DMA叫做直接存儲(chǔ)器訪問，用于在外設(shè)與存儲(chǔ)器之間與存儲(chǔ)器之間提供高速數(shù)據(jù)傳輸。可以在無需任何CPU操作的情況下通過DMA快速移動(dòng)數(shù)據(jù)。這樣節(jié)省的CPU資源可供其他操作使用。從硬件層次上來說，DMA 控制器是獨(dú)立于 Cortex-M4內(nèi)核的，有點(diǎn)類似 GPIO、USART 外設(shè)一般，只是 DMA的功能是可以快速移動(dòng)內(nèi)存數(shù)據(jù)。

要實(shí)現(xiàn)把外設(shè)數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存，或把內(nèi)存數(shù)據(jù)送至外設(shè)，一般由CPU控制完成，可采用標(biāo)記查詢或中斷的方式。利用中斷傳送數(shù)據(jù)，可大大提高CPU的利用率。但當(dāng)批量傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，由于進(jìn)出中斷需保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和斷點(diǎn)，無形之中增加了CPU的中斷負(fù)載。另外，CPU的核心工作是算法處理，借用CPU進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸，會(huì)降低CPU處理算法的效率。引入DMA技術(shù)，在一定程度上解放了CPU，提高了CPU的處理能力。

STM32F4xx的兩個(gè) DMA 控制器總共有 16 個(gè)數(shù)據(jù)流（每個(gè)控制器 8 個(gè)），每一個(gè) DMA控制器都用于管理一個(gè)或多個(gè)外設(shè)的存儲(chǔ)器訪問請(qǐng)求。每個(gè)數(shù)據(jù)流總共可以有多達(dá) 8 個(gè)通道（或稱請(qǐng)求）。每個(gè)通道都有一個(gè)仲裁器，用于處理 DMA 請(qǐng)求間的優(yōu)先級(jí)。

DMA控制器結(jié)構(gòu)框圖

DMA 控制器執(zhí)行直接存儲(chǔ)器傳輸：因?yàn)椴捎?AHB 主總線，它可以控制 AHB 總線矩陣來啟動(dòng) AHB 事務(wù)。

它可以執(zhí)行下列事務(wù)：

● 外設(shè)到存儲(chǔ)器的傳輸

● 存儲(chǔ)器到外設(shè)的傳輸

● 存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳輸（僅DMA2數(shù)據(jù)流能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳輸）

通道選擇

每個(gè)數(shù)據(jù)流可連接8個(gè)通道，某一時(shí)刻具體使用數(shù)據(jù)流的哪個(gè)通道，需通過DMA_SxCR寄存器中的CHSEL[2:0]位控制。通道選擇如下圖所示：

兩個(gè)DMA控制器的通道（請(qǐng)求）與數(shù)據(jù)流的映射關(guān)系如下所示：

a.DMA1通道選擇（請(qǐng)求映射）

b.DMA2通道選擇（請(qǐng)求映射）

由表可知，STM32F4XX的每個(gè)DMA控制器有8個(gè)數(shù)據(jù)流，每個(gè)數(shù)據(jù)流有多達(dá)8個(gè)通道。

仲裁器

當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由仲裁器裁決數(shù)據(jù)流的傳輸順序。

仲裁器為兩個(gè) AHB 主端口（存儲(chǔ)器和外設(shè)端口）提供基于請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)的 8 個(gè) DMA 數(shù)據(jù)流請(qǐng)求管理，并啟動(dòng)外設(shè)/存儲(chǔ)器訪問序列。

優(yōu)先級(jí)管理分為兩個(gè)階段：

● ** 軟件** ：每個(gè)數(shù)據(jù)流優(yōu)先級(jí)都可以在 DMA_SxCR 寄存器中配置。分為四個(gè)級(jí)別：

— 非常高優(yōu)先級(jí)

— 高優(yōu)先級(jí)

— 中優(yōu)先級(jí)

— 低優(yōu)先級(jí)

● 硬件 ：如果兩個(gè)請(qǐng)求具有相同的軟件優(yōu)先級(jí)，則編號(hào)低的數(shù)據(jù)流優(yōu)先于編號(hào)高的數(shù)據(jù)流。例如，數(shù)據(jù)流 2 的優(yōu)先級(jí)高于數(shù)據(jù)流 4。

配置好優(yōu)先級(jí)，還需要指定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉⒅羔樳f增方式和循環(huán)模式。

DMA的核心設(shè)置集中在配置寄存器、指定內(nèi)存地址、外設(shè)地址及數(shù)據(jù)項(xiàng)目。下面描述DMA的相關(guān)寄存器。

DMA 低中斷狀態(tài)寄存器 (DMA_LISR)

DMA 高中斷狀態(tài)寄存器 (DMA_HISR)

DMA控制器使用狀態(tài)寄存器LISR和HISR，來描述8個(gè)數(shù)據(jù)流的狀態(tài)標(biāo)記。LISR描述低4個(gè)數(shù)據(jù)流，而HISR描述高4個(gè)數(shù)據(jù)流。每個(gè)流對(duì)應(yīng)5個(gè)狀態(tài)，下面以數(shù)據(jù)流x來進(jìn)行說明。

FCIFx ：數(shù)據(jù)流x傳輸完成中斷標(biāo)記；

HTIFx ：數(shù)據(jù)流x半傳輸完成中斷標(biāo)記；

TEIFx ：數(shù)據(jù)流x傳輸錯(cuò)誤中斷標(biāo)記；

DMEIFx：數(shù)據(jù)流x直接傳輸錯(cuò)誤中斷標(biāo)記；

FEIFx ：數(shù)據(jù)流xFIFO錯(cuò)誤中斷標(biāo)記。

DMA 低中斷標(biāo)志清零寄存器 (DMA_LIFCR)

DMA 高中斷標(biāo)志清零寄存器 (DMA_HIFCR)

由DMA_LIFR/DMA_HIFR寄存器可知，DMA的標(biāo)記是只讀的，不能直接擦除。DMA控制器含有中斷標(biāo)記清零寄存器，用戶通過向中斷標(biāo)記清零寄存器對(duì)應(yīng)位寫1，可清除對(duì)應(yīng)的中斷標(biāo)記。

DMA 數(shù)據(jù)流 x 配置寄存器 (DMA_SxCR) (x = 0..7)

位 27:25 CHSEL[2:0]：通道選擇 (Channel selection)

這些位將由軟件置 1 和清零。

000：選擇通道 0

001：選擇通道 1

010：選擇通道 2

011：選擇通道 3

100：選擇通道 4

101：選擇通道 5

110：選擇通道 6

111：選擇通道 7

這些位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入

位 24:23 MBURST ：存儲(chǔ)器突發(fā)傳輸配置(Memory burst transfer configuration)

這些位將由軟件置 1 和清零。

00：?jiǎn)未蝹鬏?/p>

01：INCR4（4 個(gè)節(jié)拍的增量突發(fā)傳輸）

10：INCR8（8 個(gè)節(jié)拍的增量突發(fā)傳輸）

11：INCR16（16 個(gè)節(jié)拍的增量突發(fā)傳輸）

這些位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入

在直接模式中，當(dāng)位 EN =“1”時(shí)，這些位由硬件強(qiáng)制置為 0x0。

位 22:21 PBURST[1:0]：外設(shè)突發(fā)傳輸配置 (Peripheral burst transfer configuration)

這些位將由軟件置 1 和清零。

00：?jiǎn)未蝹鬏?/p>

01：INCR4（4 個(gè)節(jié)拍的增量突發(fā)傳輸）

10：INCR8（8 個(gè)節(jié)拍的增量突發(fā)傳輸）

11：INCR16（16 個(gè)節(jié)拍的增量突發(fā)傳輸）

這些位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入

在直接模式下，這些位由硬件強(qiáng)制置為 0x0。

位 19 CT：當(dāng)前目標(biāo)（僅在雙緩沖區(qū)模式下）(Current target (only in double buffer mode))

此位由硬件置 1 和清零，也可由軟件寫入。

0：當(dāng)前目標(biāo)存儲(chǔ)器為存儲(chǔ)器 0（使用 DMA_SxM0AR 指針尋址）

1：當(dāng)前目標(biāo)存儲(chǔ)器為存儲(chǔ)器 1（使用 DMA_SxM1AR 指針尋址）

只有 EN 為“0”時(shí)，此位才可以寫入，以指示第一次傳輸?shù)哪繕?biāo)存儲(chǔ)區(qū)。在使能數(shù)據(jù)流后，此位相當(dāng)于一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志，用于指示作為當(dāng)前目標(biāo)的存儲(chǔ)區(qū)。

位 18 DBM：雙緩沖區(qū)模式 (Double buffer mode)

此位由軟件置 1 和清零。

0：傳輸結(jié)束時(shí)不切換緩沖區(qū)

1：DMA 傳輸結(jié)束時(shí)切換目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)

此位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

位 17:16 PL[1:0]：優(yōu)先級(jí) (Priority level)

這些位將由軟件置 1 和清零。

00：低

01：中

10：高

11：非常高

這些位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

位 15 PINCOS：外設(shè)增量偏移量 (Peripheral increment offset size)

此位由軟件置 1 和清零

0：用于計(jì)算外設(shè)地址的偏移量與 PSIZE 相關(guān)

1：用于計(jì)算外設(shè)地址的偏移量固定為 4（32 位對(duì)齊）。

如果位 PINC =“0”，則此位沒有意義。

此位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

如果選擇直接模式或者 PBURST 不等于“00”，則當(dāng)使能數(shù)據(jù)流（位 EN =“1”）時(shí)，此位由硬件強(qiáng)制置為低電平。

位 14:13 MSIZE[1:0]：存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)大小 (Memory data size)

這些位將由軟件置 1 和清零。

00：字節(jié)（8 位）

01：半字（16 位）

10：字（32 位）

11：保留

這些位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

在直接模式下，當(dāng)位 EN =“1”時(shí)，MSIZE 位由硬件強(qiáng)制置為與 PSIZE 相同的值。

位 12:11 PSIZE[1:0]：外設(shè)數(shù)據(jù)大小 (Peripheral data size)

這些位將由軟件置 1 和清零。

00：字節(jié)（8 位）

01：半字（16 位）

10：字（32 位）

11：保留

這些位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入

位 10 MINC：存儲(chǔ)器遞增模式 (Memory increment mode)

此位由軟件置 1 和清零。

0：存儲(chǔ)器地址指針固定

1：每次數(shù)據(jù)傳輸后，存儲(chǔ)器地址指針遞增（增量為 MSIZE 值）

此位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

位 9 PINC：外設(shè)遞增模式 (Peripheral increment mode)

此位由軟件置 1 和清零。

0：外設(shè)地址指針固定

1：每次數(shù)據(jù)傳輸后，外設(shè)地址指針遞增（增量為 PSIZE 值）

此位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

位 8 CIRC：循環(huán)模式 (Circular mode)

此位由軟件置 1 和清零，并可由硬件清零。

0：禁止循環(huán)模式

1：使能循環(huán)模式

如果外設(shè)為流控制器（位 PFCTRL=1）且使能數(shù)據(jù)流（位 EN=1），此位由硬件自動(dòng)強(qiáng)制清零。

如果 DBM 位置 1，當(dāng)使能數(shù)據(jù)流（位 EN =“1”）時(shí)，此位由硬件自動(dòng)強(qiáng)制置 1。

位 7:6 DIR[1:0]：數(shù)據(jù)傳輸方向 (Data transfer direction)

這些位將由軟件置 1 和清零。

00：外設(shè)到存儲(chǔ)器

01：存儲(chǔ)器到外設(shè)

10：存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器

11：保留

這些位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

位 5 PFCTRL：外設(shè)流控制器 (Peripheral flow controller)

此位由軟件置 1 和清零。

0：DMA 是流控制器

1：外設(shè)是流控制器

此位受到保護(hù)，只有 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

選擇存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器模式（位 DIR[1:0]=10）后，此位由硬件自動(dòng)強(qiáng)制清零。

位 4 TCIE：傳輸完成中斷使能 (Transfer complete interrupt enable)

此位由軟件置 1 和清零。

0：禁止 TC 中斷

1：使能 TC 中斷

位 3 HTIE：半傳輸中斷使能 (Half transfer interrupt enable)

此位由軟件置 1 和清零。

0：禁止 HT 中斷

1：使能 HT 中斷

位 2 TEIE：傳輸錯(cuò)誤中斷使能 (Transfer error interrupt enable)

此位由軟件置 1 和清零。

0：禁止 TE 中斷

1：使能 TE 中斷

位 1 DMEIE：直接模式錯(cuò)誤中斷使能 (Direct mode error interrupt enable)

此位由軟件置 1 和清零。

0：禁止 DME 中斷

1：使能 DME 中斷

位 0 EN：數(shù)據(jù)流使能/讀作低電平時(shí)數(shù)據(jù)流就緒標(biāo)志 (Stream enable / flag stream ready when read low)

此位由軟件置 1 和清零。

0：禁止數(shù)據(jù)流

1：使能數(shù)據(jù)流

以下情況下，此位可由硬件清零：

— DMA 傳輸結(jié)束時(shí)（準(zhǔn)備好配置數(shù)據(jù)流）

— AHB 主總線出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí)

— 存儲(chǔ)器 AHB 端口上的 FIFO 閾值與突發(fā)大小不兼容時(shí)

此位讀作 0 時(shí)，軟件可以對(duì)配置和 FIFO 位寄存器編程。EN 位讀作 1 時(shí)，禁止向這些寄存器執(zhí)行寫操作。

另外，在EN位置1（啟動(dòng)流前），與數(shù)據(jù)流相對(duì)應(yīng)的事件標(biāo)記都要清0。
DMA 數(shù)據(jù)流 x 數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)寄存器 (DMA_SxNDTR) (x = 0..7)

位 15:0 NDT[15:0]：要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)目 (Number of data items to transfer)

要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)目（0 到 65535）。只有在禁止數(shù)據(jù)流時(shí)，才能向此寄存器執(zhí)行寫操作。

使能數(shù)據(jù)流后，此寄存器為只讀，用于指示要傳輸?shù)氖Ｓ鄶?shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)。每次 DMA 傳輸后，此寄存器將遞減。

傳輸完成后，此寄存器保持為零（數(shù)據(jù)流處于正常模式時(shí)），或者在以下情況下自動(dòng)以先前編程的值重載：

— 以循環(huán)模式配置數(shù)據(jù)流時(shí)。

— 通過將 EN 位置“1”來重新使能數(shù)據(jù)流時(shí)

如果該寄存器的值為零，則即使使能數(shù)據(jù)流，也無法完成任何事務(wù)。

DMA 數(shù)據(jù)流 x 外設(shè)地址寄存器 (DMA_SxPAR) (x = 0..7)

位 31:0 PAR[31:0]：外設(shè)地址 (Peripheral address)

讀/寫數(shù)據(jù)的外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器的基址。

這些位受到寫保護(hù)，只有 DMA_SxCR 寄存器中的 EN 為“0”時(shí)才可以寫入。

DMA相當(dāng)于CPU的助理，通過軟件對(duì)DMA控制器的以上寄存器進(jìn)行合理配置，就可以啟動(dòng)DMA來傳輸數(shù)據(jù)了。此時(shí)CPU就可以專注于運(yùn)算或其它事務(wù)的處理了。

這里以串口DMA為例編寫程序

void DMA2_Uart1_TX_Init()
{
  //1. 開外設(shè)時(shí)鐘（DMA2）
  RCC- >AHB1ENR  |= 1< 22;
  //2.配置DMA控制器
    //a. 先禁止DMA，然后再設(shè)置
      //清狀態(tài)標(biāo)記(寫1清除)
    DMA2- >LIFCR  =  0X0F7D0F7D;
    DMA2- >HIFCR  =  0X0F7D0F7D;
      //禁止EN
    DMA2_Stream7- >CR  = 0;
    while((DMA2_Stream7- >CR & (1< 0)) != 0);  //等待DMA停止
    //b. 配置DMA/采用單次模式
    DMA2_Stream7- >CR  |= 4< 25;    //通道4
    DMA2_Stream7- >CR  |= 2< 16;    //優(yōu)先級(jí)：2
    //c. PINCOS不偏移（不固定4字節(jié)對(duì)齊）、內(nèi)存/外設(shè)大小為一個(gè)字節(jié)
    //內(nèi)存遞增、外設(shè)不遞增
    DMA2_Stream7- >CR  |= 1< 10;
    //不采用循環(huán)模式、方向：內(nèi)存到外設(shè)
    DMA2_Stream7- >CR  |= 1< 6;
}


/*
  傳輸設(shè)置函數(shù)
  paddr:外設(shè)地址
  maddr:內(nèi)存地址
  cnt：數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)目
*/
void DMA2_TransConfig(u32 paddr,u32 maddr,u16 cnt)
{
    //清狀態(tài)標(biāo)記(寫1清除)
    DMA2- >LIFCR  =  0X0F7D0F7D;
    DMA2- >HIFCR  =  0X0F7D0F7D;
    DMA2_Stream7- >CR  &=~(1< 0);
    while((DMA2_Stream7- >CR & (1< 0)) != 0);  //等待DMA停止
    DMA2_Stream7- >PAR  =  paddr;
    DMA2_Stream7- >M0AR  =  maddr;
    DMA2_Stream7- >NDTR  =  cnt;
    DMA2_Stream7- >CR  |= 1< 0;    //啟動(dòng)傳輸
}


u8 DMA2_GetFlag()          //獲取傳輸完成標(biāo)記
{
  if(DMA2- >HISR &(1< 27))  //判斷是否傳輸完成
    return 1;
  else
    return 0;
}


u8 DMA2_ClearFlag()
{
  DMA2- >HIFCR  = 1< 27;    //清傳輸完成標(biāo)記
}

除了以上DMA控制器的配置外，還要開啟串口的DMA功能。

void Usart1_dma_config()
{
  USART1- >CR3 |= 1< 

接著編寫主函數(shù)進(jìn)行測(cè)試：

#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "DMA.h"
#include "delay.h"


u8 str[]="hello,world!rn";


int main()
{
  u32 i=0;
  Usart1_Init(460800);
  Usart1_dma_config();      //開啟串口發(fā)送DMA功能
  DMA2_Uart1_TX_Init();      //DMA控制器初始化
  DMA2_TransConfig((u32)&USART1- >DR,(u32)str,sizeof(str));  //開始傳輸

  while(1)
  {
    while(DMA2_GetFlag() == 0);  //判斷傳輸是否完成，完成時(shí)退出循環(huán)
    DMA2_ClearFlag();            //清傳輸完成標(biāo)記
    DMA2_TransConfig((u32)&USART1- >DR,(u32)str,sizeof(str));  //再次開啟傳輸
    Delay_ms(500);
  }
}

由于DMA的傳輸速度較快，所以把串口的波特率調(diào)到最高460800，但是速度還是太快，串口接收的速度跟不上，如下圖所示：

因此在大循環(huán)的最后加上500ms的延時(shí)，就可以看到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被完整地打印出來了。可見DMA傳輸速度之快。

串口DMA發(fā)送數(shù)據(jù)測(cè)試成功。串口DMA發(fā)送數(shù)據(jù)是屬于內(nèi)存到外設(shè)的，對(duì)于外設(shè)到內(nèi)存和內(nèi)存到內(nèi)存的應(yīng)用同樣只要根據(jù)以上寄存器的描述進(jìn)行配置，就可以實(shí)現(xiàn)DMA的數(shù)據(jù)傳輸了。