二十、DMA原理介绍
1.数据的传输方式
一般情况下实现存储器和外设之间的数据传输，有三种常用的方法：
轮询法（polling）：在主循环中，CPU不断检查外设的相关标志位，来判断其是否需要进行数据的传输，如果需要，则CPU将数据在外设和内存之间搬运，实现数据传输。当数据传输服务请求频繁或者传输的数据量很大时，会影响其他任务的实时性。
中断法（interrupt）：当外设需要传输数据时，会触发中断，CPU会暂停正在处理的任务，转而去执行中断服务函数，接着处理外设的数据传输任务。CPU无需反复检查外设的标志位，中断机制会指示CPU何时去处理外设数据，但是依然需要CPU去完成数据搬运和传输过程。当外设数据传输服务不频繁且数据量不大时，中断法也是不错的选择。当中断连续不断且频繁发生时，中断法变得不再高效，因为在恢复主流程的执行和中断相应的上下文切换会占用大量的CPU时间。
DMA：DMA控制器是单片机中的硬件单元，它在存储器和外设之间有专用的通道，允许外设和存储器之间高效传输数据，且传输过程无需CPU参与。 综上可见DMA是一种高效的数据传输方式。
2. 什么是DMA
直接存储器访问（DMA）是一种高效的数据传输方式，它允许外设或内存直接与存储器进行数据交换，而无需CPU的介入。这样可以显著提高数据处理的效率，减轻CPU的负担。
3. STM32的DMA介绍
STM32F103C8T6有两个DMA控制器（DMA1，DMA2），DMA(DMA1上有7个通道， DMA2上有5个通道)可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输； 2个DMA控制器支持环形缓冲区的管理，避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。
每个通道都有专门的硬件DMA请求逻辑，同时可以由软件触发每个通道；传输的长度、传输的源地址和目标地址都可以通过软件单独设置。
关于DMA的主要特性在中文参考手册的第142页，如图所示（部分截图）:
4. DMA的主要特性
- 独立的可配置通道
DMA通常包含多个独立的通道，每个通道可以被配置为执行特定的数据传输任务。在你提到的情况中，DMA1有7个通道，而DMA2有5个通道，共计12个独立的通道。这些通道可以根据需要独立配置和使用。
- 硬件和软件触发
每个DMA通道都可以通过专用的硬件请求或软件触发来启动数据传输。这提供了灵活性，允许根据外设的信号或程序的需求来启动传输。
- 优先级设置
DMA支持通过软件编程设置通道之间的优先级，共有四个等级：很高、高、中等和低。当多个通道同时请求DMA服务时，优先级高的通道会先被服务。如果优先级相同，则根据通道编号的先后顺序（较小的编号具有较高的优先级）来决定服务顺序。
- 数据传输宽度和地址对齐
DMA支持不同的数据传输宽度，包括字节、半字和全字。这意味着可以根据需要选择最适合的数据大小进行传输。同时，源和目标地址必须根据数据传输宽度进行对齐，以确保数据的正确传输。
- 循环缓冲器管理
DMA支持循环缓冲器管理，这对于需要连续传输数据的应用（如音频或视频流）非常有用。在循环模式下，DMA可以在到达缓冲区末尾时自动返回到开始位置，无需CPU干预。
- 事件标志和中断
每个DMA通道都有三个事件标志：半传输、传输完成和传输出错。这些事件可以触发中断，允许软件响应DMA传输的不同阶段或错误情况。
- 存储器到存储器的传输
DMA支持存储器到存储器的传输，这意味着可以直接在两个存储器地址之间传输数据，无需外设介入。
- 外设和存储器之间的传输
DMA支持从外设到存储器以及从存储器到外设的数据传输。这对于处理外设数据（如ADC转换结果或UART接收的数据）非常有用。
- 支持的存储器和外设
DMA可以访问多种类型的存储器和外设，包括闪存、SRAM、外设的SRAM以及通过APB1、APB2和AHB总线连接的外设。
- 可编程的数据传输数目
DMA传输的数据量可以通过软件编程设置，最大支持65535个单位的数据传输。
相关截图：
5. DMA外设请求映射
DMA1和DMA2的外设请求映射分别如下图所示：
6. 仲裁
每个DMA控制器有两个分别对应于外设和存储器的仲裁器。当DMA控制器在同一时间接收到多个外设请求时，仲裁器将根据外设请求的优先级来决定响应哪一个外设请求。
优先权管理分2个阶段：
软件：每个通道的优先权可以在DMA_CCRx寄存器中设置，有4个等级：
最高优先级
高优先级
中等优先级
低优先级
硬件：如果2个请求有相同的软件优先级，则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。
举个例子，通道2优先于通道4。
7. 地址生成算法
STM32F103C8T6的DMA（直接存储器访问）控制器允许在外设和内存之间进行高效的数据传输，而无需CPU的介入。DMA传输过程中的地址生成是根据预设的配置自动进行的，这包括源地址、目标地址以及它们的增量设置。
7.1 源地址和目标地址
源地址（Source Address）：这是数据传输开始的地址。根据传输的类型，它可以是内存地址或外设寄存器的地址。
目标地址（Destination Address）：这是数据传输结束的地址，同样可以是内存地址或外设寄存器的地址。
7.2 地址增量设置
在DMA传输过程中，每次数据传输后，源地址和目标地址可以根据配置自动增加或保持不变。这主要通过以下两个设置控制：
源地址增量（Source Address Increment）：在每次数据传输后，如果启用了源地址增量，源地址将根据设置的增量大小（通常是数据宽度，如8位、16位或32位）自动增加。如果未启用，源地址将保持不变，这在从单一外设寄存器连续读取数据时很有用。
目标地址增量（Destination Address Increment）：与源地址增量类似，目标地址在每次数据传输后也可以根据设置的增量大小自动增加，或者保持不变。
7.3 地址生成算法
基于上述设置，DMA的地址生成算法可以概括为：
初始化：在DMA传输开始前，源地址和目标地址被初始化为预设的起始地址。
数据传输：每次传输一个数据单元（根据配置的数据宽度，可以是8位、16位或32位）。
地址更新：
如果启用了源地址增量，源地址将根据数据宽度自动增加。
如果启用了目标地址增量，目标地址将根据数据宽度自动增加。
重复步骤2和3，直到完成预设数量的数据传输。
8. 循环模式
循环模式是STM32F103C8T6等STM32系列微控制器的DMA（直接存储器访问）功能中的一个重要特性，它特别适用于需要连续数据传输的场景，如ADC连续采样、定时器产生的周期性事件等。在循环模式下，DMA传输完成一轮设定的数据量后，会自动重新开始，无需CPU介入重新配置DMA，从而实现了数据的连续传输。
CIRC位：在DMA通道的控制寄存器（DMA_CCRx）中，有一个名为CIRC（循环模式）的位。当这个位被设置（即CIRC=1）时，循环模式被激活。
自动重置：在循环模式下，当DMA完成一次预设数量的数据传输后，不会停止工作。相反，它会自动将数据计数器重置为初始配置的值，然后继续进行下一轮的数据传输。
连续传输：这意味着DMA会不断地循环传输数据，直到CIRC位被清除（即CIRC=0），或者DMA被显式停止。这对于需要连续监测或更新的应用场景非常有用，如连续读取ADC值或向某个外设不断发送数据。
9. 中断
每个DMA通道都可以在DMA传输过半、传输完成和传输错误时产生中断。为应用的灵活性考虑，通过设置寄存器的不同位来打开这些中断。
发生异常事件时，正在进行的DMA传输不会被停止，仍将继续传输。发生错误事件时，正在进行的DMA传输会被停止。
10. 串口DMA发送和接收实验思路
DMA支持很多个外设，这里就以串口DMA接收进行介绍。
一般进行串口接收也有以下几种方式:
通过轮询接收数据
通过中断接收数据
通过DMA接收数据
一般使用情况可能是中断方式用的比较多，但是使用中断在数据量不大的时候使用效率是高的，但数据量一旦很大，这个效率就很低了。数据量很大的传输推荐使用DMA进行传输。
在串口检测到有数据输入的时候，直接让DMA往准备好的存储器中搬运接收到的数据，在这个过程中，CPU还是在处理自己的事，在一帧数据传输完成后，通过空闲中断告诉主任务一帧数据已经传输完毕，主任务再对接收到的数据进行响应处理。整个过程中，程序代码只会触发一次中断，就是DMA搬移完数据后通知CPU的那一次中断，这种方法无论一帧数据的数据量有多大，都只会触发一次中断，且在传输过程中不占用CPU的时间，大大节省效率。