DMA 基本原理与优势

只看该作者 · 2025-6-26 09:14

DMA（直接内存访问）允许外设（如 ADC）直接与内存进行数据传输，无需 CPU 干预。在 WiFi 与 ADC 同时运行的场景中，DMA 的核心优势是：
减少 CPU 中断开销：ADC 采样完成后无需触发 CPU 中断，数据直接写入内存。
实现并行操作：WiFi 通信与 ADC 采样可同时进行，互不干扰。
避免数据丢失：DMA 支持循环缓冲区，确保高频采样时数据不丢失。
2. 关键 DMA 配置参数
以 STM32 系列 MCU 为例，DMA 配置需关注以下参数：
c
运行
// 示例：STM32的ADC+DMA配置
void ADC_DMA_Configuration(void) {
  // 1. 启用ADC和DMA时钟
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

  // 2. 配置ADC为连续转换模式
  ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
  ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1;
  ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

  // 3. 配置DMA通道（ADC1对应DMA1通道1）
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR;
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&ADC_Buffer;
  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_BUFFER_SIZE;
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;  // 循环模式
  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
  DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);

  // 4. 启用DMA和ADC
  DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
  ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
  ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}

关键参数说明：
循环模式（Circular Mode）：DMA 完成缓冲区填充后自动从头开始，适合连续采样。
数据宽度匹配：确保DMA_PeripheralDataSize与 ADC 分辨率（如 12 位对应 HalfWord）一致。
高优先级：WiFi 通信可能使用 DMA，需合理分配优先级避免冲突。
3. 优化方法与实践建议
3.1 双缓冲区机制
使用双缓冲区交替存储 ADC 数据，避免 WiFi 与 DMA 访问冲突：
c
运行
#define ADC_BUFFER_SIZE 1024
uint16_t ADC_Buffer[2][ADC_BUFFER_SIZE];  // 双缓冲区

// 配置DMA使用双缓冲区
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)ADC_Buffer;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Enable;
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;
3.2 中断优化
仅在缓冲区半满 / 全满时触发中断，减少 CPU 干预：
c
运行
// 启用DMA半传输和传输完成中断
DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC | DMA_IT_HT, ENABLE);

// 中断处理函数
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void) {
  if (DMA_GetITStatus(DMA1_IT_HT1)) {
// 处理前半部分缓冲区数据（可触发WiFi发送）
process_adc_data(ADC_Buffer[0], ADC_BUFFER_SIZE/2);
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_HT1);
  }

  if (DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1)) {
// 处理后半部分缓冲区数据
process_adc_data(ADC_Buffer[0] + ADC_BUFFER_SIZE/2, ADC_BUFFER_SIZE/2);
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
  }
}
3.3 采样率与缓冲区大小平衡
高采样率（如 100kHz 以上）：增大缓冲区（如 4096 字节），减少中断频率。
低采样率：使用较小缓冲区（如 512 字节），降低内存占用。
3.4 电源管理优化
在 STM32 中，可配置 ADC 为低功耗模式：
c
运行
// 配置ADC为低功耗模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;  // 单次转换后休眠
ADC_InitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div8;  // 降低ADC时钟
4. 常见问题排查
数据丢失：
检查 DMA 缓冲区是否足够大，避免采样数据覆盖。
确保 WiFi 发送速度快于 ADC 采样速度。
CPU 占用率仍高：
检查中断处理函数是否执行耗时操作，可将数据处理移至后台任务。
调整 DMA 优先级，避免与 WiFi 冲突。
采样异常：
确认 ADC 与 DMA 时钟配置正确，避免时钟抖动。
使用示波器监测 ADC 输入信号是否稳定。