单片机dma怎么用（dma 单片机）

摘要： 单片机 DMA 使用指南DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是一种硬件机制，允许外设直接访问内存，无需CPU干预，它通过减少CPU参与数据传输的过程，...

单片机 DMA 使用指南

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是一种硬件机制，允许外设直接访问内存，无需CPU干预，它通过减少CPU参与数据传输的过程，从而提高系统效率，本文将详细介绍如何在单片机中使用DMA技术，包括其基本原理、寄存器配置、传输模式及中断处理。

一、DMA 技术概述

1. DMA简介

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是一种允许外设直接访问内存的硬件技术，DMA通过减少CPU参与数据传输的过程，显著提高了系统效率，DMA控制器负责管理数据传输，从源地址读取数据并写入目标地址，而无需CPU介入。

2. DMA工作原理

DMA控制器是一个独立的硬件模块，负责管理数据传输，当外设需要传输数据时，向DMA控制器发送DMA请求信号（DMAREQ），DMA控制器收到请求后，向CPU发出总线请求信号（HALT），CPU响应请求并释放总线后，DMA控制器开始传输数据，传输完成后，DMA控制器通知CPU操作已完成。

3. DMA的优点

高效率：DMA传输速度通常比CPU直接传输快得多，因为DMA控制器使用专用的硬件电路进行数据传输。

低CPU负载：DMA控制器接管数据传输任务，释放CPU资源，使其可以专注于其他任务。

独立性：DMA控制器独立于CPU工作，在CPU执行其他任务时进行数据传输。

4. DMA控制器架构

STM32单片机中的DMA控制器具有以下架构：

仲裁器：管理多个DMA请求的优先级。

通道：独立通道用于处理特定外设或内存区域的数据传输。

控制器：负责管理DMA传输，包括配置通道、启动传输和处理中断。

二、DMA编程基础

1. DMA寄存器结构

STM32单片机的DMA控制器包含多个寄存器，用于配置和控制DMA传输，主要寄存器包括：

通道x控制寄存器（DMA_Channelx_CCR）：配置DMA通道的传输模式、数据大小、中断使能等参数。

通道x数量寄存器（DMA_Channelx_CNDTR）：指定要传输的数据量。

通道x外设地址寄存器（DMA_Channelx_CPAR）：指定外设的地址。

通道x内存地址寄存器（DMA_Channelx_CMAR）：指定内存的地址。

2. DMA配置和初始化

在使用DMA之前，需要进行配置和初始化，主要包括选择DMA通道、配置寄存器、使能DMA通道等步骤，以下是配置DMA通道1，从外设到内存传输数据的示例代码：

// 配置DMA通道1，从外设传输数据到内存
DMA_Channelx_CCR = DMA_DIR_PERIPHERAL_TO_MEMORY | DMA_MINC_ENABLE | DMA_CIRC_ENABLE | DMA_PSIZE_WORD | DMA_MSIZE_WORD | DMA_MODE_NORMAL;
DMA_Channelx_CNDTR = 100; // 要传输的数据量为100
DMA_Channelx_CPAR = (uint32_t)&USART1>DR; // 外设地址
DMA_Channelx_CMAR = (uint32_t)buffer; // 内存地址
DMA_Channelx_CCR |= DMA_EN; // 使能DMA通道

3. DMA传输模式

DMA支持多种传输模式，包括单次传输、循环传输、内存到内存传输、外设到内存传输和内存到外设传输，具体模式根据实际需求进行选择。

4. DMA中断处理

DMA传输完成或发生错误时，会产生中断，DMA控制器提供以下中断源：

传输完成中断：当DMA传输完成时触发。

半传输完成中断：当DMA传输了一半数据时触发。

传输错误中断：当DMA传输发生错误时触发。

中断处理程序需要读取DMA中断状态寄存器（DMA_ISR）并清除中断标志位，以下是DMA1通道1的传输完成中断处理程序示例：

void DMA1_Channel1_IRQHandler(void) {
    uint32_t isr = DMA1>ISR; // 读取DMA中断状态寄存器
    if (isr & DMA1_IT_TCIF1) { // 检查传输完成中断标志位
        DMA1>IFCR |= DMA1_IFCR_CTCIF1; // 清除中断标志位
        // 执行传输完成后的操作
    }
}

三、DMA实战应用

1. 数据传输场景描述

在实际项目中，DMA技术广泛应用于各种数据传输场景，将ADC采集的数据传输到内存中进行处理，或者从内存中传输数据到外设，以下是一个典型的应用场景：将ADC1采集的数据传输到内存缓冲区中进行处理。

2. DMA配置步骤

以下是配置DMA进行ADC1数据采集的具体步骤：

1、选择DMA通道：根据外设和传输方向选择合适的DMA通道。

2、配置DMA寄存器：设置DMA通道控制寄存器（DMA_Channelx_CCR）、数据数量寄存器（DMA_Channelx_CNDTR）、外设地址寄存器（DMA_Channelx_CPAR）和内存地址寄存器（DMA_Channelx_CMAR）。

3、使能DMA通道：使能DMA通道以开始数据传输。

4、配置中断：配置DMA传输完成中断，以便在传输完成后执行相应操作。

3. 逻辑分析与代码实现

以下是完整的代码实现：

#include "stm32f10x.h"
// DMA初始化结构体
typedef struct {
    uint32_t PeripheralBaseAddr; // 外设基地址
    uint32_t MemoryBaseAddr;     // 内存基地址
    uint32_t Dir;                 // 数据传输方向
    uint32_t BufferSize;          // 数据量
    uint32_t PeripheralInc;      // 外设地址增量
    uint32_t MemoryInc;          // 内存地址增量
    uint32_t PeripheralDataSize;  // 外设数据大小
    uint32_t MemoryDataSize;      // 内存数据大小
    uint32_t Mode;                // 传输模式
    uint32_t Priority;            // 优先级
    uint32_t Mem2Mem;             // 内存到内存模式
    uint32_t FIFOMode;           // FIFO模式
    uint32_t FIFOThreshold;       // FIFO阈值
} DMA_InitTypeDef;
// DMA初始化函数
void DMA_Config(DMA_InitTypeDef* DMA_InitStruct) {
    // 根据外设基地址选择DMA通道
    uint32_t DMAy_Channel = 0;
    if (DMA_InitStruct>PeripheralBaseAddr == USART1>DR) {
        DMAy_Channel = DMA1_Channel4; // 假设USART1使用DMA1通道4
    } else if (DMA_InitStruct>PeripheralBaseAddr == SPI1>DR) {
        DMAy_Channel = DMA1_Channel3; // 假设SPI1使用DMA1通道3
    } else {
        // 其他外设...
    }
    // 配置DMA通道控制寄存器
    DMA_Channelx_CCR = DMA_DIR_PERIPHERAL_TO_MEMORY | DMA_MINC_ENABLE | DMA_CIRC_ENABLE | DMA_PSIZE_WORD | DMA_MSIZE_WORD | DMA_MODE_NORMAL;
    DMA_Channelx_CNDTR = DMA_InitStruct>BufferSize; // 要传输的数据量
    DMA_Channelx_CPAR = DMA_InitStruct>PeripheralBaseAddr; // 外设地址
    DMA_Channelx_CMAR = DMA_InitStruct>MemoryBaseAddr; // 内存地址
    DMA_Channelx_CCR |= DMA_EN; // 使能DMA通道
}
// DMA中断处理函数
void DMA1_Channel4_IRQHandler(void) {
    uint32_t isr = DMA1>ISR; // 读取DMA中断状态寄存器
    if (isr & DMA1_IT_TCIF4) { // 检查传输完成中断标志位
        DMA1>IFCR |= DMA1_IFCR_CTCIF4; // 清除中断标志位
        // 执行传输完成后的操作
    }
}
int main(void) {
    // 系统初始化代码...
    // DMA配置
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
    DMA_InitStruct.PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1>DR; // 外设基地址
    DMA_InitStruct.MemoryBaseAddr = (uint32_t)buffer; // 内存基地址
    DMA_InitStruct.Dir = DMA_DIR_PERIPHERAL_TO_MEMORY; // 数据传输方向
    DMA_InitStruct.BufferSize = 100; // 要传输的数据量
    DMA_InitStruct.PeripheralInc = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE; // 外设地址不增量
    DMA_InitStruct.MemoryInc = DMA_MEMORY_INC_ENABLE; // 内存地址增量
    DMA_InitStruct.PeripheralDataSize = DMA_PDATAALIGN_WORD; // 外设数据大小为字
    DMA_InitStruct.MemoryDataSize = DMA_MDATAALIGN_WORD; // 内存数据大小为字
    DMA_InitStruct.Mode = DMA_MODE_NORMAL; // 传输模式为普通模式
    DMA_InitStruct.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH; // 优先级为高
    DMA_InitStruct.Mem2Mem = DMA_M2M_DISABLE; // 非内存到内存模式
    DMA_InitStruct.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE; // 非FIFO模式
    DMA_InitStruct.FIFOThreshold = DMA_FIFOTHRESHOLD_HALFFULL; // FIFO阈值为半满
    // 调用DMA初始化函数
    DMA_Config(&DMA_InitStruct);
    // 主循环代码...
    while (1) {
        // 用户代码...
    }
}

四、常见问题解答与FAQs

1. DMA故障排除技巧

检查外设地址和内存地址是否正确：确保外设和内存地址正确无误。

确认数据传输方向：确保配置的数据传输方向正确。

验证中断配置：确保中断配置正确，并且中断服务程序能够正确执行。

检查DMA通道状态：检查DMA通道状态寄存器，确认是否有错误发生。

调试工具：使用调试工具监控DMA寄存器和中断状态，找出问题所在。

2. DMA相关常见问题解答

问：如何确定DMA传输是否成功？

答：可以通过检查DMA中断状态寄存器（DMA_ISR）中的传输完成中断标志位（如DMA1_IT_TCIF1）来判断DMA传输是否成功，如果该标志位被置位，表示传输成功，还可以检查DMA通道状态寄存器（DMA_Channelx_CCR）中的EN位是否被置位，以确认DMA通道是否已使能。

问：如何处理DMA传输错误？

答：当DMA传输发生错误时，会触发传输错误中断，可以通过检查DMA中断状态寄存器（DMA_ISR）中的传输错误中断标志位（如DMA1_IT_TEIF1）来确定是否有错误发生，可以读取DMA通道状态寄存器（DMA_Channelx_CCR）中的错误代码位（如DMA1_IT_TEIF1），以获取更详细的错误信息，根据错误信息采取相应的措施，如重新配置DMA通道或重启外设。

问：如何优化DMA传输性能？

答：为了优化DMA传输性能，可以考虑以下几点：

使用双缓冲技术：通过交替使用两个缓冲区，可以在一个缓冲区正在进行DMA传输时，准备另一个缓冲区的数据，从而减少等待时间。

调整FIFO设置：根据实际应用需求调整FIFO的大小和阈值，以平衡传输效率和实时性。

合理设置优先级：根据任务的重要性合理设置DMA通道的优先级，确保关键任务得到及时处理。

避免频繁切换通道：尽量减少DMA通道的频繁切换，以降低开销。

使用高效的数据结构：优化数据结构，减少数据传输过程中的拷贝次数，提高传输效率。