MM32F0140 DMA 学习笔记

DMA简介

DMA全称为Direct Memory Access，即直接存储器访问。在进行DMA传输前，CPU将总线控制权交给DMA，通过共享系统总线，实现无需CPU参与的快速数据传输，能够直接将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，DMA在数据传输结束后将总线控制权交回CPU。
MM32F0140内置5路通用DMA，可以管理设备到存储器、存储器到设备与存储器到存储器的数据传输，每个通道都有专门的硬件DMA请求逻辑，也可以通过软件配置来触发每个通道。
MM32F0140的DMA模块所支持的外设类型包括UART、I2C、SPI、ADC与通用、高级和基础定时器，当DMA从外设产生的请求通过逻辑或输入DMA控制器时，为避免冲突，在一个通道中，同时只能有一个外设DMA请求有效，详细各通道DMA请求如图1所示。

图1.各通道DMA外设请求

DMA配置

DMA的配置涉及到传输模式、数据宽度、外设地址、存储器地址、通道优先级、数据传输数量、中断使能、自动重装载及指针增量。

传输模式

• 存储器到外设模式
  配置DMA\_CCRx寄存器(x由1 ~ 7)的DIR位选择传输方向，该位置1，传输方向为从存储器读；DMA\_CCRx寄存器的MEM2MEM位置0，关闭存储器到存储器模式。
• 外设到存储器模式
  配置DMA\_CCRx寄存器的DIR位选择传输方向，该位置0，传输方向为从外设读；DMA\_CCRx寄存器的MEM2MEM位置0，关闭存储器到存储器模式。
• 存储器到存储器模式
  数据传输方向为外设地址到存储器地址：DMA\_CCRx寄存器的MEM2MEM位置1，使能存储器到存储器模式；DIR位置0，从外设读。
  数据传输方向为存储器地址到外设地址：DMA\_CCRx寄存器的MEM2MEM位置1，使能存储器到存储器模式；DIR位置1，从存储器读。
  注意，存储器到存储器模式不能与循环模式同时使用。
• 循环模式
  若需要循环读写缓冲区或进行连续的数据传输，则可以进入循环模式。配置DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)中的CIRC位为1，使能循环模式。在循环模式下，若DMA传输数量递减为0，则重新加载先前配置的数值，继续进行DMA数据传输。

自动重新加载

DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)的ARE位控制自动重装载，若ARE位置1，则使能自动重装载传输数量，当DMA通道x传输数量寄存器(DMA\_CNDTRx)中数值为0时，会自动将DMA\_CNDTRx寄存器中的值加载为之前配置的数值；若ARE位置0，则禁止自动重装载传输数量。

数据宽度

DMA的数据宽度配置包含：存储器数据宽度配置与外设数据宽度配置，可独立配置为字节、半字、全字。
存储器数据宽度由DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)的MSIZE位控制，MSIZE[1:0]为00则数据宽度为8bit，MSIZE[1:0]为01则数据宽度为16bit，MSIZE[1:0]为10则数据宽度为32bit。
外设数据宽度配置由DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)的PSIZE位控制，可配置为8bit, 16bit或32bit，MSIZE位与PSIZE位如图2所示。

图2.数据宽度对应位

存储器/外设地址

DMA的地址配置包含：存储器地址的配置与外设地址的配置。
对DMA通道x存储器地址寄存器(DMA\_CMARx)进行赋值，从而配置存储器地址，存储器地址可作为数据传输的源或目标。
对DMA通道x外设地址寄存器(DMA\_CPARx)进行赋值，从而配置外设地址，外设地址是外设数据寄存器的基地址，作为数据传输的源或目标。
源和目标地址必须根据各自配置的数据传输宽度对齐。

指针增量

指针增量配置：每次传输后指针自动向后递增或保持不变。
操作DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)的MINC位，若MINC位置1，则DMA配置为存储器地址递增模式，存储器的访问地址可以按照步长累加，不需要每次都去设置访问地址；若MINC位置0，则每次DMA传输固定访问同一个地址。
设置DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)的PINC位，若PINC位置1，则DMA配置为外设地址递增模式,外设的访问地址可以按照步长累加；若PINC位置0，则每次DMA传输固定访问同一个地址。
外设或存储器配置为增量模式时，下一个要传输的地址将是前一个地址加上步长，步长取决于所选的数据宽度，首个传输的地址存放在DMA通道x外设地址寄存器(DMA\_CPARx)/DMA通道x存储器地址寄存器(DMA\_CMARx)中。

优先级

仲裁器根据通道请求的优先级来启动外设或存储器的访问，优先处理软件优先级高的请求，当软件优先级相同时，默认编号更低的通道优先处理。每个通道的优先级可在DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)中的PL位配置，优先级分为四种：最高优先级(PL[1:0]=11)、高优先级(PL[1:0]=10)、中等优先级(PL[1:0]=01)与低优先级(PL[1:0]=00)。

数据传输数量

数据传输数量的最大值为65535，将数据传输数量值赋值到DMA通道x传输数量寄存器(DMA\_CNDTRx),每次传输后，DMA\_CNDTRx递减，表示剩余多少次DMA传输。
当数值递减为0时，数据全部传输完毕。若对应通道配置为自动重加载模式时，DMA\_CNDTRx寄存器中的内容将被自动重新加载为之前配置时的数值。

中断

每个通道支持3种事件标志：DMA半传输(HTIF)、DMA传输完成(TCIF)和DMA传输出错(TEIF)，各通道单独的中断请求由这3种事件标志逻辑或起来。可通过配置DMA通道x配置寄存器(DMA\_CCRx)的TCIE位为1使能传输完成中断，配置HTIE位为1使能半传输中断，配置TEIE位为1使能传输错误中断。

实验

本实验演示DMA burst搬运模式的中断行为，配置DMA的传输模式为存储器到存储器模式且传输方向为从存储器读，开启自动重装载，宽度配置为全字，指针递增，优先级为低优先级，设置两数组为DMA数据传输地址，配置传输数量为16。 DMA配置完成后，进行DMA数据传输，使能DMA通道，当产生半传输中断，设置半传输标志为true，当产生传输完成中断，设置传输完成标志为true，清除中断标志位。本实验可通过串口调试工具观察数据传输现象，当DMA传输已到一半时串口打印"half"，当DMA传输完成时串口打印"done"。

启用外设时钟 enable\_clock()

实验使用DMA1，并通过UART串口显示实验结果，因此需要启用DMA与UART的外设时钟。

void enable_clock()
{
    /* Enable UART1 clock. */
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2_PERIPH_UART1;
    /* Enable GPIOA clock. */
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1_PERIPH_GPIOA;
    /* Enable DMA1 clock. */
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1_PERIPH_DMA1;
}

配置引脚 pin\_init()

实验现象通过串口显示，因此配置UART的TX(PA9)与RX(PA10)引脚。

void pin_init()
{
    /* Setup PA9, PA10. */
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE9_MASK;
    GPIOA->CRH |= GPIO_PinMode_AF_PushPull;     /* PA9 multiplexed push-pull output. */
    GPIOA->AFRH &= ~GPIO_AFRH_AFR_MASK;
    GPIOA->AFRH |= (GPIO_AF_1 << GPIO_CRH_MODE9_SHIFT);   /* Use AF1. */
    
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10_MASK;
    GPIOA->CRH |= GPIO_PinMode_In_Floating;     /* PA10 floating input. */
    GPIOA->AFRH |= (GPIO_AF_1 << GPIO_CRH_MODE10_SHIFT);    /* Use AF1. */
}

UART初始化 uart\_init()

初始化UART,配置时钟频率、波特率、数据长度、停止位、传输模式及是否使用校验。

void uart_init()
{
    /* Clear the corresponding bit to be used. */
    UART1->CCR &= ~( UART_CCR_PEN_MASK | UART_CCR_PSEL_MASK | UART_CCR_SPB0_MASK | UART_CCR_SPB1_MASK | UART_CCR_CHAR_MASK );
    UART1->GCR &= ~( UART_GCR_AUTOFLOWEN_MASK | UART_GCR_RXEN_MASK | UART_GCR_TXEN_MASK );
    /* WordLength. */
    UART1->CCR |= UART_CCR_CHAR_MASK;
    /* XferMode. */
    UART1->GCR |= (UART_XferMode_RxTx << UART_GCR_RXEN_SHIFT);
    /* Setup baudrate, BOARD_DEBUG_UART_FREQ = 48000000u, BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE = 9600u. */
    UART1->BRR = (BOARD_DEBUG_UART_FREQ / BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE) / 16u;
    UART1->FRA = (BOARD_DEBUG_UART_FREQ / BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE) % 16u;
    /* Enable UART1. */
    UART1->GCR |= UART_GCR_UARTEN_MASK;
}

DMA初始化 dma\_init()

操作DMA\_CCRx寄存器，配置输出传输模式、传输方向、外设和存储器的增量模式、外设和存储器的数据宽度、通道优先级和指针增量；操作DMA\_CNDTRx寄存器，配置DMA传输数量，DMA传输完成一次，该数值减1，且在DMA传输期间DMA\_CNDTRx寄存器不可被写入；操作DMA\_CPARx寄存器，配置外设寄存器地址，由于本实验配置DMA传输方向为从存储器读，因此该外设地址在DMA传输时作为目标地址；操作DMA\_CMARx寄存器，配置数据存储器的地址，DMA传输时从该存储器地址加载数据。

void dma_init()
{
    uint32_t ccr = 0u;
    ccr |= DMA_CCR_DIR_MASK;  /* Data transmission direction is: read from memory. */
         | DMA_CCR_MEM2MEM_MASK;  /* Xfer mode: memory to memory. */
         | DMA_CCR_ARE_MASK;   /* Enable automatic reloading. */
         | DMA_CCR_PINC(DMA_AddrIncMode_IncAfterXfer)  /* DMA_AddrIncMode_IncAfterXfer=1u, peripheral increment mode. */
         | DMA_CCR_MINC(DMA_AddrIncMode_IncAfterXfer)  /* Memory increment mode. */
         | DMA_CCR_PSIZE(DMA_XferWidth_32b)  /* DMA_XferWidth_32b = 2u, peripheral size 32 bits. */
         | DMA_CCR_MSIZE(DMA_XferWidth_32b)  /* Memory size 32 bits. */
         | DMA_CCR_PL(DMA_Priority_Low)  /* DMA_Priority_Low = 0u, low priority. */
         ;
    DMA1->CH[0].CCR = ccr;  /* channel number = 0 refer to DMA1_CH1. */
    DMA1->CH[0].CNDTR = DMA_BUFF_COUNT;  /* DMA_BUFF_COUNT = 16u, data transmission quantity. */
    DMA1->CH[0].CPAR = (uint32_t)app_dma_buff_to;  /* Set arry app_dma_buff_to as peripheral address. */
    DMA1->CH[0].CMAR = (uint32_t)app_dma_buff_from;  /* Set arry app_dma_buff_from as memory address. */
}

使能DMA enable\_dma()

操作DMA\_CCRx寄存器的ENABLE位，使能通道1，在通道使能后可进行DMA传输。

void enable_dma()
{
    DMA1->CH[0].CCR |= DMA_CCR_EN_MASK;  /* Enable DMA1 channel 1. */
}

使能中断 enable\_interrupt()

操作DMA\_CCRx寄存器的TCIE位置1，使能传输完成中断；HTIE位置1，使能半传输中断。

void enable_interrupt()
{
    DMA1->CH[0].CCR |= (DMA_CHN_INT_XFER_HALF_DONE & 0xEu);  /* DMA half transfer interrupt. */
    DMA1->CH[0].CCR |= (DMA_CHN_INT_XFER_DONE & 0xEu);  /* DMA end of transfer interrupt. */
}

配置NVIC NVIC\\_EnableIRQ()

使用Cortex-M0 core\_cm0.h头文件中的NVIC\_EnableIRQ使能中断，由于DMA初始化时配置使用通道1，因此使用DMA1通道1全局中断DMA1\_CH1\_IRQn.

NVIC_EnableIRQ(DMA1_CH1_IRQn)

编写中断服务程序 DMA1\_CH1\_IRQHandler()

读DMA中断状态寄存器(DMA\_ISR)获取当前中断状态，当产生半传输中断，令定义的半传输标志app\_dma\_xfer\_half\_done为true；当产生传输完成中断，令定义的传输完成标志app\_dma\_xfer\_done为true。操作DMA中断标志清除寄存器(DMA\_IFCR)对应位置1，清除对应中断。

void DMA1_CH1_IRQHandler()
{
    uint32_t flags = DMA1->ISR & 0xFu;
    
    if (flags & DMA_CHN_INT_XFER_HALF_DONE)  /* DMA half transfer interrupt. */
    {
        app_dma_xfer_half_done = true;
    }
    
    if (flags & DMA_CHN_INT_XFER_DONE)  /* DMA end of transfer interrupt. */
    {
        app_dma_xfer_done = true;
    }

    DMA1->IFCR = (flag & 0xFu);  /* Clear interrupt. */
}

main()函数

main()函数结合上述操作，初始化DMA，设置变量app\_dma\_xfer\_done为传输完成标志，设置变量app\_dma\_xfer\_half\_done为DMA已传输一半的标志，设置数组app\_dma\_buff\_from[]为源，即DMA传输时从该存储器地址加载数据，设置数组app\_dma\_buff\_to[]为数据存储地址，设置变量DMA\_BUFF\_COUNT为数据传输数量，传输数量为16，每次传输后，该数值递减，当数值递减为0时，数据传输完毕，配置自动重加载模式，数据传输数量会被自动重新加载为之前配置时的数值。当检测到半传输中断标志产生，串口打印"half"，检测到传输完成中断标志产生，串口打印"done"。本实验在串口输入数据时进行DMA传输，将源地址app\_dma\_buff\_from[]中的数据通过DMA传输到app\_dma\_buff\_to[]地址中。实验现象如图3所示。

int main()
{
    uint8_t c;

    enable_clock();
    pin_init();
    uart_init();

    printf("\r\ndma_burst_interrupt example.\r\n");

    dma_init();
    NVIC_EnableIRQ(DMA1_CH1_IRQn);
    enable_interrupt();

    for (uint32_t i = 0u; i < DMA_BUFF_COUNT; i++)
    {
        app_dma_buff_from[i] = i;
        app_dma_buff_to[i] = 0u;
    }

    while (1)
    {
        c = getchar();
        putchar(c);
        
        for (uint32_t i = 0u; i < DMA_BUFF_COUNT; i++)
        {
            app_dma_buff_to[i] = 0u;
        }
        app_dma_xfer_done = false;
        app_dma_xfer_half_done = false;
        
        enable_dma();
        
        while (!app_dma_xfer_half_done)
        {}
        printf("half.\r\n");
        app_dma_xfer_half_done = false;        
        
        while (!app_dma_xfer_done)
        {}
        printf("done.\r\n");
        app_dma_xfer_done = false;
    }
}

图3.实验现象