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「正点原子STM32Mini板资料连载」第二十三章 DMA 实验

正点原子原子哥 34

前言:

目前各位老铁们对“dma实验总结”大致比较注意,同学们都需要学习一些“dma实验总结”的相关知识。那么小编也在网摘上搜集了一些对于“dma实验总结””的相关资讯,希望同学们能喜欢,你们快快来了解一下吧!

1)实验平台:正点原子stm32mini 开发板

2)摘自《正点原子STM32 不完全手册(HAL 库版)》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子

第二十三章 DMA 实验

本章我们将向大家介绍 STM32 的 DMA。在本章中,我们将利用 STM32 的 DMA 来实

现串口数据传送,并在 TFTLCD 模块上显示当前的传送进度。本章分为如下几个部分:

23.1 STM32 DMA 简介

23.2 硬件设计

23.3 软件设计

23.4 下载验证

23.1 STM32 DMA 简介

DMA,全称为:Direct Memory Access,即直接存储器访问。DMA 传输方式无需 CPU 直接

控制传输,也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程,通过硬件为 RAM 与 I/O 设备

开辟一条直接传送数据的通路,能使 CPU 的效率大为提高。

STM32 最多有 2 个 DMA 控制器(DMA2 仅存在大容量产品中),DMA1 有 7 个通道。DMA2 有 5

个通道。每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。还有一个仲裁起

来协调各个 DMA 请求的优先权。

STM32 的 DMA 有以下一些特性:

●每个通道都直接连接专用的硬件 DMA 请求,每个通道都同样支持软件触发。这些功能

通过软件来配置。

●在七个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级:很高、高、中等和低),假如

在相等优先权时由硬件决定(请求 0 优先于请求 1,依此类推) 。

●独立的源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字),模拟打包和拆包的过程。源和

目标地址必须按数据传输宽度对齐。

●支持循环的缓冲器管理

●每个通道都有 3 个事件标志(DMA 半传输,DMA 传输完成和 DMA 传输出错),这 3 个

事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求。

●存储器和存储器间的传输

●外设和存储器,存储器和外设的传输

●闪存、SRAM、外设的 SRAM、APB1 APB2 和 AHB 外设均可作为访问的源和目标。

●可编程的数据传输数目:最大为 65536

STM32F103RCT6 有两个 DMA 控制器,DMA1 和 DMA2,本章,我们仅针对 DMA1 进行

介绍。

从外设(TIMx、ADC、SPIx、I2Cx 和 USARTx)产生的 DMA 请求,通过逻辑或输入到

DMA 控制器,这就意味着同时只能有一个请求有效。外设的 DMA 请求,可以通过设置相应的

外设寄存器中的控制位,被独立地开启或关闭。

表 23.1.1 是 DMA1 各通道一览表:

表 23.1.1 DMA1 各通道一览表

这里解释一下上面说的逻辑或,例如通道 1 的几个 DMA1 请求(ADC1、TIM2_CH3、TIM4_CH1),

这几个是通过逻辑或到通道 1 的,这样我们在同一时间,就只能使用其中的一个。其他通道也

是类似的。

这里我们要使用的是串口 1 的 DMA 传送,也就是要用到通道 4。接下来,我们介绍一下 DMA

设置相关的几个寄存器。

第一个是 DMA 中断状态寄存器(DMA_ISR)。该寄存器的各位描述如图 23.1.1 所示:

图 23.1.1 DMA_ISR 寄存器各位描述

我们如果开启了 DMA_ISR 中这些中断,在达到条件后就会跳到中断服务函数里面去,即使

没开启,我们也可以通过查询这些位来获得当前 DMA 传输的状态。这里我们常用的是 TCIFx,

即通道 DMA 传输完成与否的标志。注意此寄存器为只读寄存器,所以在这些位被置位之后,只

能通过其他的操作来清除。

第二个是 DMA 中断标志清除寄存器(DMA_IFCR)。该寄存器的各位描述如图 23.1.2 所示:

图 23.1.2 DMA_IFCR 寄存器各位描述

DMA_IFCR 的各位就是用来清除 DMA_ISR 的对应位的,通过写 0 清除。在 DMA_ISR 被置位后,

我们必须通过向该位寄存器对应的位写入 0 来清除。

第三个是 DMA 通道 x 配置寄存器(DMA_CCRx)(x=1~7,下同)。该寄存器的我们在这里就不

贴出来了,见《STM32 参考手册》第 150 页 10.4.3 一节。该寄存器控制着 DMA 的很多相关信息,

包括数据宽度、外设及存储器的宽度、通道优先级、增量模式、传输方向、中断允许、使能等

都是通过该寄存器来设置的。所以 DMA_CCRx 是 DMA 传输的核心控制寄存器。

第四个是 DMA 通道 x 传输数据量寄存器(DMA_CNDTRx)。这个寄存器控制 DMA 通道 x 的每次

传输所要传输的数据量。其设置范围为 0~65535。并且该寄存器的值会随着传输的进行而减少,

当该寄存器的值为 0 的时候就代表此次数据传输已经全部发送完成了。所以可以通过这个寄存

器的值来知道当前 DMA 传输的进度。

第五个是 DMA 通道 x 的外设地址寄存器(DMA_CPARx)。该寄存器用来存储 STM32 外设的地

址,比如我们使用串口 1,那么该寄存器必须写入 0x40013804(其实就是&USART1_DR)。如果使

用其他外设,就修改成相应外设的地址就行了。

最后一个是 DMA 通道 x 的存储器地址寄存器(DMA_CMARx),该寄存器和 DMA_CPARx 差不多,

但是是用来放存储器的地址的。比如我们使用 SendBuf[5200]数组来做存储器,那么我们在

DMA_CMARx 中写入&SendBuff 就可以了。

DMA 相关寄存器就为大家介绍到这里,此节我们要用到串口 1 的发送,属于 DMA1 的通道 4,

接下来我们就介绍下 DMA1 通道 4 的配置步骤:

1)使能 DMA1 时钟。

DMA 的时钟使能是通过 AHB1ENR 寄存器来控制的,这里我们要先使能时钟,才可以配置 DMA

相关寄存器。HAL 库方法为:__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();//DMA1 时钟使能

2) 初始化 DMA1 数据流 4,包括配置通道,外设地址,存储器地址,传输数据量等。

DMA 的某个数据流各种配置参数初始化是通过 HAL_DMA_Init 函数实现的,该函数声明为:

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma);

该函数只有一个 DMA_HandleTypeDef 结构体指针类型入口参数,结构体定义为:

typedef struct __DMA_HandleTypeDef

{

DMA_Stream_TypeDef *Instance;

DMA_InitTypeDef Init;

HAL_LockTypeDef Lock;

__IO HAL_DMA_StateTypeDef State;

void *Parent;

void (* XferCpltCallback)(

struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

void (* XferHalfCpltCallback)(

struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

void (* XferM1CpltCallback)(

struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

void (* XferErrorCallback)(

struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

__IO uint32_t ErrorCode;

uint32_t StreamBaseAddress;

uint32_t StreamIndex;

}DMA_HandleTypeDef;

成员变量 Instance 是用来设置寄存器基地址,例如要设置为 DMA1 的通道 4,那么取值

为 DMA1_Channel4。

成员变量 Parent 是 HAL 库处理中间变量,用来指向 DMA 通道外设句柄。

成员变量 XferCpltCallback(传输完成回调函数), XferHalfCpltCallback(半传输完成

回调函数), XferM1CpltCallback(Memory1 传输完成回调函数)和 XferErrorCallback(传输错

误回调函数)是四个函数指针,用来指向回调函数入口地址。

成员变量 StreamBaseAddress 和 StreamIndex 是数据流基地址和索引号,这个是 HAL 库处

理的时候会自动计算,用户无需设置。

其他成员变量 HAL 库处理过程状态标识变量,这里就不做过多讲解。接下来我们着重看看

成员变量 Init,它是 DMA_InitTypeDef 结构体类型,该结构体定义为:

typedef struct

{

uint32_t Direction;//传输方向,例如存储器到外设 DMA_MEMORY_TO_PERIPH

uint32_t PeriphInc;//外设(非)增量模式,非增量模式 DMA_PINC_DISABLE

uint32_t MemInc;//存储器(非)增量模式,增量模式 DMA_MINC_ENABLE

uint32_t PeriphDataAlignment; //外设数据大小:8/16/32 位。

uint32_t MemDataAlignment; //存储器数据大小:8/16/32 位。

uint32_t Mode;//模式:外设流控模式/循环模式/普通模式

uint32_t Priority; //DMA 优先级:低/中/高/非常高

}DMA_InitTypeDef;

该结构体成员变量非常多,但是每个成员变量配置的基本都是 DMA_SxCR 寄存器和

DMA_SxFCR 寄存器的相应位。我们把结构体各个成员变量的含义都通过注释的方式列出来了。

例如本实验我们要用到 DMA2_ DMA1_Channel4,把内存中数组的值发送到串口外设发送寄存器

DR,所以方向为存储器到外设 DMA_MEMORY_TO_PERIPH,一个一个字节发送,需要数字索引自动

增加,所以是存储器增量模式 DMA_MINC_ENABLE,存储器和外设的字宽都是字节 8 位。具体配

置如下:

DMA_HandleTypeDef UART1TxDMA_Handler;

//DMA 句柄

UART1TxDMA_Handler.Instance= DMA1_Channel4; //通道选择

UART1TxDMA_Handler.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //存储器到外设

UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式

UART1TxDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式

UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_BYTE;

//外设数据长度:8 位

UART1TxDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_BYTE;

//存储器数据长度:8 位

UART1TxDMA_Handler.Init.Mode=DMA_NORMAL; //外设普通模式

UART1TxDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_MEDIUM; //中等优先级

这里大家要注意,HAL 库为了处理各类外设的 DMA 请求,在调用相关函数之前,需要调用

一个宏定义标识符,来连接 DMA 和外设句柄。例如要使用串口 DMA 发送,所以方式为:

__HAL_LINKDMA(&UART1_Handler,hdmatx,UART1TxDMA_Handler);

其中 UART1_Handler 是串口初始化句柄,我们在 usart.c 中定义过了。UART1TxDMA_Handler

是 DMA 初始化句柄。hdmatx 是外设句柄结构体的成员变量,在这里实际就是 UART1_Handler 的

成员变量。在 HAL 库中,任何一个可以使用 DMA 的外设,它的初始化结构体句柄都会有一个

DMA_HandleTypeDef 指针类型的成员变量,是 HAL 库用来做相关指向的。Hdmatx 就是

DMA_HandleTypeDef 结构体指针类型。

这 句 话 的 含 义 就 是 把 UART1_Handler 句 柄 的 成 员 变 量 hdmatx 和 DMA 句 柄

UART1TxDMA_Handler 连接起来,是纯软件处理,没有任何硬件操作。

这里我们就点到为止,如果大家要详细了解 HAL 库指向关系,请查看本实验宏定义标识符

__HAL_LINKDMA 的定义和调用方法,就会很清楚了。

3)使能串口 1 的 DMA 发送

在实验中,开启一次 DMA 传输传输函数如下:

//开启一次 DMA 传输

//huart:串口句柄

//pData:传输的数据指针

//Size:传输的数据量

void MYDMA_USART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

{

HAL_DMA_Start(huart->hdmatx, (u32)pData, (uint32_t)&huart->Instance->DR, Size);

//开启 DMA 传输

huart->Instance->CR3 |= USART_CR3_DMAT;//使能串口 DMA 发送

}

HAL 库还提供了对串口的 DMA 发送的停止,暂停,继续等操作函数:

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart); //停止

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart); //暂停

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart);//恢复

这些函数使用方法这里我们就不累赘了。

4)使能 DMA1 数据流 4,启动传输。

使能 DMA 数据流的函数为:

HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress,

uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength);

这个函数比较好理解,第一个参数是 DMA 句柄,第二个是传输源地址,第三个是传输目标

地址,第四个是传输的数据长度。

通过以上 4 步设置,我们就可以启动一次 USART1 的 DMA 传输了。

5)查询 DMA 传输状态

在 DMA 传输过程中,我们要查询 DMA 传输通道的状态,使用的方法是:

__HAL_DMA_GET_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF3_7);

获取当前传输剩余数据量:

__HAL_DMA_GET_COUNTER(&UART1TxDMA_Handler);

DMA 相关的库函数我们就讲解到这里,大家可以查看固件库中文手册详细了解。

6)DMA 中断使用方法

DMA 中断对于每个流都有一个中断服务函数,比如 DMA1_Channel4 的中断服务函数为

DMA1_Channel4_IRQHandler。同样,HAL 库也提供了一个通用的 DMA 中断处理函数

HAL_DMA_IRQHandler,在该函数内部,会对 DMA 传输状态进行分析,然后调用相应的中断

处理回调函数:

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//发送完成回调函数

void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);/发送一半回调函数

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//接收完成回调函数

void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//接收一半回调函数

void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//传输出错回调函数

对于串口 DMA 开启,使能数据流,启动传输,这些步骤,如果使用了中断,可以直接调

用 HAL 库函数 HAL_USART_Transmit_DMA,该函数声明如下:

HAL_StatusTypeDef HAL_USART_Transmit_DMA(USART_HandleTypeDef *husart,

uint8_t *pTxData, uint16_t Size);

DMA 相关的库函数我们就讲解到这里,大家可以查看 HAL 库手册详细了解。

23.2 硬件设计

所以本章用到的硬件资源有:

1) 指示灯 DS0

2) KEY0 按键

3) 串口

4) TFTLCD 模块

5) DMA

本章我们将利用外部按键 KEY0 来控制 DMA 的传送,每按一次 KEY0,DMA 就传送一次数据到

USART1,然后在 TFTLCD 模块上显示进度等信息。DS0 还是用来做为程序运行的指示灯。

本章实验需要注意 P4 口的 RXD 和 TXD 是否和旁边的 PA9 和 PA10 连接上了,如果没有,请先连接。

23.3 软件设计

打开本章的实验工程可以看到,我们在 FWLIB 分组下面增加了 DMA 支持文件

stm32f1xx_hal_dma.c,同时引入了 stm32f1xx_hal_dma.h 头文件支持。在 HARDWARE 分组下

面我们新增了 dma.c 以及对应头文件 dma.h 用来存放 dma 相关的函数和定义。

打开 dma.c 文件,代码如下:

DMA_HandleTypeDef UART1TxDMA_Handler; //DMA 句柄

//DMA1 的各通道配置

//这里的传输形式是固定的,这点要根据不同的情况来修改

//从存储器->外设模式/8 位数据宽度/存储器增量模式

//chx:DMA 通道选择,DMA1_Channel1~DMA1_Channel7

void MYDMA_Config(DMA_Channel_TypeDef *chx)

{

__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

//DMA1 时钟使能

__HAL_LINKDMA(&UART1_Handler,hdmatx,UART1TxDMA_Handler);

//将 DMA 与 USART1 联系起来(发送 DMA)

//Tx DMA 配置

UART1TxDMA_Handler.Instance=chx; //通道选择

UART1TxDMA_Handler.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //存储器到外设

UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式

UART1TxDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式

UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_BYTE;

//外设数据长度:8 位

UART1TxDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_BYTE;

//存储器数据长度:8 位

UART1TxDMA_Handler.Init.Mode=DMA_NORMAL; //外设普通模式

UART1TxDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_MEDIUM; //中等优先级

HAL_DMA_DeInit(&UART1TxDMA_Handler);

HAL_DMA_Init(&UART1TxDMA_Handler);

}

//开启一次 DMA 传输

//huart:串口句柄

//pData:传输的数据指针

//Size:传输的数据量

void MYDMA_USART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

{

HAL_DMA_Start(huart->hdmatx, (u32)pData, (uint32_t)&huart->Instance->DR, Size);

//开启 DMA 传输

huart->Instance->CR3 |= USART_CR3_DMAT;//使能串口 DMA 发送

}

该部分代码仅仅 2 个函数,MYDMA_Config 函数,基本上就是按照我们上面介绍的步骤来初

始化 DMA 的,该函数在外部只能修改通道、源地址、目标地址和传输数据量等几个参数,更多

的其他设置只能在该函数内部修改。

MYDMA_Enable 函数用来产生一次 DMA 传输,该函数每执行一次,DMA 就发送一次。

dma.h 头文件内容比较简单,主要是函数申明,这里我们不细说。

接下来我们看看那 main 函数如下:

#define SEND_BUF_SIZE 7000

//发送数据长度,最好等于 sizeof(TEXT_TO_SEND)+2 的整数倍.

u8 SendBuff[SEND_BUF_SIZE]; //发送数据缓冲区

const u8 TEXT_TO_SEND[]={"ALIENTEK Mini STM32 DMA 串口实验"};

int main(void)

{

u16 i;

u8 t=0;

u8 j,mask=0;

float pro=0;

HAL_Init();

//初始化 HAL 库

Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟,72M

delay_init(72);

//初始化延时函数

uart_init(115200);

//初始化串口

usmart_dev.init(84);

//初始化 USMART

LED_Init();

//初始化 LED

KEY_Init();

//初始化按键

LCD_Init();

//初始化 LCD

MYDMA_Config(DMA1_Channel4);

//初始化 DMA1 通道 4

POINT_COLOR=RED;

LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Mini STM32");

LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DMA TEST");

LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2019/11/15");

LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Start");

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

//显示提示信息

j=sizeof(TEXT_TO_SEND);

for(i=0;i<SEND_BUF_SIZE;i++)//填充 ASCII 字符集数据

{

if(t>=j)//加入换行符

{

if(mask)

{

SendBuff[i]=0x0a;

t=0;

}else

{

SendBuff[i]=0x0d;

mask++;

}

}else//复制 TEXT_TO_SEND 语句

{

mask=0;

SendBuff[i]=TEXT_TO_SEND[t];

t++;

}

}

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

i=0;

while(1)

{

t=KEY_Scan(0);

if(t==KEY0_PRES) //KEY0 按下

{

printf("\r\nDMA DATA:\r\n");

LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Start Transimit....");

LCD_ShowString(30,170,200,16,16," %") ; //显示百分号

HAL_UART_Transmit_DMA(&UART1_Handler,SendBuff,SEND_BUF_SIZE);

//启动传输

//使能串口 1 的 DMA 发送 //等待 DMA 传输完成,

//此时我们来做另外一些事,点灯

//实际应用中,传输数据期间,可以执行另外的任务

while(1)

{

if(__HAL_DMA_GET_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,DMA_FLAG_TC4))

//等待 DMA1 通道 4 传输完成

{

__HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,DMA_FLAG_TC4);

//清除 DMA1 通道 4 传输完成标志

HAL_UART_DMAStop(&UART1_Handler);

//传输完成以后关闭串口 DMA

break;

}

pro=__HAL_DMA_GET_COUNTER(&UART1TxDMA_Handler);

//得到当前还剩余多少个数据

pro=1-pro/SEND_BUF_SIZE; //得到百分比

pro*=100;

//扩大 100 倍

LCD_ShowNum(30,170,pro,3,16);

}

LCD_ShowNum(30,170,100,3,16);//显示 100%

LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Transimit Finished!");//提示传送完成

}

i++;

delay_ms(10);

if(i==20)

{

LED0=!LED0;//提示系统正在运行

i=0;

}

}

}

main 函数的流程大致是:先初始化内存 SendBuff 的值,然后通过 KEY0 开启串口 DMA 发送,

在发送过程中,通过__HAL_DMA_GET_COUNTER()函数获取当前还剩余的数据量来计算传输百分比,

最后在传输结束之后清除相应标志位,提示已经传输完成。这里还有一点要注意,因为是使用

的串口 1 DMA 发送,所以代码中使用 HAL_UART_Transmit_DMA 函数开启串口的 DMA 发送:

至此,DMA 串口传输的软件设计就完成了。

23.4 下载验证

在代码编译成功之后,我们通过串口下载代码到 ALIENTEK MiniSTM32 开发板上,可以

看到 DS0 开始闪烁,同时 LCD 显示一些信息,然后我们按 KEY0 按键,开发板就开始通过 DMA

发送数据到串口,并在 TFTLCD 上显示进度等信息,如图 23.4.1 所示:

图 23.4.1 DMA 实验测试图

打开串口调试助手,可以看到串口显示如图 23.4.2 所示的内容:

图 23.4.2 串口收到的数据内容

从上图可以看出,我们收到了来自开发板的串口数据。至此,我们整个 DMA 实验就结束

了,希望大家通过本章的学习,掌握 STM32 的 DMA 使用。DMA 是个非常好的功能,它不但

能减轻 CPU 负担,还能提高数据传输速度,合理的应用 DMA,往往能让你的程序设计变得简单。

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