STM32F4 DMA（直接内存存取）技术文档

DMA原理

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是一种高效的数据传输机制。通过DMA控制器，系统能够在CPU不参与的情况下，将数据从一个存储位置复制到另一个存储位置，显著减少CPU的负担。DMA的操作由内部的DMA控制器完成，减少了传统的CPU干预带来的延迟和资源消耗。

优势

无需CPU控制：数据传输由DMA控制器独立完成，不依赖CPU处理中断。

减少中断开销：减少CPU处理中断、压栈和出栈的开销。

高效数据传输：RAM与外设之间实现快速数据复制，适用于高吞吐量的数据传输任务。

STM32F4 DMA资源

STM32F4系列微控制器提供了丰富的DMA资源，支持复杂的数据传输任务：

基本特性

双AHB总线结构：

AHB总线1用于存储器访问（CPU 和系统存储器）。

AHB总线2用于外设访问（外设和外设连线）。

DMA控制器：

最多支持2个DMA控制器，总计16个数据流。

每个数据流包含8个通道，每个通道有独立的仲裁器，用于管理DMA优先级。

DMA传输模式：

FIFO模式：支持动态数据包装和解包。

直接模式：立即启动数据传输，适合小数据块操作。

数据传输特性：

数据宽度可设置为8位、16位或32位。

支持单次传输和循环传输模式。

双缓冲模式下，支持同时操作两个存储器区域。

DMA硬件配置

主要配置项

外设与存储器访问：

存储器通过外设端口进行访问，可以实现存储器与外设（如串口、ADC、DAC等）的高效数据交互。

双缓冲区模式：

双缓冲区允许在传输过程中，自动切换到另一个存储器区域。

确保同时传输多个数据流，即存储器既可以作为源，也可以作为目标。

传输数据量控制：

传输数据量由DMA控制器或外设控制，可以灵活配置。

支持4、8、16节拍增量突发传输模式。

DMA中断机制

DMA控制器在以下情况下会触发中断：

数据传输完成（TC）。

数据传输达到半传输状态。

发生传输错误。

FIFO操作错误（溢出、空闲）。

直接模式操作错误。

中断优先级

通过 DMA_FIFOMode_Disable 或 DMA_FIFOMode_ENABLE设置，可以在不同的中断条件下灵活配置中断响应。

配置流程

系统开发流程

初始化DMA模块：确保数据流达到预期的初始状态。

存储器和外设地址配置：将外设和存储器的物理地址分配到DMA控制器的相关寄存器。

数据传输配置：包括数据传输方向、数据块大小、传输模式（FIFO/Direct）等。

优先级配置：为每个数据流分配独特的通道和仲裁级别。

双缓冲模式设置：配置双缓冲模式下的存储器交换机制。

外设功能启用：确保外设模块配合DMA完成数据传输任务。

库函数配置流程

// DMA配置示例
DMA_config(DMA2_Stream7, DMA_Channel_4, (uint32_t)&USART1->DR, (uint32_t)sender_buff, SEND_BUF_SIZE);
// 使能DMA传输
DMA_enable(DMA2_Stream7, SEND_BUF_SIZE);

系统应用

// 串口DMA示例
#include "dma.h"
#include "uart.h"
#define SEND_BUF_SIZE 8200
uint8_t send_buff[SEND_BUF_SIZE];
void main(void) {
    uint16_t i;
    uint8_t t;
    // UART配置
    UART_InitTypeDef UART_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UART1, ENABLE);
    UART_InitStructure.UART_Mode = UART_Mode_Tx;
    UART_Init(UART1, &UART_InitStructure);
    // DMA配置示例
    DMA_config(DMA2_Stream7, DMA_Channel_4, (uint32_t)&UART1->DR, (uint32_t)send_buff, SEND_BUF_SIZE);
    snprintf(send_buff, SEND_BUF_SIZE, "DMA test!");
    while (1) {
        t = KEY_scan(0);  // 检查键盘状态
        if (t == KEY0_PRES) {  // 按下按钮
            printf("\r\nDMA DATA:\r\n");
            LCD_ShowString(20, 150, 200, 16, 16, "Start Transimit...");
            LCD_ShowString(30, 170, 200, 16, 16, "%");
            // 启用DMA传输
            USART_DMACmd(UART1, USART_DMAReq_Tx, ENABLE);
            while (1) {
                if (DMA_GetCmdStatus(DMA2_Stream7, DMA_FLAG_TCIF7) != RESET) {  // 传输完成检查
                    DMA_ClearFlag(DMA2_Stream7, DMA_FLAG_TCIF7);
                    break;
                }
                uint8_t process = DMA_GetCurrDataCounter(DMA2_Stream7);  // 获取剩余数据量
                process = (100 * (1 - process / SEND_BUF_SIZE));  // 计算进度百分比
                LCD_ShowNum(30, 170, 100, 3, 16);  // 显示百分比
                LCD_ShowString(20, 150, 200, 16, 16, "Transimit Finished!");  // 显示完成提示
            }
        }
        delay_ms(10);
        i++;
        if (i == 20) {
            LED0 ^= LED0;  // 切换 LED 状态
            i = 0;
        }
    }
}