詳述單片機DMA工作原理

嵌入式專欄

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DMA，全稱Direct Memory Access，即直接存儲器訪問。
DMA傳輸將數(shù)據(jù)從一個地址空間復制到另一個地址空間，提供在外設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。
我們知道CPU有轉移數(shù)據(jù)、計算、控制程序轉移等很多功能，系統(tǒng)運作的核心就是CPU，
CPU無時不刻的在處理著大量的事務，但有些事情卻沒有那么重要，比方說數(shù)據(jù)的復制和存儲數(shù)據(jù)，如果我們把這部分的CPU資源拿出來，讓CPU去處理其他的復雜計算事務，是不是能夠更好的利用CPU的資源呢？
因此：轉移數(shù)據(jù)（尤其是轉移大量數(shù)據(jù)）是可以不需要CPU參與。比如希望外設A的數(shù)據(jù)拷貝到外設B，只要給兩種外設提供一條數(shù)據(jù)通路，直接讓數(shù)據(jù)由A拷貝到B 不經過CPU的處理，

　DMA就是基于以上設想設計的，它的作用就是解決大量數(shù)據(jù)轉移過度消耗CPU資源的問題。有了DMA使CPU更專注于更加實用的操作–計算、控制等。
DMA定義：DMA用來提供在外設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的干預，通過DMA數(shù)據(jù)可以快速地移動。這就節(jié)省了CPU的資源來做其他操作。
DMA傳輸方式DMA的作用就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的直接傳輸，而去掉了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需要CPU寄存器參與的環(huán)節(jié)，主要涉及四種情況的數(shù)據(jù)傳輸，但本質上是一樣的，都是從內存的某一區(qū)域傳輸?shù)絻却娴牧硪粎^(qū)域（外設的數(shù)據(jù)寄存器本質上就是內存的一個存儲單元）。四種情況的數(shù)據(jù)傳輸如下：
外設到內存內存到外設內存到內存外設到外設DMA傳輸參數(shù)我們知道，數(shù)據(jù)傳輸，首先需要的是1 數(shù)據(jù)的源地址 2 數(shù)據(jù)傳輸位置的目標地址 ，3 傳遞數(shù)據(jù)多少的數(shù)據(jù)傳輸量 ，4 進行多少次傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?/strong> DMA所需要的核心參數(shù)，便是這四個
當用戶將參數(shù)設置好，主要涉及源地址、目標地址、傳輸數(shù)據(jù)量這三個，DMA控制器就會啟動數(shù)據(jù)傳輸，當剩余傳輸數(shù)據(jù)量為0時 達到傳輸終點，結束DMA傳輸 ，當然，DMA 還有循環(huán)傳輸模式 當?shù)竭_傳輸終點時會重新啟動DMA傳輸�！　�
也就是說只要剩余傳輸數(shù)據(jù)量不是0，而且DMA是啟動狀態(tài)，那么就會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸�！　�

DMA的主要特征每個通道都直接連接專用的硬件DMA請求，每個通道都同樣支持軟件觸發(fā)。這些功能通過軟件來配置；
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（共有四級：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，依此類推）；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），模擬打包和拆包的過程。源和目標地址必須按數(shù)據(jù)傳輸寬度對齊；支持循環(huán)的緩沖器管理；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個事件標志邏輯或成為一個單獨的中斷請求；存儲器和存儲器間的傳輸、外設和存儲器、存儲器和外設之間的傳輸；閃存、SRAM、外設的SRAM、APB1、APB2和AHB外設均可作為訪問的源和目標；可編程的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)目：最大為65535。STM32少個DMA資源？對于大容量的STM32芯片有2個DMA控制器 兩個DMA控制器，DMA1有7個通道，DMA2有5個通道。每個通道都可以配置一些外設的地址。
①DMA1 controller
從外設（TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3]）產生的7個DMA請求，通過邏輯或輸入到DMA1控制器 其中每個通道都對應著具體的外設：


② DMA2 controller
從外設（TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO）產生的5個請求，經邏輯或輸入到DMA2控制器，其中每個通道都對應著具體的外設：


這些在下方系統(tǒng)框圖中也可以清晰地看到
DMA工作系統(tǒng)框圖

上方的框圖，我們可以看到STM32內核，存儲器，外設及DMA的連接，這些硬件最終通過各種各樣的線連接到總線矩陣中，硬件結構之間的數(shù)據(jù)轉移都經過總線矩陣的協(xié)調，使各個外設和諧的使用總線來傳輸數(shù)據(jù)。我們對他來進行一點一點的分析：
下面看有與沒有DMA的情況下，ADC采集的數(shù)據(jù)是怎樣存放到SRAM中的？
沒有DMA
1.如果沒有DMA,CPU傳輸數(shù)據(jù)還要以內核作為中轉站，比如要將ADC采集的數(shù)據(jù)轉移到到SRAM中，這個過程是這樣的：
內核通過DCode經過總線矩陣協(xié)調，從獲取AHB存儲的外設ADC采集的數(shù)據(jù)，
然后內核再通過DCode經過總線矩陣協(xié)調把數(shù)據(jù)存放到內存SRAM中。