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「正点原子NANO STM32F103开发板资料连载」第二十二章 DMA 实验

正点原子原子哥 87

前言:

现时兄弟们对“dma实验总结”大致比较关切,我们都需要剖析一些“dma实验总结”的相关内容。那么小编同时在网摘上收集了一些对于“dma实验总结””的相关内容,希望我们能喜欢,同学们快快来了解一下吧!

1)实验平台:【正点原子】 NANO STM32F103 开发板

2)摘自《正点原子STM32 F1 开发指南(NANO 板-HAL 库版)》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子

第二十二章 DMA 实验

本章我们将向大家介绍 STM32F1 的 DMA。在本章中,我们将利用 STM32F1 的 DMA

来实现串口数据传送,并在串口助手打印显示。本章分为如下几个部分:

22.1 STM32F1 DMA 简介

22.2 硬件设计

22.3 软件设计

22.4 下载验证

22.1 STM32 DMA 简介

DMA,全称为:Direct Memory Access,即直接存储器访问,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 传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。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,中容量只有 DMA1),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

STM32F103RBT6 有一个 DMA 控制器,DMA1,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 22.1.1 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 22.1.1 所示:

图 22.1.1 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 27.1.2 所示:

图 22.1.2 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

(表 27.1.1),接下来我们就介绍 HAL 库配置步骤和方法。首先这里我们需要指出的是,DMA

相关的库函数文件在文件 stm32f1xx_hal_dma.c/stm32f1xx_hal_dma_ex.c 以及对应的头文件

中,同时因为我们是用串口的 DMA 功能,所以还要加入串口相关的文件 stm32f1xx_hal_uart.c。

具体步骤如下:

1)使能 DMA1 时钟

__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); //DMA1 时钟使能

2)初始化 DMA 通道 4,包括配置通道,外设地址,存储器地址,传输数据量等参数

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_Channel_TypeDef *Instance;

DMA_InitTypeDef Init;

HAL_LockTypeDef Lock;

HAL_DMA_StateTypeDef State;

void *Parent;

void (* XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

void (* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

void (* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

void (* XferAbortCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);

__IO uint32_t ErrorCode;

DMA_TypeDef *DmaBaseAddress;

uint32_t ChannelIndex;

}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),XferErrorCallback(传输错误回调函数),XferAbortCallback(传输中止回调函数)是

四个函数指针,用来指向回调函数入口地址。

成员变量 DmaBaseAddress 和 ChannelIndex 是通道基地址和索引好,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: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_IFCR 寄存器的响应为。我们把结构体各个成员通过注释的方式列出来了。例如本实验我

们要用到 DMA1_Channel4。把内存中数组的值发送到串口外设发送寄存器 DR,所以方向为寄

存器到外设 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有个 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 DMA 发送

串口 1 的 DMA 发送实际是串口控制寄存器 CR3 的位 7 来控制的,在 HAL 库中,多次操作该

寄存器来使能串口 DMA 发送,但是它并没有提供一个独立的使能函数,所以这里我们可以通过

直接操作寄存器方式来实现:

USART1->CR3 | =USART_CR3_DMAT;//使能串口 1 的 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_USART_DMAStop(USART_HandleTypeDef *husart);//停止

HAL_StatusTypeDef HAL_USART_DMAPause(USART_HandleTypeDef *husart);//暂停

HAL_StatusTypeDef HAL_USART_DMAResume(USART_HandleTypeDef *husart);//恢复

这些函数使用方法这里我们就不累赘了。

4) 使能 DMA1 通道 4,启动传输。

使能串口 DMA 发送之后,我们接着就要使能 DMA 传输通道:

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,使用的函数是:

__HAL_DMA_GET_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,DMA_FLAG_TC4);

获取当前传输剩余数据量:

__HAL_DMA_GET_COUNTER(&UART1TxDMA_Handler);

6)DMA 中断使用方法

DMA 中断对于每个通道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,然后调用响应

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_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart,

uint8_t *pData, uint16_t Size);

22.2 硬件设计

所以本章用到的硬件资源有:

1) 指示灯 DS0、DS2

2) KEY0 按键

3) 串口

4) 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,同时 DS2 灯作为传输进度灯。DS0 还是用来做为程序运行的指示灯。

本章实验需要注意 P5 口的 RXD 和 TXD 是否和 PA9 和 PA10 连接上,如果没有,请先连接。

22.3 软件设计

打开我们的 DMA 传输实验,可以发现,我们的实验中多了 dma.c 文件和其头文件 dma.h,

同时我们要引入 dma 相关的库函数文件 stm32f1xx_hal_dma.c 和 stm32f1xx_hal_dma.h。

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使

能 DMA 时钟和初始化 DMA 的,该函数是一个通用的 DMA 配置函数,DMA1 的所有通道,都可以利

用该函数配置,不过有些固定参数可能要适当修改(比如位宽,传输方向等)。该函数在外部

只能修改 DMA 通道号,更多的其他设置只能在该函数内部修改。MYDMA_USART_Transmit 函数就

是按照 22.1 小节讲解的步骤 3 和步骤 4 来启动串口 DMA 传输的。对照前面的配置步骤的详细讲

解来分析这部分代码即可。

dma.h 头文件内容比较简单,主要是函数声明,这里我们不细说。

接下来我们看看 main 函数如下:

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

#define TEXT_LENTH sizeof(TEXT_TO_SEND)-1

//TEXT_TO_SEND 字符串长度(不包含结束符)

u8 SendBuff[(TEXT_LENTH+2)*100];

int main(void)

{

u16 i;

u8 t=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);

//串口初始化为 115200

LED_Init();

//初始化与 LED 连接的硬件接口

KEY_Init();

//按键初始化

MYDMA_Config(DMA1_Channel4); //初始化 DMA1 通道 4

printf("NANO STM32\r\n");

printf("DMA TEST\r\n");

printf("KEY0:Start\r\n");

//显示提示信息

for(i=0;i<(TEXT_LENTH+2)*100;i++)//填充 ASCII 字符集数据

{

if(t>=TEXT_LENTH)//加入换行符

{

SendBuff[i++]=0x0d;

SendBuff[i]=0x0a;

t=0;

}else SendBuff[i]=TEXT_TO_SEND[t++];//复制 TEXT_TO_SEND 语句

}

i=0;

while(1)

{

t=KEY_Scan(0);

if(t==KEY0_PRES)//KEY0 按下

{

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

HAL_UART_Transmit_DMA(&UART1_Handler,SendBuff,

(TEXT_LENTH+2)*100);//启动传输

//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;

}

LED2=!LED2;

delay_ms(50);

}

LED2=1;

printf("Transimit Finished!\r\n");//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_FLAG(&UART1TxDMA_Handler),获取当前是否传

输结束,并且 DS2 闪烁。最后在传输结束之后清除相应标志位,提示已经传输完成。

至此,DMA 串口传输的软件设计就完成了。

22.4 下载验证

在代码编译成功之后,我们下载代码到 ALIENTEK NANO STM32F103 上,我们打开串口

调试助手,可以看到串口显示如图 22.4.1 所示:

图 22.4.1 DMA 串口实验实物测试图

伴随 DS0 的不停闪烁,提示程序在运行。然后按 KEY0,DMA 数据开始传输,DS2 快闪

以表示数据正在传输,正常可以看到串口显示如图 22.4.2 所示的内容:

图 22.4.2 串口收到的数据内容

可以看到串口收到了 NANO STM32F103 发送过来的数据。

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 STM32F1 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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