詳述單片機(jī)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(chǔ)器訪問。
DMA傳輸將數(shù)據(jù)從一個(gè)地址空間復(fù)制到另一個(gè)地址空間，提供在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。
我們知道CPU有轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)、計(jì)算、控制程序轉(zhuǎn)移等很多功能，系統(tǒng)運(yùn)作的核心就是CPU，
CPU無時(shí)不刻的在處理著大量的事務(wù)，但有些事情卻沒有那么重要，比方說數(shù)據(jù)的復(fù)制和存儲(chǔ)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(fù)雜計(jì)算事務(wù)，是不是能夠更好的利用CPU的資源呢？
因此：轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)（尤其是轉(zhuǎn)移大量數(shù)據(jù)）是可以不需要CPU參與。比如希望外設(shè)A的數(shù)據(jù)拷貝到外設(shè)B，只要給兩種外設(shè)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(jīng)過CPU的處理，

　DMA就是基于以上設(shè)想設(shè)計(jì)的，它的作用就是解決大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過度消耗CPU資源的問題。有了DMA使CPU更專注于更加實(shí)用的操作–計(jì)算、控制等。
DMA定義：DMA用來提供在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。無須CPU的干預(yù)，通過DMA數(shù)據(jù)可以快速地移動(dòng)。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(shí)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(zhì)上是一樣的，都是從內(nèi)存的某一區(qū)域傳輸?shù)絻?nèi)存的另一區(qū)域（外設(shè)的數(shù)據(jù)寄存器本質(zhì)上就是內(nèi)存的一個(gè)存儲(chǔ)單元）。四種情況的數(shù)據(jù)傳輸如下：
外設(shè)到內(nèi)存內(nèi)存到外設(shè)內(nèi)存到內(nèi)存外設(shè)到外設(shè)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(biāo)地址 ，3 傳遞數(shù)據(jù)多少的數(shù)據(jù)傳輸量 ，4 進(jìn)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(gè)
當(dāng)用戶將參數(shù)設(shè)置好，主要涉及源地址、目標(biāo)地址、傳輸數(shù)據(jù)量這三個(gè)，DMA控制器就會(huì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)剩余傳輸數(shù)據(jù)量為0時(shí) 達(dá)到傳輸終點(diǎn)，結(jié)束DMA傳輸 ，當(dāng)然，DMA 還有循環(huán)傳輸模式 當(dāng)?shù)竭_(dá)傳輸終點(diǎn)時(shí)會(huì)重新啟動(dòng)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(dòng)狀態(tài)，那么就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸�！　�

DMA的主要特征每個(gè)通道都直接連接專用的硬件DMA請(qǐng)求，每個(gè)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(gè)DMA模塊上，多個(gè)請(qǐng)求間的優(yōu)先權(quán)可以通過軟件編程設(shè)置（共有四級(jí)：很高、高、中等和低），優(yōu)先權(quán)設(shè)置相等時(shí)由硬件決定（請(qǐng)求0優(yōu)先于請(qǐng)求1，依此類推）；獨(dú)立數(shù)據(jù)源和目標(biāo)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(biāo)地址必須按數(shù)據(jù)傳輸寬度對(duì)齊；支持循環(huán)的緩沖器管理；每個(gè)通道都有3個(gè)事件標(biāo)志（DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯(cuò)），這3個(gè)事件標(biāo)志邏輯或成為一個(gè)單獨(dú)的中斷請(qǐng)求；存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器間的傳輸、外設(shè)和存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器和外設(shè)之間的傳輸；閃存、SRAM、外設(shè)的SRAM、APB1、APB2和AHB外設(shè)均可作為訪問的源和目標(biāo)；可編程的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)目：最大為65535。STM32少個(gè)DMA資源？對(duì)于大容量的STM32芯片有2個(gè)DMA控制器 兩個(gè)DMA控制器，DMA1有7個(gè)通道，DMA2有5個(gè)通道。每個(gè)通道都可以配置一些外設(shè)的地址。
①DMA1 controller
從外設(shè)（TIMx[x=1、2、3、4]、ADC1、SPI1、SPI/I2S2、I2Cx[x=1、2]和USARTx[x=1、2、3]）產(chǎn)生的7個(gè)DMA請(qǐng)求，通過邏輯或輸入到DMA1控制器 其中每個(gè)通道都對(duì)應(yīng)著具體的外設(shè)：


② DMA2 controller
從外設(shè)（TIMx[5、6、7、8]、ADC3、SPI/I2S3、UART4、DAC通道1、2和SDIO）產(chǎn)生的5個(gè)請(qǐng)求，經(jīng)邏輯或輸入到DMA2控制器，其中每個(gè)通道都對(duì)應(yīng)著具體的外設(shè)：


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(nèi)核，存儲(chǔ)器，外設(shè)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(jié)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移都經(jīng)過總線矩陣的協(xié)調(diào)，使各個(gè)外設(shè)和諧的使用總線來傳輸數(shù)據(jù)。我們對(duì)他來進(jìn)行一點(diǎn)一點(diǎn)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(nèi)核作為中轉(zhuǎn)站，比如要將ADC采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到到SRAM中，這個(gè)過程是這樣的：
內(nèi)核通過DCode經(jīng)過總線矩陣協(xié)調(diào)，從獲取AHB存儲(chǔ)的外設(shè)ADC采集的數(shù)據(jù)，
然后內(nèi)核再通過DCode經(jīng)過總線矩陣協(xié)調(diào)把數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存SRAM中。