STM32之DMA详解
一、DMA
1. DMA的引入
在嵌入式系统或计算机系统中，数据的传输和处理是非常重要的操作。以下通过一个简单的示例来展示传统数据操作方式与 DMA 引入的必要性：
int a = 10;
int b = 20;a = b;
上述代码包含了变量定义、初始化以及变量数据赋值操作。在传统的数据处理流程中，这些看似简单的操作都需要 MCU（微控制单元）/CPU（中央处理器）参与整个过程。具体来说，数据内容需要通过 MCU/CPU 的寻址行为，找到对应数据存储空间，进行数据提取；变量定义时，内存空间申请需要 CPU 操作；数据内容赋值同样也需要 CPU 参与。
这些操作会占用 MCU/CPU 资源。在一些对数据传输速度要求较高、数据量较大的场景中，比如从传感器快速读取大量数据并存储到内存，或者在内存不同区域之间快速搬运数据，如果一直让 CPU 参与数据传输的每一个步骤，CPU 就会被大量的数据搬运工作所占据，无法及时处理其他重要的任务，例如处理复杂算法、响应中断等。
为了解决上述问题，引入了 DMA（Direct Memory Access，直接内存访问 / 高速数据总线）技术。DMA 可以实现 Memory to Memory 的数据传递，在数据传输过程中，不涉及 MCU 的逻辑判断或者说控制指向。预先设定好数据传输的源地址、目标地址、传输数据的长度等规则之后，DMA 控制器能够直接控制数据在内存与外设之间，或者内存不同区域之间进行快速传递，无需 CPU 频繁参与，大大提高了数据传输的效率，进而提升整个 MCU 的工作效率。
2. DMA 主要特征
- 独立于 CPU 操作：DMA 控制器拥有独立的总线接口，可以直接访问系统内存和外设。在数据传输过程中，CPU 可以继续执行其他任务，只有在 DMA 传输开始前和结束后，可能需要 CPU 进行一些简单的配置和处理，比如设置 DMA 传输参数、处理 DMA 传输完成的中断等。这使得 CPU 的利用率得到极大提高，能够专注于更复杂的计算和控制任务。
- 高速数据传输：由于 DMA 不需要 CPU 的干预，减少了 CPU 在数据传输过程中的开销，因此能够实现高速的数据传输。它可以在系统总线允许的情况下，以接近总线带宽的速度进行数据传输，这对于一些高速外设（如高速 ADC、网络接口等）的数据采集和处理非常重要。
- 多种传输模式：
- 内存到内存传输：可以将数据从内存的一个区域快速复制到另一个区域，例如在图像处理中，将图像数据从缓存区复制到显示内存。
- 外设到内存传输：常用于从外设（如 ADC、UART 等）读取数据到内存。比如 ADC 持续采集模拟信号并转换为数字信号，通过 DMA 可以快速将这些数字信号传输到内存中存储，供后续处理。
- 内存到外设传输：把内存中的数据发送到外设，像将待发送的数据从内存传输到串口，实现数据的串口发送。
- 可编程配置：可以通过配置 DMA 控制器的相关寄存器，灵活设置数据传输的源地址、目标地址、传输数据的长度、数据宽度（字节、半字、字等）、传输方向、优先级等参数。这些配置能够满足不同应用场景下的数据传输需求。
- 中断机制：当 DMA 传输完成、传输错误或者达到预设的传输条件时，DMA 控制器可以向 CPU 发送中断请求，通知 CPU 进行相应的处理。例如，在一次大数据量的传输任务完成后，CPU 可以对传输的数据进行校验、分析等后续操作。
- 突发传输：支持突发传输模式，即一次传输多个数据单元，减少了总线占用的次数，提高了总线的利用率。在突发传输过程中，DMA 控制器可以连续地从源地址读取数据，并写入目标地址，而不需要每次传输都重新进行总线仲裁等操作。
3. DMA 的应用场景
- 数据采集系统：在使用 ADC（模拟数字转换器）进行数据采集时，ADC 不断将模拟信号转换为数字信号。如果使用 CPU 来读取 ADC 转换后的数据，会占用大量 CPU 资源，导致 CPU 无法及时处理其他任务。通过 DMA，可以在 ADC 转换完成后，自动将数据快速传输到内存中，CPU 只需要在 DMA 传输完成后进行数据处理即可。
- 网络通信：在网络接口接收和发送数据时，DMA 可以将接收到的网络数据包从网卡缓冲区快速传输到内存，或者将内存中的数据快速发送到网卡进行传输。这提高了网络数据的传输效率，减少了数据传输的延迟。
- 音频和视频处理：在音频处理中，DMA 可以将音频数据从内存传输到音频解码器进行播放；在视频处理中，DMA 可以将图像数据从内存传输到显示设备进行显示，保证了音频和视频数据的流畅传输和播放。
- 存储设备数据读写：对于一些存储设备（如 SD 卡等），DMA 可以实现快速的数据读写操作，提高存储设备的访问效率。
4. DMA框图
5. DMA 映射关系
DMA1 映射关系：
DMA2 映射关系：
6. DMA开发
DMA 是一个通道！！不占用内存空间，在 MCU 内部设计预留的数据管道。
数据源 SRC
- 【数据源地址】
- 【数据宽度】全字，半字，字节
- 【数据增量】从指定内存位置提取数据之后，下一次数据提取是从当前位置继续读取，还是选择读取下一个空间地址
- 例如 ADC 转换通道
- 规则通道：数据转换完成存储寄存器有且只有 2 个字节，每一次 ADC 转换之后的数据，都输存储到对应的指定寄存器位置，地址不变，【不设置数据增量】
- 注入通道：数据转换完成寄存器有 4 * 16 位组成，每一组数据是占用 2 个字节，需要从注入通道中读取数据，需要设置【数据增量】，同时限制增量范围。
- 例如 ADC 转换通道
目标地址 DEST
- 【目标接收数据地址】
- 【数据宽度】全字，半字，字节，通常情况下，数据源和目标地址对应的【数宽】一致
- 【数据增量】如果设置数据增量，下一次存储数据地址是当前地址 + 数宽。如果不设置，每一次存储数据的地址都是固定地址
- 例如多数据存储到数组中，需要利用数据增量按照数组下标 0 - N 进行逐一的数据存储
- 例如单数据存储，仅考虑当前固定地址进行数据存储操作。
一、DMA 通道的基本概念
核心定义：DMA 是 MCU 内部预先设计的 “数据管道”，不占用内存空间，专门用于快速搬运数据，让 CPU 从繁琐的数据传输中解放。
二、数据源（SRC）配置
1. 基础参数
- 数据源地址：明确数据从哪里开始搬运（如内存地址、外设寄存器地址）。
- 数据宽度：定义单次搬运的数据大小，可选 全字（4 字节）、半字（2 字节）、字节（1 字节），需与实际数据匹配。
- 数据增量：控制 “下一次从哪读数据”：
- 启用增量：读完当前地址，自动跳到下一个地址（如读完
0x2000，下一次读0x2002，假设半字宽度）；- 禁用增量：永远从固定地址重复读（适合 “同一地址持续输出数据” 的场景，如规则通道 ADC）。
2. 示例：ADC 转换通道的差异
通道类型 硬件寄存器设计 数据增量怎么用？ 规则通道 结果存在固定地址（仅 2 字节） 禁用增量！因为每次结果都存在同一地址，重复覆盖。 注入通道 结果存在连续地址（4 组 ×16 位） 启用增量！每次读 “下一组地址”（如读完 0x4000，下一次读0x4002），避免数据覆盖。三、目标地址（DEST）配置
1. 基础参数
- 目标接收数据地址：明确数据要搬到哪里（如内存数组、缓冲区地址）。
- 数据宽度：需与 “数据源宽度”保持一致（否则会数据错位，如源是半字，目标设字节会丢数据）。
- 数据增量：控制 “下一次往哪写数据”：
- 启用增量：写完当前地址，自动跳到下一个地址（如写完
0x3000，下一次写0x3002，按数组下标顺序存）；- 禁用增量：永远往固定地址重复写（适合 “覆盖旧数据” 的场景，如单数据存储）。
2. 示例：数据存储的不同需求
场景 怎么配置增量？ 效果 数组存多数据（如 buf[10]）启用增量！地址每次 + 数据宽度（如半字 + 2） 数据按 buf[0]→buf[1]→…→buf[9]顺序存，不覆盖。单数据存储（如 result变量）禁用增量！地址固定 新数据覆盖旧数据（适合只需要最
7. DMA 开发相关寄存器
7.1 DMA_CCRx 寄存器
| 位域 | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 0 | EN | 通道使能位（Channel enable）：0：关闭 DMA 通道 ；1：开启 DMA 通道。注意，在配置完所有其他参数后，最后再置位位来启动传输。 |
| 1 | TCIE | 传输完成中断使能（Transfer complete interrupt enable）：0：禁止传输完成中断 ；1：使能传输完成中断。当 DMA_ISR 中的 TCIFx 置位时，会产生中断。 |
| 2 | HTIE | 半传输中断使能（Half transfer interrupt enable）：0：禁止半传输中断 ；1：使能半传输中断。当传输达到一半时，DMA_ISR 中的 HTIFx 置位，产生中断。 |
| 3 | TEIE | 传输错误中断使能（Transfer error interrupt enable）：0：禁止传输错误中断 ；1：使能传输错误中断。当发生传输错误时，DMA_ISR 中的 TEIFx 置位，产生中断。 |
| 4 | DIR | 数据传输方向（Data transfer direction）：0：从外设到存储器（Peripheral-to-memory）模式，源地址 = 外设地址（如 USARTx_DR ），目标地址 = 内存地址（如 mybuffer ）；1：从存储器到外设（Memory-to-peripheral）模式，源地址 = 内存地址，目标地址 = 外设地址（如 USARTx_DR ）。注意，存储器到存储器模式（MEM2MEM）的配置见下文。 |
| 5 | CIRC | 循环模式（Circular mode）：0：非循环模式，传输完成后（达到设定的数据量 ），通道自动禁用（EN 位被硬件清除 ）；1：循环模式，传输完成后，地址寄存器（DMA_CPARx 和 DMA_CMARx ）自动重置为初始值，传输重新开始。这对于需要连续传输的场景非常有用（如 ADC 连续采样、DAC 输出波形 ）。 |
| 6 | PINC | 外设地址增量模式（Peripheral increment mode）：0：不增量，每次传输后，外设地址寄存器保持不变，适用于传输到 / 来自单一外设寄存器（如 USART—DR ）；1：增量，每次传输后，外设地址寄存器根据 PSIZE 自动增加，适用于传输到 / 来自外设的一组连续寄存器（比较少见 ）。 |
| 7 | MINC | 存储器地址增量模式（Memory increment mode）：0：不增量，每次传输后，存储器地址寄存器保持不变，适用于传输到 / 来自一个固定的内存变量 ；1：增量，每次传输后，存储器地址寄存器根据 MSIZE 自动增加。这是最常见的情况，用于在内存数组和外设间传输数据。 |
| 8 - 9 | PSIZE[1:0] | 外设数据宽度（Peripheral size）：00：8 位（Byte）；01：16 位（HalfWord）；10：32 位（Word）。必须与外设数据寄存器的宽度匹配，例如，USART 是 8 位，ADC 是 16 位 。 |
| 10 - 11 | MSIZE[1:0] | 存储器数据宽度（Memory size）：00：8 位（Byte）；01：16 位（HalfWord）；10：32 位（Word）。必须与内存缓冲区数据类型的宽度匹配。 |
| 12 - 13 | PL[1:0] | 通道优先级（Channel priority level）：当多个 DMA 通道同时请求时，仲裁器根据此优先级响应 ；00：低（Low）；01：中（Medium）；10：高（High）；11：最高（Very high） 。 |
| 14 | MEM2MEM | 存储器到存储器模式（Memory to memory mode）：0：禁用工作在普通模式，由外设请求触发 ；1：使能，通道工作在存储器到存储器模式，一旦软件启动（EN = 1 ），传输立即开始，不需要硬件触发信号，传输完成后通道自动停止。注意：此模式下，DIR 位不再指示方向（因为方向固定为内存→内存 ），但通常需要设置 MINC 和 PINC 都为增量。 |
7.2 DMA_CPARx和DMA_CMARx
设置当前
- 外设地址寄存器地址
- 存储器地址寄存器地址
两个地址都存储目标内存的首地址，且根据当前选择的数宽，自动延展到目标内存
- 例如选择半字，当前地址是对应半字空间的首地址
- 例如选择全字，当前地址是对应全字空间的首地址
8. 开发流程
9. 代码实现
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h" // 需自行实现 Delay_ms 函数（如用 SysTick 延时）// 全局变量：存储 ADC DMA 传输结果
u16 adc_dma_value = 0; /*** @brief 光敏传感器 ADC + DMA 初始化（ADC3 通道 6 + DMA2 通道 5）* @note 1. 配置 PF8 为模拟输入（ADC3_IN6）* 2. 初始化 ADC3 为连续转换、右对齐、最大采样周期* 3. 配置 DMA2 通道 5，实现 ADC3_DR -> adc_dma_value 自动搬运*/
void LSEN_Init(void)
{// ==================== 1. 使能时钟（RCC） ====================// 使能 GPIOF 时钟（PF8 作为 ADC 输入）RCC->APB2ENR |= (1 << 5); // GPIOF 时钟使能（APB2 总线）// 使能 ADC3 时钟（ADC 属于 APB2 总线外设）RCC->APB2ENR |= (1 << 15); // 使能 DMA2 时钟（DMA2 属于 AHB 总线）RCC->AHBENR |= (1 << 1); // ==================== 2. 配置 GPIO（PF8 模拟输入） ====================// PF8 端口配置：清除原有配置GPIOF->CRH &= ~(0x0F << ( (8 - 8) * 4 )); // PF8 对应 CRH 第 0 组（Bits 0-3）// 模拟输入模式：0000GPIOF->CRH |= (0x00 << ( (8 - 8) * 4 )); // ==================== 3. 配置 ADC3（时钟、通道、采样周期等） ====================// 3.1 配置 ADC 时钟分频：ADCCLK = PCLK2 / 6（PCLK2=72MHz，ADCCLK=12MHz ≤14MHz）RCC->CFGR &= ~(0x03 << 14); // 清除原有配置RCC->CFGR |= (0x02 << 14); // 分频因子 6: 01->2分频(旧版描述可能有误，实际 02 对应 6 分频？需核对手册！)// 正确写法：STM32F103 ADC 时钟分频需设置为 6（PCLK2/6），对应 RCC_CFGR_ADCPRE_1 // 若发现时钟错误，可改为：RCC->CFGR |= (1 << 15); // 实际工程建议查手册确认！// 3.2 配置 ADC 规则通道：仅开启 ADC3_IN6（通道 6）ADC3->SQR1 &= ~(0x0F << 20); // 规则通道序列长度：1 个通道（SQ1）ADC3->SQR3 &= ~(0x1F); // 清除原有通道配置ADC3->SQR3 |= 0x06; // 规则通道 1 配置为 ADC3_IN6（通道 6）// 3.3 配置采样周期：239.5 + 12.5 周期（最大采样周期，提高精度）ADC3->SMPR2 |= (0x07 << 18); // 通道 6 的采样时间：239.5 周期（SMPR2 对应通道 0~9）// 3.4 配置 ADC 控制寄存器 CR1 / CR2ADC3->CR1 &= ~(0x0F << 16); // 独立模式（DUALMOD[19:16] = 0000）ADC3->CR1 &= ~(0x01 << 8); // 关闭扫描模式（SCAN = 0）ADC3->CR2 &= ~(0xFFFFFFFF); // 清除 CR2 原有配置ADC3->CR2 |= (0x01 << 22); // 软件触发规则通道转换（SWSTART = 1）ADC3->CR2 |= (0x01 << 20); // 使能外部触发（EXTTRIG = 1）ADC3->CR2 |= (0x07 << 17); // 外部触发选择：SWSTART（EXTSEL[19:17] = 111）ADC3->CR2 &= ~(0x01 << 11); // 数据右对齐（ALIGN = 0）ADC3->CR2 |= (0x01 << 1); // 连续转换模式（CONT = 1）// ==================== 4. ADC 校准（必须步骤！） ====================ADC3->CR2 &= ~(0x01); // 关闭 ADC（ADON = 0）Delay_ms(10); // 延时稳定ADC3->CR2 |= 0x01; // 打开 ADC（ADON = 1）Delay_ms(10); // 延时稳定// 复位校准ADC3->CR2 |= (0x01 << 3); // RSTCAL = 1while (ADC3->CR2 & (0x01 << 3)); // 等待复位校准完成（RSTCAL 自动清零）Delay_ms(10);// 开始校准ADC3->CR2 |= (0x01 << 2); // CAL = 1while (ADC3->CR2 & (0x01 << 2)); // 等待校准完成（CAL 自动清零）Delay_ms(10);ADC3->CR2 |= 0x01; // 确保 ADC 开启（ADON = 1）// ==================== 5. 配置 DMA2 通道 5（配合 ADC3） ====================// 使能 ADC 的 DMA 请求（ADC_CR2_DMA = 1）ADC3->CR2 |= (0x01 << 8); // 允许 ADC 触发 DMA 请求// 5.1 配置 DMA 源地址、目标地址DMA2_Channel5->CPAR = (uint32_t)(&(ADC3->DR)); // 源地址：ADC3 数据寄存器DMA2_Channel5->CMAR = (uint32_t)(&adc_dma_value); // 目标地址：全局变量// 5.2 配置传输数据量：1 个半字（u16）DMA2_Channel5->CNDTR = 1;// 5.3 配置 DMA 模式（CCR 寄存器）DMA2_Channel5->CCR = 0x0000; // 先清零// 关键配置：// - MEM2MEM=0（外设→内存） | PL=11（最高优先级） | MSIZE=01（半字） | PSIZE=01（半字）// - MINC=0（内存不增量） | PINC=0（外设不增量） | CIRC=1（循环模式） | DIR=0（外设→内存） | EN=1（使能）DMA2_Channel5->CCR = 0x3521; // 5.4 使能 DMA2 通道 5DMA2_Channel5->CCR |= (0x01 << 0); // 或直接写 0x3521 已包含 EN=1
}/*** @brief 获取光敏传感器 ADC 转换结果（DMA 搬运后的值）* @retval u16 类型，ADC 转换结果（0~4095）*/
u16 LSEN_GetValue(void)
{return adc_dma_value;
}https://github.com/0voice