DMA（Direct Memory Access，直接内存访问） 是一种允许外设直接与系统内存进行数据传输，而无需经过CPU的技术。在STM32微控制器中，DMA技术极大地提高了数据传输效率，降低了CPU的负担，从而提升系统整体性能。

1. DMA的基本概念

• 工作原理：DMA控制器能够在外设和内存之间进行数据传输，而无需CPU介入。CPU只需初始化传输参数，DMA控制器便会自动完成数据传输任务。

• 优点：

  • 减轻CPU负担：CPU无需参与数据传输过程，可以处理其他任务，提高系统响应速度。
  • 高效的数据传输：DMA能够在总线空闲时进行数据传输，提高总线利用率。
  • 降低功耗：减少CPU的工作量，有助于降低系统功耗，尤其在低功耗应用中尤为重要。

2. STM32中的DMA模块

STM32系列微控制器通常集成多个DMA控制器，每个控制器包含多个DMA通道。不同的STM32系列（如F1、F4、L4等）在DMA模块的数量和功能上可能有所不同，但基本原理相似。

• DMA控制器：负责管理多个DMA通道，协调数据传输任务。
• DMA通道：每个通道可以独立配置，用于特定的外设或数据传输任务。

3. DMA的工作模式

STM32的DMA支持多种工作模式，以适应不同的应用需求：

• 内存到内存模式（Memory-to-Memory）：在两个内存区域之间传输数据，不经过外设。
• 外设到内存模式（Peripheral-to-Memory）：从外设（如USART、ADC）读取数据并存储到内存。
• 内存到外设模式（Memory-to-Peripheral）：从内存读取数据并传输到外设（如USART、DAC）。

此外，DMA还支持：

• 循环模式（Circular Mode）：数据传输完成后自动重新开始，适用于需要持续数据流的应用，如音频采集。
• 双缓冲模式（Double Buffer Mode）：使用两个内存缓冲区，交替进行数据传输，提高数据处理效率。

4. DMA的配置步骤

在STM32中配置DMA通常包括以下步骤：

1. 启用DMA时钟：通过配置相应的时钟寄存器，确保DMA控制器的时钟信号开启。

   __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
   

2. 配置DMA通道：

   • 选择通道：根据外设选择合适的DMA通道。
   • 配置传输方向：内存到外设、外设到内存或内存到内存。
   • 数据大小：设置源和目的地的数据宽度（如8位、16位、32位）。
   • 传输模式：如普通模式或循环模式。
   • 优先级：设置通道优先级，决定在多个通道同时请求时的处理顺序。

   DMA_HandleTypeDef hdma;
   hdma.Instance = DMA1_Stream1;
   hdma.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;
   hdma.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
   hdma.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
   hdma.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
   hdma.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
   hdma.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
   hdma.Init.Mode = DMA_NORMAL;
   hdma.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
   HAL_DMA_Init(&hdma);
   

3. 链接DMA与外设：将DMA通道与具体的外设进行绑定，如USART、ADC等。

   __HAL_LINKDMA(&huart, hdmatx, hdma);
   

4. 配置中断（可选）：根据需要配置DMA传输完成、半完成或错误中断，便于在传输完成后进行相应处理。

   HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream1_IRQn, 0, 0);
   HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Stream1_IRQn);
   

5. 启动DMA传输：调用相应的HAL库函数或直接操作寄存器启动数据传输。

   HAL_DMA_Start_IT(&hdma, (uint32_t)source, (uint32_t)destination, data_length);
   

5. DMA在常见外设中的应用

• USART（串口通信）：通过DMA进行数据的发送和接收，可以实现高速数据传输，减少CPU的干预。

  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart, buffer, length);
  HAL_UART_Receive_DMA(&huart, buffer, length);
  

• ADC（模数转换器）：使用DMA自动将ADC转换结果存储到内存，适合采集大量连续数据，如传感器数据采集。

  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc, buffer, length);
  

• SPI/I2C：通过DMA进行高速数据传输，适用于需要大量数据交换的应用，如存储设备通信。

6. DMA与中断的协同工作

虽然DMA能够独立完成数据传输，但通常会与中断机制结合使用，以实现更灵活和高效的系统设计。例如，当DMA传输完成时，可以触发中断，通知CPU进行后续处理，如数据解析或下一步操作。

void DMA1_Stream1_IRQHandler(void)
{HAL_DMA_IRQHandler(&hdma);
}void HAL_DMA_TxCpltCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma)
{// 传输完成后的处理
}

7. DMA的注意事项

• 内存对齐：某些DMA传输要求源地址和目的地址对齐，避免数据错误。
• 缓存一致性：在使用带缓存的系统中，需确保缓存与内存的一致性，防止数据传输错误。
• 优先级管理：合理设置DMA通道的优先级，避免高优先级通道频繁占用总线，导致低优先级任务延迟。
• 资源冲突：确保多个DMA通道之间没有资源冲突，如同一外设的多次访问需合理分配通道。

8. 实际应用示例

使用DMA进行USART数据传输

以下是一个使用DMA进行USART数据发送和接收的简单示例：

1. 初始化USART和DMA：

   // USART初始化代码
   MX_USART2_UART_Init();// DMA初始化代码
   MX_DMA_Init();
   

2. 发送数据：

   uint8_t txBuffer[] = "Hello DMA!";
   HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, txBuffer, sizeof(txBuffer));
   

3. 接收数据：

   uint8_t rxBuffer[10];
   HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rxBuffer, sizeof(rxBuffer));
   

4. 处理传输完成中断：

   void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   {// 发送完成后的处理
   }void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   {// 接收完成后的处理
   }
   

9. 总结

DMA技术在STM32微控制器中扮演着至关重要的角色，通过高效的数据传输机制，显著提升了系统性能和响应速度。在实际应用中，合理配置和使用DMA，可以使系统设计更加优化，满足复杂和高性能的应用需求。掌握DMA的工作原理、配置方法及其在不同外设中的应用，是深入理解和高效使用STM32微控制器的重要步骤。