STM32中的DMA数据转运——下篇（扩展版）-****博客

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是STM32中的一个重要功能，允许外设与存储器之间直接传输数据，而不需要通过CPU参与。这不仅减轻了CPU的负担，还提高了数据传输的效率。本文将详细介绍STM32中的各种存储器地址与类型、DMA框图与总线设计、DMA的基本结构及其工作原理，包括一些常见的使用场景。

一、STM32中的存储器类型与地址范围

在STM32的芯片结构中，存储器分为几种类型，每种类型都有其特定的用途和特点。理解这些存储器的地址范围与作用，有助于正确使用DMA进行数据传输。

Flash存储器

类型：非易失性存储器，断电后数据不会丢失。
地址范围：0x08000000 ~ 0x080FFFFF（以STM32F103为例）。
用途：主要用于存储程序代码和一些不可变的数据，如常量。Flash存储器通常是只读的（在正常程序运行时），但可以通过特殊的操作来擦除和重写。DMA可以从Flash中读取数据，常用于从非易失存储器中加载数据到RAM进行处理。
典型应用：程序启动时，将Flash中的数据加载到SRAM中，供程序快速访问。

SRAM

类型：易失性存储器，断电后数据会丢失。
地址范围：0x20000000 ~ 0x2001FFFF（STM32F103具有20KB的SRAM）。
用途：主要用于存储运行时的变量、堆栈、全局变量和临时数据。DMA在大多数情况下都用于在SRAM中进行读写操作，因为SRAM访问速度快，非常适合频繁的读写需求。
典型应用：DMA可以用于从ADC获取采样数据，并将其存储到SRAM中，供后续处理。

外部RAM/ROM（扩展内存）

类型：可以通过FSMC（灵活静态存储控制器）扩展的存储器。
地址范围：0x60000000 ~ 0x6FFFFFFF。
用途：扩展内存通常用于需要大容量数据存储的场景，如图片、音频等数据的存储。外部存储器访问的速度可能比内部SRAM要慢，但它提供了额外的存储空间。
典型应用：DMA可以用于快速地在外部存储器和内存之间传输大块数据，比如视频处理或文件系统应用。

外设寄存器

类型：映射到内存的外设控制寄存器。
地址范围：0x40000000 ~ 0x50000000。
用途：控制和访问STM32的外设，如GPIO、UART、SPI等。DMA通常与这些外设协同工作，自动将外设的数据传输到内存中或从内存传输到外设。
典型应用：例如，使用USART发送数据时，可以通过DMA从SRAM中自动读取数据并传输到USART寄存器，避免CPU占用。

系统存储器

类型：只读存储器。
地址范围：0x1FFFF000 ~ 0x1FFFF7FF。
用途：存储STM32的启动代码，如引导程序。这部分存储器通常不会在正常程序中使用，但在引导过程中可能会用到。
这些存储器类型决定了DMA可以传输数据的源地址和目标地址。通过灵活配置DMA控制器，开发者可以实现高效的数据流动，大幅提高系统的性能。

二、DMA的框图与总线设计

DMA控制器的核心优势在于其独立于CPU进行数据传输的能力。STM32中的DMA通过AHB（Advanced High-performance Bus）和APB（Advanced Peripheral Bus）两种总线来进行存储器和外设之间的数据传输。

AHB总线（Advanced High-performance Bus）

AHB总线是STM32中用于高速传输的主总线，DMA控制器通过AHB总线与内存（如SRAM、Flash）进行交互。AHB总线的特点是它支持多主设备访问，这意味着多个设备（包括DMA、CPU等）可以同时请求总线资源，而不会互相阻塞。总线仲裁机制确保了各个设备能够公平、高效地访问总线。

优点：AHB总线的高带宽使得DMA能够以较高的速度在内存和外设之间传输大块数据，减少传输延迟。
典型应用：例如，在图像处理应用中，DMA可以通过AHB总线快速地将图像数据从外部RAM传输到SRAM，供CPU或其他外设处理。

APB总线（Advanced Peripheral Bus）

APB总线是STM32中连接低速外设的总线，如UART、SPI、I2C等。虽然APB总线的带宽较低，但它的设计更加简单，适合那些不需要高速数据传输的外设。DMA通过APB总线与这些外设进行数据交换，完成数据传输任务。

典型应用：例如，通过SPI与外部存储器通信时，DMA可以通过APB总线自动将接收到的数据写入内存，而无需CPU的干预。

三、DMA的基本结构与工作原理

DMA控制器通常包含多个独立的通道，每个通道都可以配置为处理特定的外设和存储器间的数据传输任务。每个通道有自己独立的寄存器集，用于配置其操作参数。

DMA请求

DMA请求信号是由外设发出的，用于通知DMA控制器开始数据传输。STM32中的许多外设，如ADC、USART、SPI等，都可以生成DMA请求信号。DMA控制器根据外设的请求，启动对应的通道，执行数据传输任务。

硬件触发：例如，当ADC完成一次采样时，它会自动产生一个DMA请求信号，触发DMA将采样数据写入到SRAM中。
软件触发：有时，开发者可以通过软件手动触发DMA进行数据传输，特别是在需要快速传输大量数据时。

数据转运

数据转运是DMA的核心功能。DMA控制器根据配置的源地址和目标地址，将数据从一个存储区域复制到另一个存储区域。这个过程中，DMA支持不同的数据宽度传输，如字节、半字（16位）、全字（32位），以适应不同的外设和存储器需求。

典型应用：例如，从SRAM传输一组传感器数据到USART寄存器，用于串口通信。

地址自增与定向传输

DMA支持多种地址模式，常见的有地址自增模式和定向传输模式。地址自增模式：每次数据传输完成后，源地址或目标地址可以自动递增，适合连续数据块的传输。定向传输模式：地址保持不变，适合从固定外设寄存器读取或写入数据的场景。

四、DMA的参数控制

硬件触发

外设如ADC、USART可以通过硬件事件产生DMA请求。比如，当ADC完成一次采样时，它会自动触发DMA，将数据传输到存储器。

开关控制

DMA通道可以通过软件配置进行启动和关闭。当DMA传输完成后，软件可以关闭该通道，避免资源浪费。开发者可以通过寄存器或直接通过编程接口控制DMA的开关状态。

传输计数器

DMA控制器的每个通道都有一个传输计数器，用于指示还需要传输的数据项数量。这个计数器在每次数据传输后会自动递减，直到所有数据传输完毕。当计数器达到0时，DMA将自动停止。

DMA请求与响应机制

DMA传输依赖于外设的请求信号。外设在需要传输数据时，向DMA发出请求，DMA控制器在接受到请求后将执行数据传输任务。完成后，DMA会向外设发送响应信号，通知传输成功。这种机制确保了数据传输的同步性与可靠性。

小结

STM32中的DMA控制器是高效数据传输的核心工具，能够显著提升系统性能。理解DMA的框图、存储器类型、总线架构和基本结构，可以帮助开发者更好地应用DMA，实现外设和存储器间的高效数据传输。下一篇文章将深入探讨DMA的具体配置方法及常见应用场景。