如何进行stm32 DMA使用

发布时间：2022-01-05 19:32:29 作者：柒染
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# 如何进行STM32 DMA使用

## 1. DMA基础概念

### 1.1 什么是DMA
DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是一种允许外设与内存之间直接传输数据的技术，无需CPU的干预。在STM32微控制器中，DMA控制器可以大幅提升数据传输效率，特别适用于高速数据采集、通信接口等场景。

### 1.2 DMA的优势
- **降低CPU负载**：数据传输过程不需要CPU参与
- **提高系统效率**：CPU可以同时处理其他任务
- **高速传输**：专门优化的数据传输通道
- **低功耗**：减少CPU工作时间

### 1.3 STM32中的DMA资源
不同STM32系列DMA配置不同：
- F1系列：2个DMA控制器（DMA1/DMA2），共12个通道
- F4/F7/H7系列：2个DMA控制器（DMA1/DMA2），最多16个通道
- 部分型号还包含DMA2D（图形加速器）

## 2. DMA工作原理

### 2.1 DMA传输要素
| 要素 | 说明 |
|------|------|
| 源地址 | 数据传输的起始地址 |
| 目标地址 | 数据传输的目的地址 |
| 传输计数器 | 需要传输的数据量 |
| 传输模式 | 单次/循环传输等 |

### 2.2 DMA传输流程
1. 外设或软件触发DMA请求
2. DMA控制器接管总线
3. 数据直接从源地址传输到目标地址
4. 传输完成后产生中断（可选）

### 2.3 DMA仲裁机制
当多个DMA请求同时发生时：
- 通道优先级决定处理顺序
- 软件可配置优先级（低/中/高/最高）

## 3. HAL库DMA配置步骤

### 3.1 初始化DMA通道
```c
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;

hdma_usart1_tx.Instance = DMA1_Channel4;
hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;

HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx);

3.2 关联外设与DMA

// 关联USART1发送DMA
__HAL_LINKDMA(&huart1, hdmatx, hdma_usart1_tx);

// 或者直接配置
huart1.Instance->CR3 |= USART_CR3_DMAT;

3.3 启动DMA传输

uint8_t dataBuffer[128];
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, dataBuffer, sizeof(dataBuffer));

3.4 中断处理（可选）

void DMA1_Channel4_IRQHandler(void)
{
    HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_usart1_tx);
}

// 回调函数
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart->Instance == USART1) {
        // 传输完成处理
    }
}

4. 常用DMA传输模式

4.1 内存到外设模式

典型应用： - UART发送数据 - SPI发送数据 - DAC输出

4.2 外设到内存模式

典型应用： - ADC采集数据 - UART接收数据 - I2S音频输入

4.3 内存到内存模式

uint32_t srcBuffer[256], destBuffer[256];
HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem, (uint32_t)srcBuffer, (uint32_t)destBuffer, 256);
while(HAL_DMA_GetState(&hdma_memtomem) != HAL_DMA_STATE_READY);

4.4 循环模式

适用于需要持续更新的场景： - 双缓冲ADC采集 - 实时波形输出

hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;

5. 实际应用案例

5.1 ADC多通道扫描+DMA

// ADC配置
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;

// DMA配置
hdma_adc1.Instance = DMA2_Channel0;
hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;

// 启动转换
uint16_t adcValues[4];
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adcValues, 4);

5.2 SPI双缓冲传输

// 双缓冲配置
__HAL_DMA_ENABLE_IT(&hdma_spi1_tx, DMA_IT_TC | DMA_IT_HT);

uint8_t buffer1[256], buffer2[256];
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, buffer1, 256);

// 中断回调
void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
    // 处理buffer1数据
}

void HAL_SPI_TxHalfCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi) 
{
    // 处理buffer2数据
}

6. DMA优化技巧

6.1 性能优化

合理设置数据对齐（32位对齐最佳）
使用突发传输（F4/F7/H7系列支持）
优化存储器访问顺序

6.2 内存管理技巧

使用__attribute__((aligned(4)))确保内存对齐
避免缓存一致性问题（带Cache的型号）
使用DMA专用内存区域（如H7的DTCM）

6.3 调试技巧

检查DMA状态寄存器
使用断点观察传输进度
验证源/目标地址有效性

7. 常见问题解决

7.1 DMA传输不启动

检查时钟是否使能
验证DMA通道与外设匹配
确认传输计数器不为零

7.2 数据错位

检查数据对齐设置
确认内存/外设地址递增设置
验证数据大小匹配

7.3 传输不完整

检查传输计数器配置
验证中断优先级设置
确认没有更高优先级的DMA请求

8. 进阶应用

8.1 使用DMA实现内存搬运加速

// 启用DMA2D（图形加速）
hdma2d.Init.Mode = DMA2D_M2M;
hdma2d.Init.ColorMode = DMA2D_OUTPUT_RGB565;
hdma2d.Init.OutputOffset = 0;
HAL_DMA2D_Init(&hdma2d);

// 执行传输
HAL_DMA2D_Start(&hdma2d, srcAddr, dstAddr, width, height);

8.2 多DMA协同工作

通过事件链接多个DMA：

// F7/H7系列支持
hdma_memtomem.XferCpltCallback = &DMA1_Callback;
hdma_memtomem.XferM1CpltCallback = &DMA2_Callback;

9. 总结

STM32的DMA功能为高效数据搬移提供了强大支持。通过合理配置可以： 1. 释放CPU资源用于关键任务 2. 实现高速数据传输 3. 构建低功耗应用系统

实际开发中建议： - 参考对应型号的参考手册 - 使用STM32CubeMX进行可视化配置 - 充分测试DMA传输稳定性

注意：不同STM32系列的DMA实现有差异，具体使用时请以对应型号的参考手册为准。 “`

这篇文章涵盖了STM32 DMA使用的关键知识点，包括： 1. 基础概念和工作原理 2. 详细配置步骤（HAL库） 3. 多种应用场景实例 4. 性能优化和调试技巧 5. 常见问题解决方案

全文约2200字，采用Markdown格式，包含代码示例、表格和结构化章节，便于阅读和理解。