MSP430程序库<十四>DMA程序库

直接存储器存取(DMADirect Memory Access)方式是用硬件实现存储器与存储器之间或存储器与I\O设备之间直接进行高速数据传送，不需要CPU的干预。这种方式通常用来传送数据块。MSP430f16x系列单片机内部含有DMA模块，而且几乎内部所有外设都可以触发DMA开始存取数据。这里实现了这个模块的程序通用的函数库，方便使用。

• 硬件介绍：
  
  MSP430F15X/16X 系列单片机具有DMA 控制器，从而能够为数据高速传输提供保证。例如，通过DMA控制器可以直接将ADC 转换存贮器的内容传到RAM 单元。
  MSP430系列单片机扩展的DMA具有来之所有外设的触发器，不需要CPU的干预即可提供先进的可配置的数据传输能力，从而加速了基于MCU的信号处理进程，DMA传输的触发来源对CPU 来说是完全透明的，DMA控制器可在内存与外部及外部硬件之间进行精确的传输控制。DMA 消除了数据传输延迟时间以及各种开销，从而可以解放16为RISC CPU，以便其将更多的时间用于处理数据，而非执行正在处理的任务。
  MSP430F16x系列单片机的DMA模块有以下特点：数据传送不需要CPU介入，完全由DMA控制器自行管理。在整个地址空间范围内传输数据，块方式传输可达65536字节；能够提高片内外设数据吞吐能力，实现高速传输，每个字或者字节的传输仅需要2个MCLK；减少系统功耗，即使在片内外设进行数据输入或输出时，CPU也可以处于超低功耗模式而不需唤醒；字节和字数据可以混合传送：DMA传输可以是字节到字节、字到字、字节到字或者字到字节。当字到字节传输时，只有字中较低字节能够传输，当从字节到字传输时，传输到字的低字节，高字节被自动清零；四种传输寻址模式：固定地址到固定地址、固定地址到块地址、块地址到固定地址以及块地址到块地址；触发方式灵活：边沿或者电平触发。单个、块或突发块传输模式：每次触发DMA操作，可以根据需要传输不同规模的数据
  DMA的四种寻址模式如下图所示：
  
  DMA控制器模块：3个独立的传输通道：通道0、通道1和通道2。每个通道都有源地址寄存器、目的地址寄存器、传送数据长度寄存器和控制寄存器。每个通道的触发请求可以分别允许和禁止；可配置的通道优先权：优先权裁决模块，传输通道的优先级可以调整，对同时有触发请求的通道进行优先级裁决，确定哪个通道的优先级最高。MSP430的DMA控制器可以采用固定优先级，还可以采用循环优先级。程序命令控制模块，每个DMA通道开始传输之前，CPU要编程给定相关的命令和模式控制，以决定DMA通道传输的类型；可配置的传送触发器：触发源选择模块，DMAREQ（软件触发）、Timer_ACCR2输出、Timer_BCCR2输出、I2C 数据接收准备好、I2C 数据发送准备好、USART接收发送数据、DAC12模块DAC12IFG、ADC12模块的ADC12IFGx、DMAxIFG、DMAE0 外部触发源。并且还具有触发源扩充能力。
  DMA有六种传输模式：单字或者单字节传输；块传输；突发块传输；重复单字或者单字节传输；重复块传输；重复突发块传输。前三个，传输完成后DMAEN自动复位；再次传输时需要重新置位DMAEN位以使能DMA通道。后三个为重复模式，一次传输完成后，DMAEN不复位；再次出发时，可以再次启动数据传输。六种传输模式通过DMADTx寄存器设置：
  DMADTx      Transfer Mode               Description000         Single transfer             Each transfer requires a trigger. DMAEN is                                        automatically cleared when DMAxSZ transfers have                                        been made.001         Block transfer              A complete block is transferred with one trigger.                                        DMAEN is automatically cleared at the end of the                                        block transfer.010, 011    Burst-block transfer        CPU activity is interleaved with a block transfer.                                        DMAEN is automatically cleared at the end of the                                        burst-block transfer.100         Repeated single transfer    Each transfer requires a trigger. DMAEN remains                                        enabled.101         Repeated block transfer     A complete block is transferred with one trigger.                                        DMAEN remains enabled.110, 111    Repeated burst-block        CPU activity is interleaved with a block transfer.            transfer                    DMAEN remains enabled.
  单字或者单字节传输：DMA 通道被定义为单字或者单字节传输模式，每个字或者字节的传输都要触发信号触发。设置DMADTx=0 就定义了单字或者单字节传输模式，规定的传输完毕后DMAEN 位自动清除，如果需要再次传输，必须重新置位DMAEN。如果设置DMADTx＝4 为重复单字或者单字节传输模式，DMAEN 位一直保持置位，每次触发伴随一次传输。DMAxSZ 寄存器保存传输的单元个数，如果该寄存器为0，则没有传输。传输之前DMAxSZ 寄存器的值写入到一个临时的寄存器中，每次操作之后DMAxSZ 做减操作。当DMAxSZ减为零的时候，它所对应的临时寄存器将原来的值重新置入DMAxSZ，同时相应的DMAIFG标志置位。
  块传输模式：在块传输模式，每次触发可以传输一个数据块。设置DMADTx=1 为块传输模式，每个数据块传输完毕，DMAEN 位自动清除，在触发传输下一个数据块之前，该位要被重新置位。在传输某个数据块期间，其他的传输请求将被忽略。设置DMADTx=5 为重复块传输模式，某个数据块传输完毕，DMAEN 位仍然保持置位，之后，新的触发可以引起又一次数据块传送。DMAxSZ 寄存器保存数据块所包含的单元个数。DMASRCINCR 和DMADSTINCR 反映在数据块传输过程中的目的地址和源地址的变化情况。在块传输或者重复块传输过程中，DMAxSA，DMAxDA，DMAxSZ 寄存器的值写入到对应的临时寄存器中，DMAxSA，DMAxDA寄存器所对应的临时值在块传输过程中增加或者减少，而DMAxSZ 在块传输过程中减计数，始终反映当前数据块还有多少单元没有传输完毕，当DMAxSZ 减为0，它所对应的临时寄存器将原来的值重新置入DMAxSZ，同时相应的DMAIFG被置位。在块传输过程中，CPU 暂停工作，不参与数据的传输。数据块需要2×MCLK×DMAxSZ 个时钟周期。当每个数据块传输完毕，CPU 按照暂停前的状态重新开始执行。
  突发块传输模式：这个和块传输模式类似，只不过每传输4个字或字节，DMA释放内部总线，CPU运行2个MCLK周期；在传输过程中CPU有20%的执行时间，而块传输需要等DMA完全传送完之后，CPU方能运行。
  DMA触发源：每个通道的触发源有DMAxTSELx位进行控制的，这些位必须在DMAEN位为0是进行设置，否则可能出现不可预料的DMA触发。
  DMAxTSELx   Operation0000        DMAREQ bit (software trigger)0001        TACCR2 CCIFG bit0010        TBCCR2 CCIFG bit0011        URXIFG0 (UART/SPI mode), USART0 data received (I2C mode)0100        UTXIFG0 (UART/SPI mode), USART0 transmit ready (I2C mode)0101        DAC12_0CTL DAC12IFG bit0110        ADC12 ADC12IFGx bit0111        TACCR0 CCIFG bit1000        TBCCR0 CCIFG bit1001        URXIFG1 bit1010        UTXIFG1 bit1011        Multiplier ready1100        No action1101        No action1110        DMA0IFG bit triggers DMA channel 1            DMA1IFG bit triggers DMA channel 2            DMA2IFG bit triggers DMA channel 01111        External trigger DMAE0
  另外，单片机的中断程序不影响DMA的传输，当DMA传输过程中，单片机不响应中外部NMI中断(必须DMA的控制位ENNMI位为1时响应NMI中断，否则不予处理)外的所有中断；必须等待DMA数据传送结束之后才运行系统的中断处理程序。
  DMA的中断：数据传送过程中，DMAxSZ寄存器值减为0时，DMA置位DMAIFG，DMA的中断和DAC12模块共享中断向量，使用中断时需要软件判断具体是那个中断。中断响应后DMAIFG不会自动复位，使用时必须软件清零DMAIFG位。
  DMA的寄存器如下：
  Register                            Short Form      Register Type   Address     Initial StateDMA control 0                       DMACTL0         Read/write      0122h       Reset with PORDMA control 1                       DMACTL1         Read/write      0124h       Reset with PORDMA channel 0 control               DMA0CTL         Read/write      01E0h       Reset with PORDMA channel 0 source address        DMA0SA          Read/write      01E2h       UnchangedDMA channel 0 destination address   DMA0DA          Read/write      01E4h       UnchangedDMA channel 0 transfer size         DMA0SZ          Read/write      01E6h       UnchangedDMA channel 1 control               DMA1CTL         Read/write      01E8h       Reset with PORDMA channel 1 source address        DMA1SA          Read/write      01EAh       UnchangedDMA channel 1 destination address   DMA1DA          Read/write      01ECh       UnchangedDMA channel 1 transfer size         DMA1SZ          Read/write      01EEh       UnchangedDMA channel 2 control               DMA2CTL         Read/write      01F0h       Reset with PORDMA channel 2 source address        DMA2SA          Read/write      01F2h       UnchangedDMA channel 2 destination address   DMA2DA          Read/write      01F4h       UnchangedDMA channel 2 transfer size         DMA2SZ          Read/write      01F6h       Unchanged
  有关每个寄存器的详细内容参考ti提供的用户指南。
• 程序实现：
  
  DMA的使用主要是DMA寄存器的初始设置，设置完成后，DMA接到触发信号即可自动传输数据。
  设置函数如下：
  void DMAInit(char channel,char trigger,char transMode,char srcMode,char dstMode,             unsigned int src,unsigned int dst,unsigned int size){    unsigned int *DMAxCTL,*DMAxSA,*DMAxDA,*DMAxSZ;        DMACTL0 = trigger << (channel << 2);    DMACTL1 = 0x04;         //DMA收到触发请求时，等待当前指令执行完成后        switch (channel)        //选择当前设置哪个DMA通道    {        case 0:             DMAxCTL = (unsigned int *)&DMA0CTL;            DMAxSA = (unsigned int *)&DMA0SA;            DMAxDA = (unsigned int *)&DMA0DA;            DMAxSZ = (unsigned int *)&DMA0SZ;            break;                                      //指针 = 0通道控制        case 1:             DMAxCTL = (unsigned int *)&DMA1CTL;            DMAxSA = (unsigned int *)&DMA1SA;            DMAxDA = (unsigned int *)&DMA1DA;            DMAxSZ = (unsigned int *)&DMA1SZ;            break;                                      //指针 = 1通道控制        case 2:             DMAxCTL = (unsigned int *)&DMA2CTL;            DMAxSA = (unsigned int *)&DMA2SA;            DMAxDA = (unsigned int *)&DMA2DA;            DMAxSZ = (unsigned int *)&DMA2SZ;            break;                                      //指针 = 2通道控制    }        switch (transMode)      //设置DMA通道的传输模式    {        case 'S': *DMAxCTL = DMADT_0;   break;          //单次传输        case 's': *DMAxCTL = DMADT_4;   break;          //重复单次传输        case 'B': *DMAxCTL = DMADT_1;   break;          //块传输        case 'b': *DMAxCTL = DMADT_5;   break;          //重复块传输        case 'I': *DMAxCTL = DMADT_2;   break;          //突发块传输 交错        case 'i': *DMAxCTL = DMADT_6;   break;          //重复突发块传输 交错    }        *DMAxCTL |= (srcMode & 0x04) << 2;                  //源 字或字节    *DMAxCTL |= (srcMode & 0x03) << 8;                  //源 地址改变方式        *DMAxCTL |= (dstMode & 0x04) << 3;                  //目的 字或字节    *DMAxCTL |= (dstMode & 0x03) << 10;                 //目的 地址改变方式        *DMAxSA = src;    *DMAxDA = dst;    *DMAxSZ = size;        *DMAxCTL |= DMAEN;                                  //DMA使能}
  函数比较麻烦，函数内容按参数设置每个寄存器。DMACTL0 = trigger << (channel << 2); 这个是设置对应channel通道的的参考源，不大明白的可以看下DMACTL0的寄存器内容；switch (channel)语句则根据通道设置对应指针指向的寄存器；然后对应设置参数即可。
  当设置成非重复模式时，需要重新置位DMAEN，本程序就函数DMAReEnable实现：
  void DMAReEnable(char channel){    switch (channel)        //使能对应通道    {        case 0: DMA0CTL |= DMAEN;   break;      //0通道        case 1: DMA1CTL |= DMAEN;   break;      //1通道        case 2: DMA2CTL |= DMAEN;   break;      //2通道    }}
  这个函数比较简单，只是根据传入参数设置对应通道的DMAEN位。
  当设置为软件触发时，需要软件启动DMA程序如下：
  void DMAStart(char channel){    switch (channel)        //使能对应通道    {        case 0: DMA0CTL |= DMAREQ;  break;      //0通道        case 1: DMA1CTL |= DMAREQ;  break;      //1通道        case 2: DMA2CTL |= DMAREQ;  break;      //2通道    }}
  这个和上个函数类似：仅仅设置一个控制位，函数很简单，不再解释啦。
  程序实现就这么多了，有关详细内容可以下载附件里的程序库，程序的注释很详细。
• 使用示例：
  
  使用这个程序时，步骤和原来的相同：工程中加入DMA.c文件，然后源文件中包含DMA.h头文件即可。
  示例程序主要如下：
  #include <msp430x16x.h>#include "DMA.h"unsigned int a[5] = {8693,5689,2356,23565,5656};unsigned int b[5];void main( void ){    // Stop watchdog timer to prevent time out reset    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;    ClkInit();    //块传输，5个字（16位） a->b    DMAInit(0,0x00,'B',3,3,(unsigned int)a,(unsigned int)b,5);    DMAStart(0);    //如果需要再次传输 而不改变设置，只需调用DMAReEnable再次启动传输即可     // 如果是重复块传输，则不需要重新使能DMAReEnable 直接启动即可    //这里仅仅演示了使用方法，实际应用中，应根据需要选择适当的触发源。    //    LPM0;}
  示例程序完成功能很简单，仅仅把一个数组的值赋给另外一个数组。数组地址即是数组名强制转换为所需类型(无符号16位)，传入函数初始化设置。这里为了简便，设置为软件启动。
  运行效果如下：
  
  单步运行完启动DMA传输后，结果即出来了；说明DMA传输数据的速度是很快的。