《STM32嵌入式單片機原理與應用》 課件 第10章 DMA控制器

第10章DMA控制器本章講述了DMA控制器，包括DMA的結構和主要特征、DMA的功能描述、DMA庫函數(shù)和DMA應用實例。10.1DMA的結構和主要特征DMA（DirectMemoryAccess，直接存儲器存?。┯脕硖峁┰谕庠O和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，無須CPU干預，是所有現(xiàn)代計算機的重要特色。在DMA模式下，CPU只需向DMA控制器下達指令，讓DMA控制器來處理數(shù)據(jù)的傳送，數(shù)據(jù)傳送完畢再把信息反饋給CPU，這樣在很大程度上減輕了CPU資源占有率，可以大大節(jié)省系統(tǒng)資源。DMA主要用于快速設備和主存儲器成批交換數(shù)據(jù)的場合。在這種應用中，處理問題的出發(fā)點集中到兩點：一是不能丟失快速設備提供出來的數(shù)據(jù)，二是進一步減少快速設備輸入／輸出操作過程中對CPU的打擾。這可以通過把這批數(shù)據(jù)的傳輸過程交由DMA來控制，讓DMA代替CPU控制在快速設備與主存儲器之間直接傳輸數(shù)據(jù)。當完成一批數(shù)據(jù)傳輸之后，快速設備還是要向CPU發(fā)一次中斷請求，報告本次傳輸結束的同時，“請示”下一步的操作要求。STM32的兩個DMA控制器有12個通道（DMA1有7個通道，DMA2有5個通道），每個通道專門用來管理來自一個或多個外設對存儲器訪問的請求。還有一個仲裁器來協(xié)調(diào)各個DMA請求的優(yōu)先權。DMA的功能框圖如圖10-1所示。STM32F103VET6的DMA模塊具有如下特征。1）12個獨立的可配置的通道（請求）：DMA1有7個通道，DMA2有5個通道。2）每個通道都直接連接專用的硬件DMA請求，每個通道都支持軟件觸發(fā)。這些功能通過軟件來配置。3）在同一個DMA模塊上，多個請求間的優(yōu)先權可以通過軟件編程設置（共有4級：很高、高、中等和低），優(yōu)先權設置相等時由硬件決定（請求0優(yōu)先于請求1，以此類推）。4）獨立數(shù)據(jù)源和目標數(shù)據(jù)區(qū)的傳輸寬度（字節(jié)、半字、全字）是獨立的，模擬打包和拆包的過程。源和目的地址必須按數(shù)據(jù)傳輸寬度對齊。5）支持循環(huán)的緩沖器管理。6）每個通道都有3個事件標志（DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯），這3個事件標志通過邏輯“或”運算成為一個單獨的中斷請求。7）存儲器和存儲器間的傳輸。8）外設和存儲器、存儲器和外設之間的傳輸。9）閃存、SRAM、外設的SRAM、APB1、APB2和AHB外設均可作為訪問的源和目標。10）可編程的數(shù)據(jù)傳輸最大數(shù)目為65536。圖10-1DMA的功能框圖10.2DMA的功能描述DMA控制器和Cortex-M3核心共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，執(zhí)行直接存儲器數(shù)據(jù)傳輸。當CPU和DMA同時訪問相同的目標（RAM或外設）時，DMA請求會暫停CPU訪問系統(tǒng)總線若干個周期，總線仲裁器執(zhí)行循環(huán)調(diào)度，以保證CPU至少可以得到一半的系統(tǒng)總線（存儲器或外設）使用時間。發(fā)生一個事件后，外設向DMA控制器發(fā)送一個請求信號。DMA控制器根據(jù)通道的優(yōu)先權處理請求。當DMA控制器開始訪問發(fā)出請求的外設時，DMA控制器立即發(fā)送給外設一個應答信號。當從DMA控制器得到應答信號時，外設立即釋放請求。一旦外設釋放請求，DMA控制器同時撤銷應答信號。如果有更多的請求，外設可以在下一個周期啟動請求?？傊看蜠MA傳送由3個操作組成：1）從外設數(shù)據(jù)寄存器或者從當前外設／存儲器地址寄存器指示的存儲器地址讀取數(shù)據(jù)，第一次傳輸時的開始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設基地址或存儲器單元。10.2.1DMA處理2）將讀取的數(shù)據(jù)保存到外設數(shù)據(jù)寄存器或者當前外設／存儲器地址寄存器指示的存儲器地址，第一次傳輸時的開始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外設基地址或存儲器單元。3）執(zhí)行一次DMA_CNDTRx寄存器的遞減操作，該寄存器包含未完成的操作數(shù)目。仲裁器根據(jù)通道請求的優(yōu)先級啟動外設／存儲器的訪問。優(yōu)先權管理分兩個階段。1）軟件：每個通道的優(yōu)先權可以在DMA_CCRx寄存器中的PL［1:0］設置，有4個等級：最高優(yōu)先級、高優(yōu)先級、中等優(yōu)先級、低優(yōu)先級。2）硬件：如果兩個請求有相同的軟件優(yōu)先級，則較低編號的通道比較高編號的通道有較高的優(yōu)先權。例如，通道2優(yōu)先于通道4。DMA1控制器的優(yōu)先級高于DMA2控制器的優(yōu)先級。

10.2.2仲裁器每個通道都可以在有固定地址的外設寄存器和存儲器之間執(zhí)行DMA傳輸。DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是可編程的，最大為65535。數(shù)據(jù)項數(shù)量寄存器包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項數(shù)量，在每次傳輸后遞減。1．可編程的數(shù)據(jù)量外設和存儲器的傳輸數(shù)據(jù)量可以通過DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位編程設置。10.2.3DMA通道2.指針增量通過設置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC標志位，外設和存儲器的指針在每次傳輸后可以有選擇地完成自動增量。當設置為增量模式時，下一個要傳輸?shù)牡刂穼⑹乔耙粋€地址加上增量值，增量值取決于所選的數(shù)據(jù)寬度為1、2或4。第一個傳輸?shù)牡刂反娣旁贒MA_CPARx/DMA_CMARx寄存器中。在傳輸過程中，這些寄存器保持它們初始的數(shù)值，軟件不能改變和讀出當前正在傳輸?shù)牡刂罚ㄋ趦?nèi)部的當前外設／存儲器地址寄存器中）。當通道配置為非循環(huán)模式時，傳輸結束后（即傳輸計數(shù)變?yōu)?）將不再產(chǎn)生DMA操作。要開始新的DMA傳輸，需要在關閉DMA通道的情況下，在DMA_CNDTRx寄存器中重新寫入傳輸數(shù)目。在循環(huán)模式下，最后一次傳輸結束時，DMA_CNDTRx寄存器的內(nèi)容會自動地被重新加載為其初始數(shù)值，內(nèi)部的當前外設／存儲器地址寄存器也被重新加載為DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器設定的初始基地址。3. 通道配置過程下面是配置DMA通道x的過程（x代表通道號）：1）在DMA_CPARx寄存器中設置外設寄存器的地址。發(fā)生外設數(shù)據(jù)傳輸請求時，這個地址將是數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑椿蚰繕恕?）在DMA_CMARx寄存器中設置數(shù)據(jù)存儲器的地址。發(fā)生存儲器數(shù)據(jù)傳輸請求時，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將從這個地址讀出或?qū)懭脒@個地址。3）在DMA_CNDTRx寄存器中設置要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。在每個數(shù)據(jù)傳輸后，這個數(shù)值遞減。4）在DMA_CCRx寄存器的PL［1:0］位中設置通道的優(yōu)先級。5）在DMA_CCRx寄存器中設置數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉⒀h(huán)模式、外設和存儲器的增量模式、外設和存儲器的數(shù)據(jù)寬度、傳輸一半產(chǎn)生中斷或傳輸完成產(chǎn)生中斷。6）設置DMA_CCRx寄存器的ENABLE位，啟動該通道。一旦啟動了DMA通道，即可響應連到該通道上的外設的DMA請求。當傳輸一半的數(shù)據(jù)后，半傳輸標志（HTIF）被置1，當設置了允許半傳輸中斷位（HTIE）時，將產(chǎn)生中斷請求。在數(shù)據(jù)傳輸結束后，傳輸完成標志（TCIF）被置1，如果設置了允許傳輸完成中斷位（TCIE），則將產(chǎn)生中斷請求。4. 循環(huán)模式循環(huán)模式用于處理循環(huán)緩沖區(qū)和連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸（如ADC的掃描模式）。DMA_CCR寄存器中的CIRC位用于開啟這一功能。當循環(huán)模式啟動時，要被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)目會自動地被重新裝載成配置通道時設置的初值，DMA操作將會繼續(xù)進行。5.存儲器到存儲器模式DMA通道的操作可以在沒有外設請求的情況下進行，這種操作就是存儲器到存儲器模式。如果設置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位，在軟件設置了DMA_CCRx存器中的EN位啟動DMA通道時，DMA傳輸將馬上開始。當DMA_CNDTRx寄存器為0時，DMA傳輸結束。存儲器到存儲器模式不能與循環(huán)模式同時使用。每個DMA通道都可以在DMA傳輸過半、傳輸完成和傳輸錯誤時產(chǎn)生中斷。為應用的靈活性考慮，通過設置寄存器的不同位來打開這些中斷。相關的中斷事件標志位及對應的使能控制位分別為：1）“傳輸過半”的中斷事件標志位是HTIF，中斷使能控制位是HTIE。2）“傳輸完成”的中斷事件標志位是TCIF，中斷使能控制位是TCIE。3）“傳輸錯誤”的中斷事件標志位是TEIF，中斷使能控制位是TEIE。10.2.4DMA中斷讀寫一個保留的地址區(qū)域，將會產(chǎn)生DMA傳輸錯誤。在DMA讀寫操作期間發(fā)生DMA傳輸錯誤時，硬件會自動清除發(fā)生錯誤的通道所對應的通道配置寄存器（DMA_CCRx）的EN位，該通道操作被停止。此時，在DMA_IFR寄存器中對應該通道的傳輸錯誤中斷標志位（TEIF）將被置位，如果在DMA_CCRx寄存器中設置了傳輸錯誤中斷允許位，則將產(chǎn)生中斷。10.3DMA庫函數(shù)DMA固件庫支持10種庫函數(shù)，如表10-1所示。為了理解這些函數(shù)的具體使用方法，本節(jié)將對這些函數(shù)做詳細介紹。表10-1DMA庫函數(shù)函數(shù)名稱功能DMA_DeInit將DMA的通道x寄存器重設為缺省值DMA_Init根據(jù)DMA_InitStruct中指定的參數(shù)，初始化DMA的通道x寄存器DMA_StructInit把DMA_InitStruct中的每一個參數(shù)按缺省值填入DMA_Cmd使能或者失能指定通道xDMA_ITConfig使能或者失能指定通道x的中斷DMA_GetCurrDataCounter得到當前DMA通道x剩余的待傳輸數(shù)據(jù)數(shù)目DMA_GetFlagStatus檢查指定的DMA通道x標志位設置與否DMA_ClearFlag清除DMA通道x待處理標志位DMA_GetITStatus檢查指定的DMA通道x中斷發(fā)生與否DMA_ClearITPendingBit清除DMA通道x中斷待處理標志位1．函數(shù)DMA_DeInit函數(shù)名：DMA_DeInit。函數(shù)原型：voidDMA_DeInit（DMA_Channel_TypeDef*DMAy_Channelx）。功能描述：DMAy_Channelx寄存器重設為缺省值。輸入?yún)?shù)：DMAy_Channelx，DMAy的通道x，其中y可以是1或2，對于DMA1，x可以是1~7，對于DMA2，x可以是1~5。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*DeinitializetheDMA1Channe22*/DMA_DeInit(DMA1_Channe12);2．函數(shù)DMA_Init函數(shù)名：DMA_Init。函數(shù)原型：voidDMA_Init（DMA_Channel_TypeDef*DMAy_Channelx，DMA_InitTypeDef*DMA_InitStruct）.功能描述：根據(jù)DMA_InitStruct指定的參數(shù)初始化DMAy的通道x寄存器.輸入?yún)?shù)1：DMAy_Channelx，DMAy的通道x，其中y可以是1或2，對于DMAI，x可以是1~7，對于DMA2，x可以是1~5。輸入?yún)?shù)2：DMA_InitStruct，指向結構DMA_InitTypeDef的指針，包含了DMAy通道x的配置信息。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*InitializetheDMA1ChannellaccordingtotheDMA_InitStructuremembers*/DMAInitTypeDefDMA_InitStructure;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=0x40005400;DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr=0x20000100;DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC;DNAInitStructure.DMA_BufferSize=256;DMAInitStructure,DMA_PeripheralInc-DMA_PeripheralInc_Disable;DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc-DMA_MemoryInc_Enable;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;DMAInitStructure,DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Normal;DMAInitStructure,DMA_Priority=DMA_Priority_Medium;DMA_InitStructure,DMA_M2M=DMA_M2M_Disable;DMA_Init(DMA1_Channe11,&DMA_InitStructure);3．函數(shù)DMA＿GetCurrDataCounte函數(shù)名：DMA_GetCurrDataCounter。函數(shù)原型：u16DMA_GetCurrDataCounter（DMA_Channel_TypeDef*DMAy_Channelx）。功能描述：返回當前DMAy通道x剩余的待傳輸數(shù)據(jù)數(shù)目。輸入?yún)?shù)：DMAy_Channelx，選擇DMAy通道x。輸出參數(shù)：無。返回值：當前DMA通道x剩余的待傳輸數(shù)據(jù)數(shù)目。例如：/*GetthenumberofremainingdataunitsinthecurrentDMA1Channe12transfer*/u16CurrDataCount;CurrDataCount-DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channe12);4．函數(shù)DMA＿Cmd函數(shù)名：DMA_Cmd。函數(shù)原型：voidDMA_Cmd（DMA_Channel_TypeDef*DMAy_Channelx，F(xiàn)unctionalStateNewState）。功能描述：使能或者失能指定的通道x。輸入?yún)?shù)1：DMAy_Channelx：選擇DMAy通道x。輸入?yún)?shù)2：NewState，DMA通道x的新狀態(tài)。這個參數(shù)可以取ENABLE或者DISABLE。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*EnableDMA1Channe17*/DMA_Cmd(DMA1_Channe17,ENABLE);5．函數(shù)DMA＿GetFlagStatus函數(shù)名：DMA_GetFlagStatus。函數(shù)原型：FlagStatusDMA_GetFlagStatus（uint32_tDMAy_FLAG）。功能描述：檢查指定的DMAy通道x標志位設置與否。輸入?yún)?shù)：DMAyFLAG，待檢查的DMAy通道x標志位。輸出參數(shù)：無。返回值：DMA_FLAG的新狀態(tài)（SET或者RESET）。例如：/*TestiftheDMA1Channe16halftransferinterruptflagissetornot*/FlagStatusStatus;Status=DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_HT6);6．函數(shù)DMA＿ClearFlag函數(shù)名：DMA_ClearFlag。函數(shù)原型：voidDMA_ClearFlag（u32DMAy_FLAG）。功能描述：清除DMAy通道x待處理標志位。輸入?yún)?shù)：DMAyFLAG，待清除的DMA標志位，使用操作符“|”可以同時選中多個DMA標志位。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*CleartheDMA1Channe13transfererrorinterruptpendingbit*/DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TE3);7．函數(shù)DMA＿ITConfig函數(shù)名：DMA_ITConfig。函數(shù)原型：voidDMA_ITConfig（DMA_Channel_TypeDef*DMAy_Channelx，u32DMA_IT，F(xiàn)unctionalStateNewState）。功能描述：使能或者失能指定的DMAy通道x中斷。輸入?yún)?shù)1：DMAyChannelx，選擇DMAy通道x。輸入?yún)?shù)2：DMA_IT，待使能或者失能的DMA中斷源，使用操作符“|”可以同時選中多個DMA中斷源。輸入?yún)?shù)3：NewState：DMA通道x中斷的新狀態(tài)，這個參數(shù)可以取ENABLE或者DISABLE。輸出參數(shù)：無。返回值：無。DMA_IT輸人參數(shù)DMA＿IT使能或者失能DMAy通道x的中斷?？梢匀”?0-12中的一個或者多個取值的組合作為該參數(shù)的值。表10-12DMA_IT值DMA_IT描述DMA_IT_TC傳輸完成中斷屏蔽DMA_IT_HT傳輸過半中斷屏蔽DMA_IT_TE傳輸錯誤中斷屏蔽例如：/*EnableDMA1Channe15completetransferinterrupt*/DMA_ITConfig（DMA1_Channe15，DMA_IT_TC，ENABLE）；8．函數(shù)DMA_GetITStatus函數(shù)名：DMA_GetITStatus。函數(shù)原型：ITStatusDMA_GetITStatus（uint32_tDMAy_IT）。功能描述：檢查指定的DMAy通道x中斷發(fā)生與否。輸入?yún)?shù)：DMAy_IT，待檢查的DMAy的通道x中斷源。輸出參數(shù)：無。返回值：DMA_IT的新狀態(tài)（SET或者RESET）。10.4DMA應用實例本節(jié)講述一個從存儲器到外設的DMA應用實例。先定義一個數(shù)據(jù)變量，存于SRAM中，通過DMA的方式傳輸?shù)酱诘臄?shù)據(jù)寄存器，然后通過串口把這些數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機顯示出來。DMA的應用廣泛，可完成外設到外設、外設到內(nèi)存、內(nèi)存到外設的傳輸，以使用中斷方式為例，其基本使用流程由3部分構成，即NVIC設置、DMA模式及中斷配置、DMA中斷服務。

1.NVIC設置NVIC設置用來完成中斷分組、中斷通道選擇、中斷優(yōu)先級設置及使能中斷的功能，流程圖如圖4-5所示。2.DMA模式及中斷配置DMA模式及中斷配置用來配置DMA工作模式及開啟DMA中斷，流程圖如圖10-2所示。DMA使用的是AHB總線，使用函數(shù)RCC_AHBPeriphClockCmd（）開啟DMA時鐘。10.4.1DMA配置流程某外設的DMA通道外設基地址是由該設備的外設基地址加上相應數(shù)據(jù)儲存器的偏移地移地址（0x4c）得到的0x4001244C，即為ADC1的DMA通道外設基地址。如果使用內(nèi)存，則基地址為內(nèi)存數(shù)組地址。傳輸方向是針對外設說的，即外設為源或目標。緩沖區(qū)大小可以為0～65536。對于外設，應禁止地址自增；對于存儲器，則需要使用地址自增。數(shù)據(jù)寬度都有3種選擇，即字節(jié)、半字和字，應根據(jù)外設特點選擇相應的寬度。傳輸模式可選普通模式（傳輸一次）或者循環(huán)模式，內(nèi)存到內(nèi)存?zhèn)鬏敃r，只能選擇普通模式。以上參數(shù)在DMA_Init（）函數(shù)中有詳細描述，這里不再贅述。圖10-2DMA模式與中斷配置流程圖3.DMA中斷服務進入定時器中斷后需根據(jù)設計完成響應操作，DMA中斷服務流程圖如圖10-3所示。啟動文件中定義了定時器中斷的入口，對于不同的中斷請求，要采用相應的中斷函數(shù)名。進入中斷后首先要檢測中斷請求是否為所需中斷，以防誤操作。如果是所需中斷，則進行中斷處理，中斷處理完成后清除中斷標志位，避免重復處于中斷。圖10-3DMA中斷服務程序流程圖存儲器到外設模式使用USART1功能，具體電路設置參考圖8-5，無需其他硬件設計。10.4