完成标志(Transfer Complete,TC)和错误标志(Transfer Error,TE)。每个标志会产生对应的中断信号,开发者可以通过这3个标志做对应程序处理。

假如有N个数据待DMA传输,设置到原地址和目的地址后,当收到一个传输请求DMA就会从原地址取出一个数据传输到目的地址,如果地址是外设则地址保持不变,若地址是内存则传输完一个数据之后地址自增一个数据单位。在传输过程中如果发生意外错误则会产生一个错误中断信号,当传输完成一半则会产生半传输完成中断,当全部数据都传输完成则会产生一个传输完成中断。

24.2 硬件设计

DMA为MCU内部资源,常与其它外设配合使用,不涉及新增硬件设计。

24.3 软件设计

24.3.1 软件设计思路

实验目的:本实验使用DMA,实现内部RAM中内存到内存的数据搬移,让读者体验DMA的基本用法。

  1. 初始化DMA:选择DMA通道、DMA传输方向、传输数据大小等;
  2. 启动DMA传输,注册传输完成回调函数;
  3. 对比传输前后的数据,检查是否传输成功;

本实验配套代码位于“5_程序源码\16_搬运工—DMA\”。

24.3.2 软件设计讲解

  1. DMA初始化 DMA内存到内存的初始化比较简单,如代码段 24.3.1 所示。

代码段 24.3.1 DMA 初始化(driver_dma.c)

代码语言:javascript
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/*
* 函数名:void DMA_M2M_Init(void)
* 输入参数:无
* 输出参数:无
* 返回值:无
* 函数作用:初始化 DMA_Channel1,配置为内存-内存模式,每次搬移一个 word 即 4bytes
*/
void DMA_M2M_Init(void) {
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); // 使能 DMA1 时钟
hdma.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY; // 内存->内存模式
hdma.Init.PeriphInc = DMA_PINC_ENABLE; // 外设地址递增
hdma.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; // 内存地址递增
hdma.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD; // 外设数据以字对齐
hdma.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD; // 内存数据以字对齐
hdma.Init.Mode = DMA_NORMAL; // DMA 正常传输模式
hdma.Init.Priority = DMA_PRIORITY_VERY_HIGH; // 设置 DMA 传输中优先级非常高
hdma.Instance = DMA1_Channel1; // 选择 DMA 通道 1
// 使用库函数初始化 DMA 的配置
if(HAL_DMA_Init(&hdma) != HAL_OK)
{
Error_Handler(); }
// 注册传输完成和传输错误回调函数
HAL_DMA_RegisterCallback(&hdma, HAL_DMA_XFER_CPLT_CB_ID, TransferComplete);
HAL_DMA_RegisterCallback(&hdma, HAL_DMA_XFER_ERROR_CB_ID, TransferError);
// 配置 DMA 的中断优先级及其使能
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn); }
  • 10行:使能DMA1时钟;
  • 12行:设置DMA的传输方向,这里为内存到内存;
  • 13行:设置外设地址递增,这里不涉及外设,任意设置;
  • 14行:设置内存地址递增,即DMA每传输一个数据,地址自动递增,下次传输下个地址数据;
  • 15行:设置外设数据数据宽度,这里不涉及外设,任意设置;
  • 16行:设置内存数据数据宽度,这里设置宽位为按字(16位)传输;
  • 17行:设置DMA工作模式,支持循环传输,这里设置为默认的单次传输;
  • 18行:设置DMA优先级为非常高;
  • 19行:选择使用DMA1通道1;  21~25行:DMA初始化;
  • 27~29行:注册传输完成和传输错误的回调函数;
  • 32行:配置DMA1通道1的中断优先级;
  • 33行:使能DMA1通道1的中断;
  1. 启动DMA传输 初始化完成后,便可使用HAL库提供的“HAL_DMA_Start()”或“HAL_DMA_Start_IT()”启动传输,本示例用到了中断,因此使用后者,如代码段 24.3.2 所示。

代码段 24.3.2 启动 DMA 传输(driver_dma.c)

代码语言:javascript
复制
/*
* 函数名:void DMA_M2M_Start(uint32_t *srcAddr, uint32_t *dstAddr, uint16_t bufsz
* 输入参数:srcAddr-数据原地址
* dstAddr-DMA 搬移的目的地址
* bufsz-DMA 搬移的数据大小,单位是初始化的时候选择的:byte,half-word,word
* 输出参数:无
* 返回值:无
* 函数作用:初始化 DMA_Channel1,配置为内存-内存模式,每次搬移一个 word 即 4bytes
*/
void DMA_M2M_Start(uint32_t *srcAddr, uint32_t *dstAddr, uint16_t bufsz)
{
if (HAL_DMA_Start_IT(&hdma, (uint32_t)srcAddr, (uint32_t)dstAddr, bufsz) != HAL_OK)
{
Error_Handler(); } }

数据的传输有三要素:源地址、目标地址、传输长度。“HAL_DMA_Start_IT()”也遵循这个原则,参 数分别为:

  • hdma:指向DMA_HandleTypeDef结构的指针,该结构包含指定DMA通道的配置信息;
  • SrcAddress:数据要传输的源地址;
  • DstAddress:数据要传输的目标地址;
  • DataLength:传输的数据长度;
  1. 实现回调函数 DMA传输完成或者传输过程中发生错误,将回调前面注册的回调函数,这里实现回调函数的处理内容,如代码段 24.3.3 所示。

代码段 24.3.3 实现 DMA 回调函数((driver_dma.c)

代码语言:javascript
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*
* 函数名:void TransferComplete(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
* 输入参数:DmaHandle-DMA 句柄
* 输出参数:无
* 返回值:无
* 函数作用:如果 DMA 传输完成且不发生错误,则在此函数将传输完成标志置一
*/
static void TransferComplete(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
{
transferCompleteDetected = 1; }
/*
* 函数名:void TransferError(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
* 输入参数:DmaHandle-DMA 句柄
* 输出参数:无
* 返回值:无
* 函数作用:如果 DMA 传输过程中发生错误,则在此函数中将传输错误标志置一
*/
static void TransferError(DMA_HandleTypeDef *DmaHandle)
{
transferErrorDetected = 1; }
//DMA1 通道 11 中断入口
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma); }
  • 8~11行:如果DMA传输完成且不发生错误,则在此函数将传输完成标志“transferCompleteDetected”置1;
  • 20~23行:如果DMA传输过程中发生错误,则在此函数中将传输错误标志“transferErrorDetected”置1;
  • 26~29行:DMA1通道11中断入口;
  1. 主函数控制逻辑 在主函数中,首先准备待发送的数据,然后使用DMA将准备的数据发送到目标位置。传输完成后,对比源数据和目标数据是否一致,判断是否发送成功,如代码段 24.3.4 所示。

代码段 24.3.4 主函数控制逻辑(main.c)

代码语言:javascript
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// 初始化 DMA
DMA_M2M_Init();
// 初始化 USART1,设置波特率为 115200
UsartInit(115200);
// 初始化按键
KeyInit();
printf("**********************************************\n\r");
printf("-->百问科技:www.100ask.net\n\r");
printf("-->DMA-DMA 实验\n\r");
printf("**********************************************\n\r");
while(1) {
if(step==0x00) // 按键按下
{
step = 0xFF;
transferCompleteDetected = 0;
transferErrorDetected = 0;
DMA_M2M_Start(srcBuffer, dstBuffer, 20); // DMA 开始传输
}
if(transferCompleteDetected==1) // 检测到传输完成
{
transferCompleteDetected = 0;
for(i=0;i<20;i++) // 逐个比较目标数据和源数据是否一致,以判断是否传输出错
{
if(dstBuffer[i] != srcBuffer[i])
{
printf("DMA 在数据传输过程中发生数据搬移错误\n\r"); }
else
{
printf("WriteBuffer: 0x%x \t ReadBuffer: 0x%x OK!\n\r", srcBuffer[i], dstBuffer[i]); } }
run_cnt++;
memset((uint32_t*)dstBuffer, 0, sizeof(uint32_t)*20); }
else if(transferErrorDetected==1) // 检测到传输错误
{
transferErrorDetected = 0;
printf("DMA 在数据传输过程中发生传输错误\n\r"); } }
  • 2行:初始化DMA;
  • 5行:初始化调试串口;
  • 7行:初始化按键;
  • 16~22行:按键按下时,清除所有标志位,启动DMA传输,每次传输20个数据;
  • 24~40行:检测到传输完成标志,逐个对比源数据和目标数据是否一致,并打印结果;
  • 41~44行:检测到传输错误标志,打印错误结果;

24.4 实验效果

本实验对应配套资料的“5_程序源码\16_搬运工—DMA \”。打开工程后,编译,下载,按下按键KEY1(KEY_U)即进行一次内存到内存的DMA传输,并在串口打印传输结果,如图 24.4.1 所示。

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原始发表:2021-06-15,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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    • 24.3 软件设计
      • 24.3.1 软件设计思路
        • 24.3.2 软件设计讲解
        • 24.4 实验效果
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