第15章 DMA介绍及应用

第十五章 DMA介绍及应用

1. DMA简介

DMA，全称为： Direct Memory Access，即直接存储器访问。 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。

STM32F407 最多有 2 个 DMA 控制器(DMA1 和 DMA2)，两个 DMA 控制器总共有 16 个数据流。每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。还有一个仲裁器来协调各个 DMA 请求的优先权。

STM32F407 的 DMA 有以下一些特性：

① 双 AHB 主总线架构，一个用于存储器访问，另一个用于外设访问。

② 仅支持 32 位访问的 AHB 从编程接口。

③ 每个 DMA 控制器有 8 个数据流，每个数据流有多达 8 个通道（请求）。

④ 每个数据流有单独的四级 32 位先进先出存储器缓冲区(FIFO)，可用于 FIFO 模式或直接模式。

⑤ 通过硬件可以将每个数据流配置为：

1，支持外设到存储器、存储器到外设和存储器到存储器传输的常规通道。

2，支持在存储器方双缓冲的双缓冲区通道。

⑥ 8 个数据流中的每一个都连接到专用硬件 DMA 通道（请求）。

⑦ DMA 数据流请求之间的优先级可用软件编程（4 个级别：非常高、高、中、低），在软件优先级相同的情况下可以通过硬件决定优先级（例如，请求 0 的优先级高于请求 1）

⑧ 每个数据流也支持通过软件触发存储器到存储器的传输（仅限 DMA2 控制器）

⑨可供每个数据流选择的通道请求数多达 8 个。此选择可由软件配置，允许多个外设启动DMA 请求。

⑩ 要传输的数据项的数目可以由 DMA 控制器或外设管理：

1， DMA 流控制器：要传输的数据项的数目是 1 到 65535，可用软件编程。

2，外设流控制器：要传输的数据项的数目未知并由源或目标外设控制，这些外设通过硬件发出传输结束的信号。

⑪ 独立的源和目标传输宽度（字节、半字、字）：源和目标的数据宽度不相等时， DMA自动封装/解封必要的传输数据来优化带宽。这个特性仅在 FIFO 模式下可用。

⑫ 对源和目标的增量或非增量寻址。

⑬ 支持 4 个、 8 个和 16 个节拍的增量突发传输。突发增量的大小可由软件配置，通常等于外设 FIFO 大小的一半。

⑭ 每个数据流都支持循环缓冲区管理。

⑮ 5 个事件标志（DMA 半传输、 DMA 传输完成、 DMA 传输错误、 DMA FIFO 错误、直接模式错误），进行逻辑或运算，从而产生每个数据流的单个中断请求。

2. DMA基础使用示例

我们将利用 DMA 来实现串口数据传送，并在 LCD模块上显示当前的传送进度。

2.1 DMA配置

#include "dma.h"
#include "usart.h"

extern UART_HandleTypeDef g_uart1_handle;
DMA_HandleTypeDef dma_handle;

// 串口dma传输初始化（存储器->外设）
void dam_uart_init(DMA_Stream_TypeDef *dma_stream_handle, uint32_t ch)
{
    if((uint32_t)dma_stream_handle > (uint32_t)DMA2)
    {
        __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
    }
    else
    {
        __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
    }
    __HAL_LINKDMA(&g_uart1_handle, hdmatx, dma_handle); // 将DMA和USART1绑定
    /*TX DMA configuration*/
    dma_handle.Instance = dma_stream_handle; // 数据流选择
    dma_handle.Init.Channel = ch; // 通道选择
    dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; // 传输方向：存储器到外设
    dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; // 外设地址不增
    dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; // 存储器地址增
    dma_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
    dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
    dma_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL; // 正常模式
    dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW; // 优先级低
    dma_handle.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE; // 禁用FIFO模式
    dma_handle.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL; // 传输阈值
    dma_handle.Init.MemBurst = DMA_MBURST_SINGLE; // 单次传输
    dma_handle.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_SINGLE; // 单次传输
    HAL_DMA_DeInit(&dma_handle); // 复位DMA
    HAL_DMA_Init(&dma_handle);
}

2.2 主函数测试

#include "bsp_init.h"
#include "stdio.h"
#include "dma.h"

const uint8_t STRING_TO_SEND[] = "This STM32F407 DMA Transfer Test"; 
#define SEND_BUFF_SIZE ((sizeof(STRING_TO_SEND)+2)*200)
uint8_t send_buff[SEND_BUFF_SIZE];

int main(void)
{
    uint8_t key = 0;
    uint16_t i = 0, j = 0, len, remain;
    uint8_t mask = 0;
    float pb = 0;
    bsp_init();
    LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"STM32 DMA Transfer Test");

    // 只初始化一次
    dam_uart_init(DMA2_Stream7, DMA_CHANNEL_4);

    // 填充数据
    len = sizeof(STRING_TO_SEND) - 1; //实际内容长度，不包含\0
    j = 0;
    for(i = 0; i < SEND_BUFF_SIZE; i++)
    {
        if(j >= len)
        {
            if(mask == 0)
            {
                send_buff[i] = 0x0d;
                mask++;
            }
            else
            {
                send_buff[i] = 0x0a;
                mask = 0;
                j = 0;
            }
        }
        else
        {
            send_buff[i] = STRING_TO_SEND[j];
            j++;
            mask = 0;
        }
    }

    while(1)
    {
        key = key_scan(0);
        if(key == KEY0_Press)
        {
            printf("\r\nDMA DATA:\r\n");
            LCD_ShowString(30,130,200,16,16, "Start DMA Transfer...");
            LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"   %");

            // 启动DMA传输
            HAL_UART_Transmit_DMA(&g_uart1_handle, send_buff, SEND_BUFF_SIZE);

            // 等待传输完成
            while(__HAL_DMA_GET_COUNTER(&dma_handle) != 0) // DMA还未完成
            {
                remain = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&dma_handle);
                pb = 1.0f - ((float)remain / SEND_BUFF_SIZE);
                LCD_ShowNum(30,150,(int)(pb*100),3,16);
            }

            // DMA完成，清标志
            __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&dma_handle, DMA_FLAG_TCIF3_7);
            LCD_ShowNum(30,150,100,3,16);
            LCD_ShowString(30,130,200,16,16, "DMA Transfer Complete!");
            HAL_UART_DMAStop(&g_uart1_handle); // 释放DMA
        }

        // 可控制LED闪烁等
        i++;
        if(i % 10 == 0)
        {
          LED_TOGGLE(LED0_GPIO_Pin);
        }
        delay_ms(10);
    }
}

3. DMA常见函数（HAL库）

3.1 DMA 初始化与配置

3.1.1 `HAL_DMA_Init()`

函数原型:

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma)

参数:

hdma: DMA 句柄指针

配置结构体:

typedef struct {
 DMA_Stream_TypeDef *Instance; // DMA 数据流 (如 DMA1_Stream0)
 DMA_InitTypeDef Init; // DMA 初始化参数
 HAL_LockTypeDef Lock; // 锁定对象
 __IO HAL_DMA_StateTypeDef State; // DMA 状态
 void *Parent; // 父对象指针
 void (* XferCpltCallback)(struct __DMA_HandleTypeDef *hdma);
 void (* XferHalfCpltCallback)(struct __DMA_HandleTypeDef *hdma);
 void (* XferErrorCallback)(struct __DMA_HandleTypeDef *hdma);
 __IO uint32_t ErrorCode; // 错误代码
} DMA_HandleTypeDef;

typedef struct {
 uint32_t Channel; // 通道选择 (DMA_CHANNEL_0 到 7)
 uint32_t Direction; // 传输方向:
 // DMA_MEMORY_TO_MEMORY
 // DMA_MEMORY_TO_PERIPH
 // DMA_PERIPH_TO_MEMORY
 uint32_t PeriphInc; // 外设地址增量: DMA_PINC_ENABLE/DISABLE
 uint32_t MemInc; // 内存地址增量: DMA_MINC_ENABLE/DISABLE
 uint32_t PeriphDataAlignment; // 外设数据宽度:
 // DMA_PDATAALIGN_BYTE
 // DMA_PDATAALIGN_HALFWORD
 // DMA_PDATAALIGN_WORD
 uint32_t MemDataAlignment; // 内存数据宽度:
 // DMA_MDATAALIGN_BYTE
 // DMA_MDATAALIGN_HALFWORD
 // DMA_MDATAALIGN_WORD
 uint32_t Mode; // 传输模式:
 // DMA_NORMAL (单次)
 // DMA_CIRCULAR (循环)
 uint32_t Priority; // 优先级:
 // DMA_PRIORITY_LOW
 // DMA_PRIORITY_MEDIUM
 // DMA_PRIORITY_HIGH
 // DMA_PRIORITY_VERY_HIGH
 uint32_t FIFOMode; // FIFO 模式: DMA_FIFOMODE_ENABLE/DISABLE
 uint32_t FIFOThreshold; // FIFO 阈值:
 // DMA_FIFO_THRESHOLD_1QUARTERFULL
 // DMA_FIFO_THRESHOLD_HALFFULL
 // DMA_FIFO_THRESHOLD_3QUARTERSFULL
 // DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL
 uint32_t MemBurst; // 内存突发传输:
 // DMA_MBURST_SINGLE
 // DMA_MBURST_INCR4
 // DMA_MBURST_INCR8
 // DMA_MBURST_INCR16
 uint32_t PeriphBurst; // 外设突发传输:
 // DMA_PBURST_SINGLE
 // DMA_PBURST_INCR4
 // DMA_PBURST_INCR8
 // DMA_PBURST_INCR16
} DMA_InitTypeDef;

功能: 初始化 DMA 数据流
示例配置:

DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

void DMA_ADC1_Init(void) {
    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
    
    hdma_adc1.Instance = DMA2_Stream0;
    hdma_adc1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;
    hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    hdma_adc1.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
    hdma_adc1.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_ENABLE;
    hdma_adc1.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_HALFFULL;
    hdma_adc1.Init.MemBurst = DMA_MBURST_SINGLE;
    hdma_adc1.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_SINGLE;
    
    if (HAL_DMA_Init(&hdma_adc1) != HAL_OK) {
        Error_Handler();
    }
    
    // 关联到ADC1
    __HAL_LINKDMA(&hadc1, DMA_Handle, hdma_adc1);
}

3.2 DMA 传输控制

3.2.1 启动 DMA 传输

// 启动 DMA 传输 (无中断)
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(
 DMA_HandleTypeDef *hdma,
 uint32_t SrcAddress,
 uint32_t DstAddress,
 uint32_t DataLength)

// 启动 DMA 传输 (带中断)
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start_IT(
 DMA_HandleTypeDef *hdma,
 uint32_t SrcAddress,
 uint32_t DstAddress,
 uint32_t DataLength)

示例 (ADC 连续转换):

#define ADC_BUF_SIZE 256
uint16_t adc_buffer[ADC_BUF_SIZE];

// 启动ADC DMA传输
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buffer, ADC_BUF_SIZE);

3.2.2 停止 DMA 传输

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Abort(DMA_HandleTypeDef *hdma)

3.3 DMA 中断处理

3.3.1 中断服务函数

// DMA数据流中断服务函数
void DMA2_Stream0_IRQHandler(void) {
 HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_adc1);
}

3.3.2 回调函数 (用户实现)

// 传输完成回调
__weak void HAL_DMA_XferCpltCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma)

// 半传输完成回调
__weak void HAL_DMA_XferHalfCpltCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma)

// 传输错误回调
__weak void HAL_DMA_XferErrorCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma)

示例实现:

void HAL_DMA_XferCpltCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma) {
 if(hdma == &hdma_adc1) {
 // 处理完整的ADC数据
 Process_ADC_Data();
 }
}

void HAL_DMA_XferHalfCpltCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma) {
 if(hdma == &hdma_adc1) {
 // 处理前一半ADC数据
 Process_Half_ADC_Data();
 }
}

3.4 DMA 状态管理

3.4.1 状态检查函数

// 获取DMA状态
HAL_DMA_StateTypeDef HAL_DMA_GetState(DMA_HandleTypeDef *hdma)

// 获取错误代码
uint32_t HAL_DMA_GetError(DMA_HandleTypeDef *hdma)

3.4.2 状态枚举

HAL_DMA_STATE_RESET = 0x00U, // 未初始化
HAL_DMA_STATE_READY = 0x01U, // 就绪
HAL_DMA_STATE_BUSY = 0x02U, // 忙
HAL_DMA_STATE_TIMEOUT = 0x03U, // 超时
HAL_DMA_STATE_ERROR = 0x04U // 错误

3.5 外设 DMA 集成函数

3.5.1 UART DMA 传输

HAL_DMA_STATE_RESET = 0x00U, // 未初始化
HAL_DMA_STATE_READY = 0x01U, // 就绪
HAL_DMA_STATE_BUSY = 0x02U, // 忙
HAL_DMA_STATE_TIMEOUT = 0x03U, // 超时
HAL_DMA_STATE_ERROR = 0x04U // 错误

3.5.2 ADC DMA 传输

// 启动ADC DMA转换
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(
 ADC_HandleTypeDef *hadc,
 uint32_t *pData,
 uint32_t Length)

3.5.3 SPI DMA 传输

// 启动SPI DMA接收
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive_DMA(
 SPI_HandleTypeDef *hspi,
 uint8_t *pData,
 uint16_t Size)

// 启动SPI DMA发送
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit_DMA(
 SPI_HandleTypeDef *hspi,
 uint8_t *pData,
 uint16_t Size)

3.6 内存到内存传输

3.6.1 `HAL_DMA_Start()`

功能: 内存到内存传输
示例:

#define DATA_SIZE 1024
uint32_t src_buffer[DATA_SIZE];
uint32_t dst_buffer[DATA_SIZE];

// 填充源数据
Fill_Source_Buffer(src_buffer, DATA_SIZE);

// 配置DMA
DMA_HandleTypeDef hdma_mem2mem;
hdma_mem2mem.Instance = DMA2_Stream0;
hdma_mem2mem.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;
hdma_mem2mem.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY;
// ... 其他配置

HAL_DMA_Init(&hdma_mem2mem);

// 启动内存到内存传输
HAL_DMA_Start(&hdma_mem2mem, 
(uint32_t)src_buffer, 
(uint32_t)dst_buffer, 
DATA_SIZE);

// 等待传输完成
HAL_DMA_PollForTransfer(&hdma_mem2mem, HAL_DMA_FULL_TRANSFER, 100);

3.7 DMA 轮询模式

3.7.1 `HAL_DMA_PollForTransfer()`

函数原型:

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_PollForTransfer(
 DMA_HandleTypeDef *hdma,
 uint32_t CompleteLevel,
 uint32_t Timeout)

参数:

CompleteLevel: 传输完成级别
HAL_DMA_FULL_TRANSFER - 完整传输
HAL_DMA_HALF_TRANSFER - 半传输
Timeout: 超时时间 (ms)

示例:

HAL_DMA_Start(&hdma_mem2mem, src, dst, length);
if(HAL_DMA_PollForTransfer(&hdma_mem2mem, HAL_DMA_FULL_TRANSFER, 100) == HAL_OK) {
 // 传输成功
} else {
 // 传输超时或出错
}

3.8 DMA 中断配置

3.8.1 中断使能与配置

// 配置DMA流中断
void DMA_Config_Interrupt(DMA_HandleTypeDef *hdma) {
    // 使能传输完成中断
    __HAL_DMA_ENABLE_IT(hdma, DMA_IT_TC);
    
    // 使能半传输中断
    __HAL_DMA_ENABLE_IT(hdma, DMA_IT_HT);
    
    // 使能传输错误中断
    __HAL_DMA_ENABLE_IT(hdma, DMA_IT_TE);
    
    // 配置NVIC
    HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream0_IRQn, 5, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream0_IRQn);
}

3.9 双缓冲模式 (Double Buffer)

3.9.1 `HAL_DMAEx_MultiBufferStart()`

函数原型:

HAL_StatusTypeDef HAL_DMAEx_MultiBufferStart(
 DMA_HandleTypeDef *hdma,
 uint32_t SrcAddress,
 uint32_t DstAddress,
 uint32_t SecondMemAddress,
 uint32_t DataLength)

功能: 启动双缓冲 DMA 传输
示例 (ADC 双缓冲):

#define ADC_BUF_SIZE 256
uint16_t adc_buffer0[ADC_BUF_SIZE];
uint16_t adc_buffer1[ADC_BUF_SIZE];

// 启动双缓冲ADC DMA
HAL_ADCEx_MultiModeStart_DMA(&hadc1, 
(uint32_t*)adc_buffer0, 
(uint32_t*)adc_buffer1, 
ADC_BUF_SIZE);

3.9.2 双缓冲回调函数

// 内存0传输完成回调
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
 // 处理buffer0数据
}

// 内存1传输完成回调
void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
 // 处理buffer1数据
}

posted @ 2025-08-07 17:01 hazy1k 阅读(133) 评论(0) 收藏举报

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第15章 DMA介绍及应用

第十五章 DMA介绍及应用

1. DMA简介

2. DMA基础使用示例

2.1 DMA配置

2.2 主函数测试

3. DMA常见函数（HAL库）

3.1 DMA 初始化与配置

3.1.1 HAL_DMA_Init()

3.2 DMA 传输控制

3.2.1 启动 DMA 传输

3.2.2 停止 DMA 传输

3.3 DMA 中断处理

3.3.1 中断服务函数

3.3.2 回调函数 (用户实现)

3.4 DMA 状态管理

3.4.1 状态检查函数

3.4.2 状态枚举

3.5 外设 DMA 集成函数

3.5.1 UART DMA 传输

3.5.2 ADC DMA 传输

3.5.3 SPI DMA 传输

3.6 内存到内存传输

3.6.1 HAL_DMA_Start()

3.7 DMA 轮询模式

3.7.1 HAL_DMA_PollForTransfer()

3.8 DMA 中断配置

3.8.1 中断使能与配置

3.9 双缓冲模式 (Double Buffer)

3.9.1 HAL_DMAEx_MultiBufferStart()

3.9.2 双缓冲回调函数

公告

3.1.1 `HAL_DMA_Init()`

3.6.1 `HAL_DMA_Start()`

3.7.1 `HAL_DMA_PollForTransfer()`

3.9.1 `HAL_DMAEx_MultiBufferStart()`