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:
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:
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:
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:
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:
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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