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DMA原理,步骤超细详解,一文看懂DMA

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
DMA的基本介绍什么是DMA (DMA的基本定义)DMA,全称Direct Memory Access,即直接存储器访问。
DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间,提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。


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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:12 | 显示全部楼层
我们知道CPU有转移数据、计算、控制程序转移等很多功能,系统运作的核心就是CPU,

CPU无时不刻的在处理着大量的事务,但有些事情却没有那么重要,比方说数据的复制和存储数据,如果我们把这部分的CPU资源拿出来,让CPU去处理其他的复杂计算事务,是不是能够更好的利用CPU的资源呢?

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:13 | 显示全部楼层
因此:转移数据(尤其是转移大量数据)是可以不需要CPU参与。比如希望外设A的数据拷贝到外设B,只要给两种外设提供一条数据通路,直接让数据由A拷贝到B 不经过CPU的处理,DMA就是基于以上设想设计的,它的作用就是解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。有了DMA使CPU更专注于更加实用的操作–计算、控制等。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:14 | 显示全部楼层
DMA定义:

DMA用来提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。无须CPU的干预,通过DMA数据可以快速地移动。这就节省了CPU的资源来做其他操作。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:14 | 显示全部楼层
DMA传输方式

DMA的作用就是实现数据的直接传输,而去掉了传统数据传输需要CPU寄存器参与的环节,主要涉及四种情况的数据传输,但本质上是一样的,都是从内存的某一区域传输到内存的另一区域(外设的数据寄存器本质上就是内存的一个存储单元)。四种情况的数据传输如下:

    外设到内存

    内存到外设

    内存到内存

    外设到外设

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:15 | 显示全部楼层
DMA传输参数

我们知道,数据传输,首先需要的是1 数据的源地址 2 数据传输位置的目标地址 ,3 传递数据多少的数据传输量 ,4 进行多少次传输的传输模式 DMA所需要的核心参数,便是这四个

当用户将参数设置好,主要涉及源地址、目标地址、传输数据量这三个,DMA控制器就会启动数据传输,当剩余传输数据量为0时 达到传输终点,结束DMA传输 ,当然,DMA 还有循环传输模式 当到达传输终点时会重新启动DMA传输。
  
也就是说只要剩余传输数据量不是0,而且DMA是启动状态,那么就会发生数据传输。 

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:15 | 显示全部楼层
DMA的主要特征

每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求,每个通道都同样支持软件触发。这些功能通过软件来配置;

    在同一个DMA模块上,多个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级:很高、高、中等和低),优先权设置相等时由硬件决定(请求0优先于请求1,依此类推);

    独立数据源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字),模拟打包和拆包的过程。源和目标地址必须按数据传输宽度对齐;

    支持循环的缓冲器管理;

    每个通道都有3个事件标志(DMA半传输、DMA传输完成和DMA传输出错),这3个事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求;

    存储器和存储器间的传输、外设和存储器、存储器和外设之间的传输;

    闪存、SRAM、外设的SRAM、APB1、APB2和AHB外设均可作为访问的源和目标;

    可编程的数据传输数目:最大为65535。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:16 | 显示全部楼层
STM32少个DMA资源?

对于大容量的STM32芯片有2个DMA控制器 两个DMA控制器,DMA1有7个通道,DMA2有5个通道。
每个通道都可以配置一些外设的地址。

①DMA1 controller

从外设(TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3])产生的7个DMA请求,通过逻辑或输入到DMA1控制器 其中每个通道都对应着具体的外设:

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:16 | 显示全部楼层
② DMA2 controller

从外设(TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO)产生的5个请求,经逻辑或输入到DMA2控制器,其中每个通道都对应着具体的外设:

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:17 | 显示全部楼层
我们对他来进行一点一点的分析:

下面看有与没有DMA的情况下,ADC采集的数据是怎样存放到SRAM中的?

没有DMA

1.如果没有DMA,CPU传输数据还要以内核作为中转站,比如要将ADC采集的数据转移到到SRAM中,这个过程是这样的:

内核通过DCode经过总线矩阵协调,从获取AHB存储的外设ADC采集的数据,

然后内核再通过DCode经过总线矩阵协调把数据存放到内存SRAM中。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:17 | 显示全部楼层
有DMA传输

有DMA的话,

    DMA传输时外设对DMA控制器发出请求。

    DMA控制器收到请求,触发DMA工作。

    DMA控制器从AHB外设获取ADC采集的数据,存储到DMA通道中

    DMA控制器的DMA总线与总线矩阵协调,使用AHB把外设ADC采集的数据经由DMA通道存放到SRAM中,这个数据的传输过程中,完全不需要内核的参与,也就是不需要CPU的参与,

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:18 | 显示全部楼层
我们把上面的步骤专业一点介绍:

在发生一个事件后,外设向DMA控制器发送一个请求信号。DMA控制器根据通道的优先权处理请求。当DMA控制器开始访问发出请求的外设时,DMA控制器立即发送给它一个应答信号。当从DMA控制器得到应答信号时,外设立即释放它的请求。一旦外设释放了这个请求,DMA控制器同时撤销应答信号。DMA传输结束,如果有更多的请求时,外设可以启动下一个周期。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:19 | 显示全部楼层
总之,每次DMA传送由3个操作组成:

    从外设数据寄存器或者从当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址取数据,第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元;

    存数据到外设数据寄存器或者当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址,第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元;

    执行一次DMA_CNDTRx寄存器的递减操作,该寄存器包含未完成的操作数目。

DMA传输方式

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:19 | 显示全部楼层
DMA传输方式

方法1:DMA_Mode_Normal,正常模式,

当一次DMA数据传输完后,停止DMA传送 ,也就是只传输一次
  
方法2:DMA_Mode_Circular ,循环传输模式

当传输结束时,硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装,进行下一轮的数据传输。 也就是多次传输模式

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:20 | 显示全部楼层
仲裁器仲裁器的作用是确定各个DMA传输的优先级仲裁器根据通道请求的优先级来启动外设/存储器的访问。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:21 | 显示全部楼层
优先权管理分2个阶段:

软件:每个通道的优先权可以在DMA_CCRx寄存器中设置,有4个等级:

    最高优先级

    高优先级

    中等优先级

    低优先级;

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:22 | 显示全部楼层
硬件:如果2个请求有相同的软件优先级,则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。比如:如果软件优先级相同,通道2优先于通道4。

注意: 在大容量产品和互联型产品中,DMA1控制器拥有高于DMA2控制器的优先级。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:22 | 显示全部楼层
DMA数据流(仅存在于STM32F4 /M4 内核上)

在设置了DMA的通道之后,还要选择通道对应外设的数据流

8 个 DMA 控制器数据流都能够提供源和目标之间的单向传输链路。每个数据流配置后都可以执行:
● 常规类型事务:存储器到外设、外设到存储器或存储器到存储器的传输。
● 双缓冲区类型事务:使用存储器的两个存储器指针的双缓冲区传输(当 DMA 正在进行自/至缓冲区的读/写操作时,应用程序可以进行至/自其它缓冲区的写/读操作)。要传输的数据量(多达 65535)可以编程,并与连接到外设 AHB 端口的外设(请求 DMA 传输)的源宽度相关。每个事务完成后,包含要传输的数据项总量的寄存器都会递减。

DMA_SxCR 寄存器控制数据流到底使用哪一个通道,每个数据流有 8 个通道可
供选择,每次只能选择其中一个通道进行 DMA 传输。接下来,我们看看 DMA2 的各数据流通
道映射表

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:23 | 显示全部楼层
DMA 传输通道

每个通道都可以在有固定地址的外设寄存器和存储器地址之间执行DMA传输。DMA传输的数据 量是可编程的,大达到65535。包含要传输的数据项数量的寄存器,在每次传输后递减。

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ksjdisa|  楼主 | 2022-6-29 15:24 | 显示全部楼层
可编程的数据量:
外设和存储器的传输数据量可以通过DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位编程。
指针递增模式

根据 DMA_SxCR 寄存器中 PINC 和 MINC 位的状态,外设和存储器指针在每次传输后可以自动向后递增或保持常量。当设置为增量模式时,下一个要传输的地址将是前一个地址加上增量值

通过单个寄存器访问外设源或目标数据时,禁止递增模式十分有用。

如果使能了递增模式,则根据在 DMA_SxCR 寄存器 PSIZE 或 MSIZE 位中编程的数据宽度,下一次传输的地址将是前一次传输的地址递增 1个数据宽度、2个数据宽度或 4个数据宽度。

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