GD32F130之DMA

发表于 2023-9-30 19:30

什么是DMA

DMA，即Direct Memory Access，是一种在无需CPU参与的情况下，将数据块在内存（SRAM）和外设（一般是I/O设备）之间高效传输的硬件机制。实现这种功能的集成电路单元叫做DMA Controller，即DMA 控制器。

发表于 2023-9-30 19:30

使用DMA的好处
一般情况下，为了实现内存（SRAM）和外设（一般是I/O设备）之间的数据传输，有三种常用的方法：轮循法（polling），中断法（interrupt）以及本文要介绍的DMA方法。

发表于 2023-9-30 19:30

轮循法（polling）：在主循环中，CPU不断检查外设的相关标志位，来判断其是否需要进行数据的传输，如果有，则CPU将数据在外设和内存之间搬运，实现数据传输。当数据传输服务请求频繁或者的数据量很大时，会影响其他任务的实时性。由于其他任务的存在，也会影响数据传输的实时性。

发表于 2023-9-30 19:30

中断法（interrupt）：当外设需要传输数据时，会触发中断，CPU会暂停正在处理的任务，转而去处理外设的数据传输任务。CPU无需反复检查外设的标志位，中断机制会指示CPU何时去处理外设数据，但是依然需要CPU去完成数据搬运和传输过程。当外设数据传输服务发生不频繁，且数据量不大时，中断法也是不错的选择。当中断连续不断且频繁发生时，中断法变得不再高效，因为在恢复主流程的执行和中断响应的上下文切换上会占用大量CPU时间。

发表于 2023-9-30 19:31

DMA传输法：DMA控制器是一种单片机中的硬件单元，他的功能就是允许I/O外设和存储器之间高效传输数据，且传输过程中无需CPU参与。其工作原理和流程如下：

发表于 2023-9-30 19:31

当一个IO设备需要发送数据给存储器或者从存储器读取数据时，它会给DMA 控制器发送一个DRQ请求。DMA控制器收到请求后，向CPU发送HLD请求，要求CPU放弃对总线的使用，因为DMA控制器传输数据时，要使用系统总线。

发表于 2023-9-30 19:31

DMA控制器和Cortex™-M3内核共享系统总线。当DMA和CPU访问同样的地址空间时，DMA访问可能会阻挡CPU访问系统总线几个总线周期。总线矩阵中实现了循环仲裁算法来分配DMA与CPU的访问权，它可以确保CPU得到至少一半的系统总线带宽。——《GD32手册》

发表于 2023-9-30 19:31

CPU收到DMA控制器的HLD请求后，让出总线使用权给DMA控制器，并向DMA控制器响应HLDA信号。

发表于 2023-9-30 19:31

当DMA控制器收到CPU的HLDA信号后，DMA控制器会通知IO设备一个DACK信号，告知IO设备可以进行数据的传输。然后DMA控制器占用系统总线，完成IO设备和存储器之间的数据传输。

发表于 2023-9-30 19:31

当数据传输完成后，DMA控制器向CPU申请中断，告知CPU数据传输完成。同时CPU恢复系统总线的使用权。

从上描述可以发现：①在数据传输过程中，CPU完全不需要参与，只有传输完成后才有必要参与进来，大大的节约了CPU时间。②DMA数据传输请求总是IO外设发起的

发表于 2023-9-30 19:31

GD32F130 DMA简介
GD32F130系列单片机有一个DMA控制器，它有7个DMA通道（CH0~CH6）。每一个通道可以服务一个外设与存储器之间的DMA数据传输。通道之间相互独立。

下图是DMA通道外设请求表。表格中标记有颜色的请求通道是支持重映射的。

1. 当 SYSCFG_CFGR0 寄存器的相应重映射位被清零时，请求被映射到该通道；
2. 当 SYSCFG_CFGR0 寄存器的相应重映射位被置位时，请求被映射到该通道。

发表于 2023-9-30 19:32

例如可以配置SYSCFG_CFGR0寄存器中的对应位清0，来将USART0_TX请求通道映射到通道1。也可以配置SYSCFG_CFGR0寄存器中的对应位置1，来将USART0_TX请求通道重新映射到通道3。通过使用库函数syscfg_dma_remap_enable()和syscfg_dma_remap_disable()来重映射外设DMA通道的配置。

发表于 2023-9-30 19:32

注意，映射DMA通道前，要使用rcu_periph_clock_enable(RCU_CFGCMP)来打开系统配置时钟，因为SYSCFG_CFGR0寄存器属于系统配置部分的寄存器。

发表于 2023-9-30 19:32

发表于 2023-9-30 19:32

配置通道软件优先级
当DMA控制器在同一时间接收到多个外设请求时，仲裁器将根据外设请求的优先级来决定响
应哪一个外设请求。优先级包括软件优先级和硬件优先级，优先级规则如下：

软件优先级：分为4级，低，中，高和极高。可以通过寄存器DMA_CHxCTL的PRIO位域来配置；
硬件优先级：当通道具有相同的软件优先级时，编号低的通道优先级高。例：通道0和通道2配置为相同的软件优先级时，通道0的优先级高于通道2。

发表于 2023-9-30 19:32

设置软件优先级

DMA_CHxCTL.PRIO[1:0] = 00：低
DMA_CHxCTL.PRIO[1:0] = 01：中
DMA_CHxCTL.PRIO[1:0] = 10：高
DMA_CHxCTL.PRIO[1:0] = 11：极高

发表于 2023-9-30 19:32

配置数据传输方向
DMA主要用于外设和存储器之间的数据传输，所有数据传输方向主要有两种：

存储器到外设：例如USART使用DMA方式发送数据，这个数据可能是一个字符串或者一个字节数组。当使用DMA发送时，这些数据从存储器传输到USART外设的TDATA寄存器
外设到存储器：例如USART使用DMA方式接收数据，使用一个字节数组来缓存收到的数据。当使用DMA接收时，收到的数据从USART外设的RDATA寄存器传输到存储器
虽然DMA也支持存储器到存储器，但是几乎用不到。

发表于 2023-9-30 19:32

禁用存储器到存储器模式

DMA_CHxCTL.M2M=0：禁用存储器到存储器模式
DMA_CHxCTL.M2M=1：启用存储器到存储器模式

发表于 2023-9-30 19:33

配置传输方向

DMA_CHxCTL.DIR=0：外设到存储器
DMA_CHxCTL.DIR=1：存储器到外设

发表于 2023-9-30 19:33

配置数据宽度
DMA传输数据的时候，只要传输没结束，每次外设发起传输请求时，需要从外设读数据，或者写一个数据到外设，那么每次读/写的单个数据多大呢？这就是通过设置外设数据宽度来指定的。同理也要设置存储器的数据宽度。总之这里的数据宽度指的是单次传输的数据大小，也就是占用的字节数。

GD32F130之DMA

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