STM32 DMA通信詳解
DMA(Direct Memory Access，直接內存訪問)是STM32微控制器中一種重要的數據傳輸機制，它允許外設與內存之間或內存與內存之間直接傳輸數據，而無需CPU的干預。這種機制可以顯著提高系統性能，特別是在需要高速數據傳輸或大量數據處理的場景中。
一、DMA基礎概念
1. DMA工作原理
DMA控制器是一種專門設計用于在系統內不同組件之間高效傳輸數據的硬件模塊。其核心工作原理是：
初始化階段：CPU配置DMA控制器，設置源地址、目標地址、傳輸長度等參數
傳輸階段：當外設或軟件觸發DMA請求時，DMA控制器接管總線控制權
數據搬運：DMA控制器直接在源地址和目標地址之間搬運數據
完成通知：傳輸完成后，DMA控制器可以產生中斷通知CPU1
2. STM32 DMA特性
STM32系列MCU的DMA控制器具有以下特點：
多通道設計：如STM32F1系列有2個DMA控制器(DMA1和DMA2)，DMA1有7個通道，DMA2有5個通道1
優先級管理：每個通道有可編程優先級，通過仲裁器處理多個同時請求
多種傳輸模式：支持單次傳輸(Normal)和循環傳輸(Circular)
靈活的數據寬度：支持字節(8位)、半字(16位)和字(32位)傳輸7
二、DMA配置與使用
1. 使用STM32CubeMX配置DMA
STM32CubeMX工具可以簡化DMA的配置過程：
啟用DMA控制器：在"System Core"→"DMA"中啟用所需的DMA控制器
配置DMA通道：
選擇請求源(如USART1_TX/USART1_RX)
設置優先級(低/中/高/非常高)
選擇傳輸模式(Normal或Circular)
配置地址遞增(外設地址通常不遞增，內存地址通常遞增)
設置數據寬度(通常與相關外設匹配)37
配置相關外設：如USART、SPI等，并啟用其DMA功能1
2. DMA編程接口
HAL庫提供了簡潔的DMA API：
// 啟動DMA傳輸 HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, txBuffer, length); HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rxBuffer, length);// DMA傳輸完成回調函數 void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
三、常見DMA應用場景
1. 串口DMA通信
串口使用DMA可以顯著降低CPU負載，特別適合高速或大數據量通信：
發送數據：將數據從內存傳輸到USART_TDR寄存器
接收數據：將數據從USART_RDR寄存器傳輸到內存
不定長數據接收：結合IDLE中斷實現不定長數據接收5
示例代碼：
// 啟用IDLE中斷
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);// IDLE中斷處理
void USART1_IRQHandler(void) {if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE)) {__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);HAL_UART_DMAStop(&huart1);uint16_t len = BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx);// 處理接收到的數據...HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rxBuffer, BUFFER_SIZE);}HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}2. SPI DMA通信
SPI接口使用DMA可以高效傳輸大量數據，特別適合與ADC、DAC、存儲器等外設通信：
配置SPI DMA：
c
// SPI TX DMA配置 hdma_spi1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; hdma_spi1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PERRIPH_INC_DISABLE; hdma_spi1_tx.Init.MemInc = DMA_MEM_INC_ENABLE; // ...其他配置
啟動SPI DMA傳輸：
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, txData, length); HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1, rxData, length); // 或同時收發 HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&hspi1, txData, rxData, length);
3. 內存到內存DMA傳輸
DMA也可以用于高效的內存拷貝操作：
// 配置內存到內存DMA hdma_memtomem.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY; // ...其他配置// 啟動傳輸 HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem, (uint32_t)src, (uint32_t)dest, length);
四、DMA優化技巧
雙緩沖技術：使用兩個緩沖區交替工作，提高吞吐量
數據對齊：確保DMA緩沖區地址與數據寬度對齊
緩存一致性：在Cortex-M7等有緩存的核心上，注意維護緩存一致性
合理設置優先級：根據實時性要求為不同DMA通道設置適當優先級
使用循環模式：對于連續數據流，使用循環模式避免頻繁重新配置7
五、常見問題與調試
DMA傳輸不啟動：
檢查DMA和外設時鐘是否使能
驗證DMA配置參數是否正確
確保DMA請求源與通道映射正確2
數據損壞或丟失：
檢查緩沖區大小是否足夠
驗證地址遞增設置是否正確
確保在傳輸完成前不訪問緩沖區9
性能優化：
使用DMA突發傳輸
合理設置FIFO閾值
考慮使用LL庫以獲得更精細的控制4
六、高級應用
1. DMAMUX (DMA請求復用器)
新型STM32系列(如STM32G0/G4/H7)引入了DMAMUX模塊，它提供了：
更靈活的DMA請求映射
更多觸發源選擇(如GPIO中斷、定時器等)
可配置的請求發生器4
配置示例：
// 使能DMAMUX請求發生器 HAL_DMAEx_EnableMuxRequestGenerator(&hdma_muxgen);// 配置GPIO外部中斷觸發DMA HAL_DMAEx_ConfigMuxRequestGenerator(&hdma_muxgen, &muxgen_config);
2. 分散/聚集DMA
某些高級STM32支持分散/聚集DMA，允許非連續內存區域的傳輸：
// 配置鏈表描述符 DMA_LinkNodeTypeDef node; node.Init.Request = DMA_REQUEST_MEM2MEM; node.Init.BlkHWRequest = DMA_HWREQUEST_SINGLEBURST; // ...其他配置 HAL_DMAEx_List_BuildNode(&node, &node_config);// 創建鏈表 HAL_DMAEx_List_InsertNode(&list, &node);
總結
STM32的DMA功能為高效數據搬運提供了強大支持，合理使用DMA可以：
顯著降低CPU負載，提高系統整體性能
實現更高帶寬的數據傳輸
改善實時性，使CPU能更專注于關鍵任務
降低功耗，特別適合電池供電設備
通過STM32CubeMX工具和HAL庫，開發者可以快速實現各種DMA應用場景，從簡單的內存拷貝到復雜的外設數據流處理。
--（六）--loss)
