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1.0 什么是DMA
1.1 DMA的定义 Direct Memory Access:直接存储器访问 是所有现代计算设备的重要特色,它允许不同速度的硬件装置来沟通,而不需要依赖于CPU的大量中断负载。否则,CPU需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器,然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中,CPU对于其他的工作来说就无法使用。DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当CPU初始化这个传输动作,传输动作本身是由DMA控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延,反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA传输是高效能嵌入式系统算法和网络最关键的部分。 从上图可以看出,DMA和CPU是同等地位的,CPU能进行的数据转移操作,DMA都能做,或者说,DMA就是只能做数据转移操作的迷你CPU。 如果要简单理解的话,DMA就是CPU小弟,当CPU觉得把一大串数据转移到另一个地方这种任务太麻烦,还有更重要的事情需要做的时候,就可以把这个任务丢给DMA去干,DMA干完或者出问题了跟CPU说一声就行了。 1.2 DMA的内部结构 STM32 --》 DMA --》 Stream --》 Channel STM32F4家族拥有两个DMA,其中只有DMA2能够进行M2M操作(稍后会讲)。 每个DMA一般拥有8个Stream。 每个Stream有多个Channel选项,但是一次只能进行一个Channel的传输,具体的配置与选项请参考芯片对应的数据手册。 2.0 什么情况下使用DMA? 2.1 UART 这是最常见的使用情况,当有大量的数据从UART读入或者写入的时候,DMA将CPU解放出来,然后自己单干,让CPU处理更重要的事情。 2.2 ADC 一般在需要ADC时的通道扫描模式下,需要DMA来处理,本章不讲解这部分,放到后面专门讲ADC的篇章。 2.3 SD 需要大量往SD里面读写数据的时候一般也用DMA来处理,本章不讲解这部分。 3.0 DMA的使用方法 3.1 传输方向 P2P Peripheral to Peripheral:从外设到外设 在RM中暂时用不上,不讲解 P2M Peripheral to Memory:从外设到内存 当传感器从UART传来数据的时候用 M2P Memory to Peripheral:从内存到外设 从UART传出数据控制执行器的时候用 M2M Memory to Memory:从内存到内存 MCU内部的数据转移,常见于Buffer之间互相转移数据,或者从Buffer读写数据 只有DMA2能够执行M2M操作。 3.2 特殊选项 First In First Out是STM32里面的DMA的特殊功能,但是一般来说,RM就算不用FIFO,DMA也能完美处理数据,所以暂时不需要,也同样不讲解。 3.3 传输模式 3.3.1 Normal Mode 常用的默认模式,在该模式下,任务完成后就停止DMA,如果还需要用到DMA,需要再次手动启动。 3.3.2 Circular Mode / Continuous Mode 可选模式,在该模式下,任务完成后,DMA的Buffer清零,再次执行任务。也就是说,永远重复执行下去,除非手动停止。 3.4 传输方式 3.4.1 DMA泛用方法(需要用到寄存器) 3.4.1.1 Polling 需要注意的是,DMA的Polling其实根本毫无意义,因为在这个过程中,CPU还是全程参与了,并没有解放CPU,所以,虽然这种方法我还是列出来了,但是除了Debug时可能会用到,其他情况下建议不要用。 HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength); 参数 hdma:指向DMA Stream配置结构体 SrcAddress:需要传输的数据的地址 DstAddress:数据传输到的目标地址 DataLength:传输的数据大小 返回值 HAL_StatusTypeDef:如果传输配置成功,返回HAL_OK;如果该DMA Stream正在被占用,返回HAL_BUSY huart.Instance-》CR3|=USART_CR3_DMAT; 通过修改CR3寄存器对应的bit,开启DMA传输 HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_PollForTransfer(DMA_HandleTypeDef *hdma, HAL_DMA_LevelCompleteTypeDef CompleteLevel, uint32_t Timeout); 参数 hdma:指向DMA Stream配置结构体 CompleteLevel:指定DMA的完成程度 Timeout:传输的最大时限 返回值 HAL_StatusTypeDef:如果传输成功,返回HAL_OK;如果传输出错,返回HAL_ERROR;如果传输超过最大时限,返回HAL_TIMEOUT huart.Instance-》CR3&=~USART_CR3_DMAT; 通过修改CR3寄存器对应的bit,结束DMA传输 3.4.1.2 Interrupt HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start_IT(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength); 参数 hdma:指向DMA Stream配置结构体 SrcAddress:需要传输的数据的地址 DstAddress:数据传输到的目标地址 DataLength:传输的数据大小 返回值 HAL_StatusTypeDef:如果传输配置成功,返回HAL_OK;如果该DMA Stream正在被占用,则返回HAL_BUSY huart.Instance-》CR3|=USART_CR3_DMAT; 通过修改CR3寄存器对应的bit,开启DMA传输 void XferCpltCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma){ 。..。..} 在写代码的时候,在main.c中创建XferCpltCallback函数 在该函数中填写DMA传输结束后,需要执行的代码 huart.Instance-》CR3&=~USART_CR3_DMAT; 通过修改CR3寄存器对应的bit,结束DMA传输 3.4.2 UART特化方法(全HAL库实现) HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); 参数 huart:指向UART引脚配置结构体 pData:指向需要传输的数据 Size:传输数据的大小 返回值 HAL_StatusTypeDef:如果传输配置成功,返回HAL_OK;如果传输出错,返回HAL_ERROR;如果该DMA Stream正在被占用,则返回HAL_BUSY HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); 参数 huart:指向UART引脚配置结构体 pData:指向需要传输的数据 Size:传输数据的大小 返回值 HAL_StatusTypeDef:如果传输配置成功,返回HAL_OK;如果传输出错,返回HAL_ERROR;如果该DMA Stream正在被占用,则返回HAL_BUSY void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ 。..。..} 在写代码的时候,在main.c中创建HAL_UART_TxCpltCallback函数 在该函数中填写UART发送结束后,需要执行的代码 void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ 。..。..} 在写代码的时候,在main.c中创建HAL_UART_RxCpltCallback函数 在该函数中填写UART接收结束后,需要执行的代码 4.0 练习项目 4.1 项目简介 一键发送信息:按下用户自定义按钮,就从UART发送出预先设定好的信息,完成后在板子上亮红灯0.2s。 键盘回响:按下键盘,从STM32返回对应的字符,完成后在板子上亮绿灯0.2s。然后,再加上上面一键发送信息的功能。 |
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