DMA（Direct Memory Access）技术
本帖最后由 terryzhouhz 于 2022-5-4 20:57 编辑DMA外设和存储器（或存储器和存储器）直接通过总线进行数据交换而不经过CPU的技术。在MCU中，DMA是一项十分重要的技术，它可以降低CPU的处理压力，提高外设数据的处理效率。概念：
[*]通道：DMA的通道表示一组外设对存储器的请求，
[*]数据对齐：源和目的数据源的地址要对齐，传输宽度对齐
[*]仲裁器：协调优先权，多个外设访问同一个存储器时可通过软件设置优先级，优先级相同时由硬件决策
DMA的定义可以看出，这是一种利用总线的技术，降低CPU在数据读取和存储上面的压力，可以执行其他操作。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA 控制器来实行和完成。DMA 控制器和Cortex-M3核共享系统数据总线执行直接存储器数据传输。当CPU和DMA同时访问相同的目标(RAM或外设)时，DMA请求可能会停止 CPU访问系统总线达若干个周期，总线仲裁器执行循环调度，以保证CPU至少可以得到一半的系统总线(存储器或外设)带宽。stm32F4中的DMADMA主要特性直接存储器访问 (DMA) 用于在外设与存储器之间以及存储器与存储器之间提供高速数据传 输。可以在无需任何 CPU 操作的情况下通过 DMA 快速移动数据。这样节省的 CPU 资源可 供其它操作使用。DMA 控制器基于复杂的总线矩阵架构，将功能强大的双 AHB 主总线架构与独立的 FIFO 结 合在一起，优化了系统带宽。两个 DMA 控制器总共有 16 个数据流（每个控制器 8 个），每一个 DMA 控制器都用于管理 一个或多个外设的存储器访问请求。每个数据流总共可以有多达 8 个通道（或称请求）。每 个通道都有一个仲裁器，用于处理 DMA 请求间的优先级。
[*]每个数据流有单独的四级 32 位先进先出存储器缓冲区 (FIFO)
[*]可供每个数据流选择的通道请求多达 8 个。此选择可由软件配置，允许几个(several，注意不是同时启用)。在DMA_SxCR数据流配置寄存器中，CHSEL唯一确定一个通道的使用)外设启动 DMA请求
手册上的框图为：根据上表可以看出，一个DMA控制器管理8个数据流，每个数据流含8个通道，每个数据流在外设和存储器之间均存在一个FIFO做数据缓冲。每个数据流都与一个 DMA 请求相关联，然而并不是每个通道都能与一个DMA请求相关联，例如DMA1：即每个数据流选择一个通道内的DMA请求生效，源传输和目标传输在整个 4 GB 区域（地址在 0x0000 0000 和 0xFFFF FFFF 之间）都可以寻址外设和存储器。三种传输模式
[*]外设到存储器
[*]使能这种模式（将 DMA_SxCR 寄存器中的位 EN 置 1）时，每次产生外设请求，数据流都会启动数据源到 FIFO 的传输。
[*]达到 FIFO 的阈值级别时，FIFO 的内容移出并存储到目标中，直接模式下每完成一次从外设到 FIFO 的数据传输后，相应的数据立即就会移出并存储到目标中。
[*]只有赢得仲裁后，FIFO数据才会被取走
[*]存储器到外设
[*]使能这种模式（将 DMA_SxCR 寄存器中的 EN 位置 1）时，数据流会立即启动传输，从源完全填充 FIFO。
[*]每次发生外设请求，FIFO 的内容都会移出并存储到目标中。
[*]只有赢得了数据流的仲裁后，相应数据流才有权访问 AHB 源或目标端口。
[*]存储器到存储器
[*]DMA 通道在没有外设请求触发的情况下同样可以工作。
[*]通过将 DMA_SxCR 寄存器中的使能位 (EN) 置 1 来使能数据流时，数据流会立即开始填充 FIFO，直至达到阈值级别。达到阈值级**，FIFO 的内容便会移出，并存储到目标中。
[*]只有赢得了数据流的仲裁后，相应数据流才有权访问 AHB 源或目标端口。
上面说的这三种模式，其实简单的理解下就是数据可以先放入FIFO，等待触发时一次取走或写入，或者直接模式不用等FIFO到达阈值就操作。DMA的配置与工作流程DMA可以类比为仓库的货物搬移，因此需要配置以下几个基本的条件：仓库的位置，仓库的单位，仓库的大小，搬的方式。以HAL库的配置方式为例：
[*]配置目的地和源，这里可以认为是仓库的位置
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&DCMI->DR; //外设地址DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = DMA_Memory0BaseAddr; //DMA 存储器0地址
[*]配置DMA缓存大小，可以认为是仓库的容量
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = DMA_BufferSize; //数据传输量
[*]配置外设和存储器地址寄存器是否递增，这里的意思是数据是放在同一个地方还是递增往下放，源和目的单独可配
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设非增量模式
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc; //存储器增量模式
[*]设置外设和存储器数据宽度，仓库的单位，单位不一致放置会出问题。
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word; //外设数据长度:32位
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize; //存储器数据长度
[*]设置DMA工作模式（循环或正常（单次））
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 使用循环模式
[*]设置优先级
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //高优先级
[*]设置模式（外设到存储器，存储器到外设，存储器到存储器）
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory; //外设到存储器模式
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable; //FIFO模式
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full; //使用全FIFO
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single; //外设突发单次传输
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single; //存储器突发单次传输
以摄像头DCMI的DMA配置为例首先看代码://DCMI DMA配置
//DMA_Memory0BaseAddr:存储器地址 将要存储摄像头数据的内存地址(也可以是外设地址)
//DMA_BufferSize:存储器长度 0~65535
//DMA_MemoryDataSize:存储器位宽
//DMA_MemoryDataSize:存储器位宽
//DMA_MemoryInc:存储器增长方式
void DCMI_DMA_Init(u32 DMA_Memory0BaseAddr, u16 DMA_BufferSize, u32 DMA_MemoryDataSize, u32 DMA_MemoryInc)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
//RCC_AHB2PeriphClockCmd(RCC_AHB2Periph_DCMI, ENABLE);//DCMI
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2时钟使能
DMA_DeInit(DMA2_Stream1);
while (DMA_GetCmdStatus(DMA2_Stream1) != DISABLE) //等待DMA2_Stream1可配置
{
}
/* 配置 DMA Stream */
DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_1;//通道1 DCMI通道
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&DCMI->DR; //外设地址为:DCMI->DR
DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = DMA_Memory0BaseAddr; //DMA 存储器0地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory; //外设到存储器模式
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = DMA_BufferSize; //数据传输量
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设非增量模式
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc; //存储器增量模式
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word; //外设数据长度:32位
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize; //存储器数据长度
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 使用循环模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //高优先级
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable; //FIFO模式
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full; //使用全FIFO
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single; //外设突发单次传输
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single; //存储器突发单次传输
DMA_Init(DMA2_Stream1, &DMA_InitStructure); //初始化DMA Stream
DMA_ITConfig(DMA2_Stream1,DMA_IT_TC,ENABLE);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= DMA2_Stream1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器、
}
void DMA2_Stream1_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetFlagStatus(DMA2_Stream1,DMA_FLAG_TCIF1)==SET)//DMA2_Steam1,传输完成标志
{
DMA_ClearFlag(DMA2_Stream1,DMA_FLAG_TCIF1);//清除传输完成中断
datanum++;
}
}
首先是手册，可以使用DCMI的DMA数据流是DMA2的流1和流7的通道1，配置流程：
[*]while循环等待DMA2完成一次传输后配置DMA2，这里选择的是流1的通道1。
[*]之后配置外设地址和存储器地址，传输模式，数据传输量为1，即每次传1个字节。
[*]DCMI的地址是固定的，因此外设是非增量的，存储器是LCD，地址固定的非增量，长度为16位，外设是RGB565长度选择16位。
[*]传输是循环显示的，因此要循环模式，配置FIFO和传输方式，初始化DMA2和中断
使用DMA读写数据与CPU操作的对比我们做一个小实验，可能不一定准确，即通过DMA方式给USART发送数据进行计时计数，和通过CPU调用USART发送数据的时间进行对比，代码基础是在原子代码上修改而来。
#include "sys.h"#include "delay.h"#include "usart.h"#include "sram.h"#include "malloc.h"#include "ILI93xx.h"#include "led.h"#include "timer.h"#include "touch.h"#include "GUI.h"#include "GUIDemo.h"#include "includes.h"#include "../RESOURCES/**/**/**.h"#include "usmart.h"#include "spi.h"#include "w25qxx.h"#include "24cxx.h"#include "main_tasks.h"#include "ff.h"#include "exfuns.h"#include "fattester.h"#include "adc.h"#include "dma.h"
volatile uint32_t gcounter = 0;const u8 TEXT_TO_SEND[]={"STM32F4 DMA TEST. "};void extra_while_task(void);
//通用定时器5中断初始化//arr：自动重装值。//psc：时钟预分频数//定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us.//Ft=定时器工作频率,单位:Mhz//这里使用的是定时器3!void TIM5_Int_Init(u16 arr, u16 psc){ TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);///使能TIM4时钟
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;//定时器分频 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr; //自动重装载值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_Update, ENABLE); //允许定时器3更新中断 TIM_Cmd(TIM5, ENABLE); //使能定时器3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; //定时器4中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02; //抢占优先级1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03; //子优先级3 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}//定时器5中断服务函数void TIM5_IRQHandler(void){ if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) == SET) //溢出中断 { gcounter++; } TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_Update);//清除中断标志位}
//DMAx的各通道配置//这里的传输形式是固定的,这点要根据不同的情况来修改//从存储器->外设模式/8位数据宽度/存储器增量模式//DMA_Streamx:DMA数据流,DMA1_Stream0~7/DMA2_Stream0~7//chx:DMA通道选择,@ref DMA_channel DMA_Channel_0~DMA_Channel_7//par:外设地址//mar:存储器地址//ndtr:数据传输量void MYDMA_Config(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx,u32 chx,u32 par,u32 mar,u16 ndtr){ DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure; if((u32)DMA_Streamx>(u32)DMA2)//得到当前stream是属于DMA2还是DMA1 { RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2时钟使能 }else { RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1,ENABLE);//DMA1时钟使能 }DMA_DeInit(DMA_Streamx); while (DMA_GetCmdStatus(DMA_Streamx) != DISABLE){}//等待DMA可配置 /* 配置 DMA Stream */DMA_InitStructure.DMA_Channel = chx;//通道选择DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = par;//DMA外设地址DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = mar;//DMA 存储器0地址DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;//存储器到外设模式DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ndtr;//数据传输量 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设非增量模式DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//存储器增量模式DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据长度:8位DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;//存储器数据长度:8位DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;// 使用普通模式 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;//中等优先级DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;//存储器突发单次传输DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;//外设突发单次传输DMA_Init(DMA_Streamx, &DMA_InitStructure);//初始化DMA Stream
} //开启一次DMA传输//DMA_Streamx:DMA数据流,DMA1_Stream0~7/DMA2_Stream0~7 //ndtr:数据传输量void MYDMA_Enable(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx,u16 ndtr){ DMA_Cmd(DMA_Streamx, DISABLE); //关闭DMA传输 while (DMA_GetCmdStatus(DMA_Streamx) != DISABLE){} //确保DMA可以被设置 DMA_SetCurrDataCounter(DMA_Streamx,ndtr); //数据传输量 DMA_Cmd(DMA_Streamx, ENABLE); //开启DMA传输 }
int main(void){ u8 count = 0; uint8_t buffer; u8 res = 0; POINT_COLOR = DARKBLUE; delay_init(168); //延时初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //中断分组配置 uart_init(115200); //串口波特率设置 TFTLCD_Init(); //初始化LCD KEY_Init(); LED_Init(); //LED初始化 TIM3_Int_Init(10000 - 1, 16800 - 1); //10Khz计数,1秒钟中断一次 //不需要经过OS的任务 extra_while_task(); }
#define SEND_BUF_SIZE 8000void extra_while_task(void){ u32 i = 0; u8 t=0,mask=0,j=sizeof(TEXT_TO_SEND); u8 SendBuff; //发送数据缓冲区 if(1) { for(i=0;i<SEND_BUF_SIZE;i++)//填充ASCII字符集数据 { if(t>=j)//加入换行符 { if(mask) { SendBuff=0x0a; t=0; }else { SendBuff=0x0d; mask++; } }else//复制TEXT_TO_SEND语句 { mask=0; SendBuff=TEXT_TO_SEND; t++; } } Adc_Init(); //初始化ADC TIM5_Int_Init(10 - 1, 16800 - 1); //10Khz计数,10个us中断一次 while(1) { //Get_Adc_Average(ADC_Channel_5,20);//获取通道5的转换值，20次取平均 //按DMA发送 MYDMA_Config(DMA2_Stream7,DMA_Channel_4,(u32)&USART1->DR,(u32)SendBuff,SEND_BUF_SIZE);//DMA2,STEAM7,CH4,外设为串口1,存储器为SendBuff,长度为:SEND_BUF_SIZE. USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);//使能串口1的DMA发送 gcounter = 0; MYDMA_Enable(DMA2_Stream7,SEND_BUF_SIZE); //开始一次DMA传输！ while(1) { if(DMA_GetFlagStatus(DMA2_Stream7,DMA_FLAG_TCIF7)!=RESET)//等待DMA2_Steam7传输完成 { DMA_ClearFlag(DMA2_Stream7,DMA_FLAG_TCIF7);//清除DMA2_Steam7传输完成标志 printf("dma over: %d\r\n",gcounter); break; } } //按CPU发送 printf("cpu start\r\n"); gcounter = 0; for(i = 0;i<SEND_BUF_SIZE;i++) { while ((USART1->SR & 0X40) == 0); //循环发送,直到发送完毕 USART1->DR = (u8)SendBuff; } printf("cpu over: %d\r\n",gcounter); while(1);//halt } }}
实验结果，DMA的计数是355:USART直接发送是392：发送的数据量是8000个字节，相当于8k，当数据量更大时DMA的优势就很明显了。
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