11. DMA 传输

📝本节您将了解 DMA（直接内存访问）的工作原理，学习如何配置 DMA 实现 ADC 采集数据的自动搬运，彻底释放 CPU 资源。

🏆本章目标

1️⃣ 理解 DMA 的工作原理和传输模式

2️⃣ 了解 MSPM0G3519 的 DMA 通道资源

3️⃣ 配置 ADC + DMA 实现自动数据采集

4️⃣ 理解 DMA 与中断配合的使用场景

11.1 DMA 基本概念

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种硬件机制，允许外设与内存之间直接传输数据，无需 CPU 逐字节参与。

传统方式 vs DMA

传统中断方式（CPU 参与）：

ADC完成 → 中断 → CPU读取ADC结果 → CPU写入内存 → 返回

每次转换都需要 CPU 介入，高频采样时 CPU 负担沉重。

DMA 方式（CPU 不参与）：

ADC完成 → DMA硬件自动搬运数据到内存 → 全部完成后通知CPU

CPU 只需在最开始配置 DMA，之后数据传输全程自动完成。

DMA 传输要素

要素	说明
源地址	数据从哪里读（如 ADC 数据寄存器）
目标地址	数据写到哪里（如内存数组）
传输长度	总共搬运多少个数据
触发源	什么事件触发一次搬运（如 ADC 转换完成）
传输宽度	每次搬运的数据大小（8/16/32 bit）
地址递增	每次搬运后地址是否自动递增

11.2 DMA 传输模式

模式	说明	典型用途
单次传输	传输完设定长度后停止	一次性数据块搬运
循环传输	完成后自动重新开始	连续采集到环形缓冲区

传输方向

方向	说明	示例
外设 → 内存	从外设数据寄存器读到 RAM	ADC 结果自动存入数组
内存 → 外设	从 RAM 写到外设数据寄存器	预存数据自动发送到 UART/DAC
内存 → 内存	RAM 之间的块搬运	数据拷贝、缓冲区搬运

11.3 MSPM0G3519 DMA 资源

MSPM0G3519 的 DMA 控制器支持多个通道，每个通道可独立配置不同的触发源和传输参数。

常用 DMA 触发源：

触发源	说明
ADC0 转换完成	ADC 每完成一次转换触发一次 DMA
ADC1 转换完成	同上
UART RX	UART 每收到一个字节触发一次 DMA
UART TX	UART 发送缓冲区空时触发
SPI RX/TX	SPI 收发触发
Timer 事件	定时器周期事件触发

11.4 ADC + DMA 实验

本实验实现：定时器触发 ADC 连续采样，DMA 自动将结果搬运到内存数组，全部完成后通知 CPU 处理。

11.4.1 SysConfig 配置

ADC 配置：

参数	设置值	说明
Name	ADC12_0
ADC Module	ADC0
Trigger Source	Timer Event	定时器触发
Conversion Mode	Repeat Single	重复单通道转换
DMA Trigger	Enable	✅ 使能 DMA 触发

DMA 配置：

参数	设置值	说明
Name	DMA_CH0
DMA Channel	Channel 0
Trigger Source	ADC0	ADC 转换完成触发
Source Increment	No Increment	源地址固定（始终读同一个寄存器）
Destination Increment	Increment	目标地址递增（依次填充数组）
Transfer Size	16 bit	ADC 结果为 16-bit
Transfer Count	64	采集 64 个样本
Transfer Mode	Single	完成后停止
Interrupt	Enable	传输完成中断

定时器配置（采样触发源）：

配置一个定时器以固定频率产生事件触发 ADC 采样，例如 1kHz 采样率：

参数	设置值
Timer Module	TIMG12
Timer Mode	Periodic
Clock Prescaler	32
Period	1000
Event Publisher	Enable

保存并编译。

11.4.2 实验代码

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <stdio.h>

#define ADC_SAMPLE_COUNT  64

// DMA 目标缓冲区
volatile uint16_t adc_buffer[ADC_SAMPLE_COUNT];
volatile uint8_t dma_done = 0;

void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *str++);
    }
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    // 配置 DMA 源地址（ADC 数据寄存器）和目标地址（缓冲区）
    DL_DMA_setSrcAddr(DMA, DMA_CH0_CHAN_ID,
        (uint32_t)DL_ADC12_getMemResultAddress(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0));
    DL_DMA_setDestAddr(DMA, DMA_CH0_CHAN_ID, (uint32_t)&adc_buffer[0]);
    DL_DMA_setTransferSize(DMA, DMA_CH0_CHAN_ID, ADC_SAMPLE_COUNT);

    // 使能 DMA 通道和中断
    DL_DMA_enableChannel(DMA, DMA_CH0_CHAN_ID);
    NVIC_EnableIRQ(DMA_INT_IRQN);

    // 使能 ADC 和 DMA 触发
    DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);
    DL_ADC12_enableDMA(ADC12_0_INST);

    // 启动定时器（开始触发 ADC 采样）
    DL_TimerG_startCounter(TIMER_TRIGGER_INST);

    char buf[64];

    while (1) {
        if (dma_done) {
            dma_done = 0;

            // 停止采集
            DL_TimerG_stopCounter(TIMER_TRIGGER_INST);

            // 处理 64 个采样数据
            uint32_t sum = 0;
            uint16_t max_val = 0, min_val = 4095;

            for (int i = 0; i < ADC_SAMPLE_COUNT; i++) {
                sum += adc_buffer[i];
                if (adc_buffer[i] > max_val) max_val = adc_buffer[i];
                if (adc_buffer[i] < min_val) min_val = adc_buffer[i];
            }

            uint16_t avg = sum / ADC_SAMPLE_COUNT;
            uint32_t avg_mv = (uint32_t)avg * 3300 / 4095;

            sprintf(buf, "Avg: %lu mV, Min: %u, Max: %u\r\n",
                    avg_mv, min_val, max_val);
            uart_send_string(buf);

            // 重新配置 DMA 并启动下一轮采集
            DL_DMA_setDestAddr(DMA, DMA_CH0_CHAN_ID, (uint32_t)&adc_buffer[0]);
            DL_DMA_setTransferSize(DMA, DMA_CH0_CHAN_ID, ADC_SAMPLE_COUNT);
            DL_DMA_enableChannel(DMA, DMA_CH0_CHAN_ID);
            DL_TimerG_startCounter(TIMER_TRIGGER_INST);

            delay_cycles(32000000);  // 1 秒后处理下一批
        }

        __WFI();
    }
}

// DMA 传输完成中断
void DMA_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_DMA_getPendingInterrupt(DMA)) {
        case DL_DMA_EVENT_IIDX_DMACH0:
            dma_done = 1;
            break;
        default:
            break;
    }
}

代码工作流程

1. 定时器以 1kHz 频率产生事件，每次触发 ADC 进行一次转换
2. ADC 转换完成后自动触发 DMA 搬运一个 16-bit 数据到 adc_buffer
3. DMA 搬运 64 次后触发完成中断
4. 中断中设置标志位，主循环计算平均值/最大值/最小值并串口输出
5. 整个采集过程中 CPU 完全空闲

64 个采样点 × 1kHz = 64ms 采集时间，期间零 CPU 介入。

11.5 DMA 适用场景

场景	不用 DMA	用 DMA
ADC 高速采样（10kHz+）	CPU 每秒处理上万次中断	CPU 空闲，DMA 自动搬运
UART 大量数据发送	CPU 逐字节轮询等待	DMA 自动发送整个缓冲区
SPI Flash 读取大块数据	CPU 每字节参与	DMA 批量传输
音频播放（DAC 输出）	CPU 每采样点更新 DAC	DMA 自动从缓冲区馈送 DAC
WS2812 驱动	CPU 精确计时每个 bit	PWM+DMA 自动输出完整波形

何时使用 DMA

• 数据量大且频率高的外设传输
• 需要 CPU 同时处理其他任务
• 对实时性有要求（DMA 响应比中断更快）
• 连续数据流场景（音频、波形采集）

对于少量低频数据（如每秒读一次温度），中断方式足够，无需 DMA。

11.6 使用注意事项

注意

1. volatile 修饰：DMA 写入的缓冲区必须声明为 volatile，防止编译器优化掉对缓冲区的读取操作。

2. 缓冲区大小：DMA 传输长度不能超过目标数组的容量，否则会越界写入覆盖其他变量。

3. 数据一致性：DMA 传输进行中不要访问目标缓冲区。通过完成中断或标志位确保传输结束后再读取数据。

4. 重新启动：单次模式下 DMA 完成后通道自动禁用。重新采集前需重新设置目标地址和传输长度，并重新使能通道。

5. 地址对齐：16-bit 传输的缓冲区建议 2 字节对齐，32-bit 传输建议 4 字节对齐。

6. 中断优先级：DMA 完成中断优先级不宜过低，否则可能被其他中断长时间阻塞，导致下一轮 DMA 启动不及时。

11.7 知识总结

内容	说明
DMA 功能	外设与内存之间自动数据搬运，CPU 不参与
核心优势	释放 CPU 算力，提高系统并发能力
触发方式	外设事件触发（ADC完成、UART收发等）
传输模式	单次（完成后停止）/ 循环（自动重复）
配置要素	源/目标地址、传输长度、触发源、地址递增
典型搭配	ADC+DMA、UART+DMA、SPI+DMA、DAC+DMA

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DMA 是构建高效嵌入式系统的关键。下一章将学习 I2C 通信协议，驱动天巧星板载的 OLED 显示屏和姿态传感器。