星球娱乐城电子游戏: [资料分享] stm32学习笔记之DMA详细分析

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本帖最后由 奔跑的蜗牛0 于 2019-9-26 15:01 编辑

  1、DMA简介
  DMA(Direct Memory Access:直接内存存取)是一种可以大大减轻CPU工作量的数据转移方式。
  CPU有转移数据、计算、控制程序转移等很多功能,星球娱乐城电子游戏:但其实转移数据(尤其是转移大量数据)是可以不需要CPU参与。比如希望外设A的数据拷贝到外设B,只要给两种外设提供一条数据通路,再加上一些控制转移的部件就可以完成数据的拷贝。
  DMA就是基于以上设想设计的,它的作用就是解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。有了DMA使CPU更专注于更加实用的操作--计算、控制等。
  2、DMA的工作原理
  DMA的作用就是实现数据的直接传输,而去掉了传统数据传输需要CPU寄存器参与的环节,主要涉及四种情况的数据传输,但本质上是一样的,都是从内存的某一区域传输到内存的另一区域(外设的数据寄存器本质上就是内存的一个存储单元)。四种情况的数据传输如下:
  外设到内存
  内存到外设
  内存到内存
  外设到外设
  当用户将参数设置好,主要涉及源地址、目标地址、传输数据量这三个,DMA控制器就会启动数据传输,传输的终点就是剩余传输数据量为0(循环传输不是这样的)。换句话说只要剩余传输数据量不是0,而且DMA是启动状态,那么就会发生数据传输。
  3、DMA是否影响CPU的运行
  在X86架构系统中,当DMA运作时(假设我们从磁盘拷贝一个文件到U盘),DMA实际上会占用系统总线周期中的一部分时间。也就是说,在DMA未开启前,系统总线可能完全被CPU使用;当DMA开启后,系统总线要为DMA分配一定的时间,以保证DMA和CPU同时运作。那么显然,DMA会降低CPU的运行速度。
  在STM32控制器中,芯片采用Cortex-M3架构,总线结构有了很大的优化,DMA占用另外的总线,并不会与CPU的系统总线发生冲突。也就是说,DMA的使用不会影响CPU的运行速度。
  二、STM32的DMA结构
  1、DMA的主要特性
  ● 12个 独立的可配置的通道(请求)DMA1有7个通道,DMA2 有5个通道
  ● 每个通道都直接连接专用的硬件DMA请求,每个通道都同样支持软件触发。这些功能通过
  软件来配置。
  ● 在七个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级:很高、高、中等和低),假如在相
  等优先权时由硬件决定(请求0优先于请求1,依此类推) 。
  ● 独立的源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字),模拟打包和拆包的过程。源和目标
  地址必须按数据传输宽度对齐。
  ● 支持循环的缓冲器管理
  ● 每个通道都有3个事件标志(DMA 半传输,DMA传输完成和DMA传输出错),这3个事件标志
  逻辑或成为一个单独的中断请求。
  ● 存储器和存储器间的传输
  ● 外设和存储器,存储器和外设的传输
  ● 闪存、SRAM 、外设的SRAM 、APB1 APB2和AHB外设均可作为访问的源和目标。
  ● 可编程的数据传输数目:最大为65536
  下面为功能框图:


  2、两个DMA控制器结构
  ① DMA1 controller


  ② DMA2 controller


  3、DMA寄存器列表


  ① 中断类
  DMA_ISR:   DMA中断状态寄存器
  DMA_IFCR:  DMA中断标志位清除寄存器
  说明:  DMA1、DMA2分别有一组寄存器。
  ② 控制传输类
  DMA_CCRx:   DMA通道x配置寄存器
  DMA_CNDTRx:  DMA通道x数据数量寄存器
  DMA_CPARx:   DMA通道x外设地址寄存器
  DMA_CMARx:  DMA通道x内存地址寄存器
  说明:
  1> 每一个通道都有一组寄存器。
  2> DMA_CPARx、DMA_CMARx是没有差别的,它们都可以存放外设的地址、内存的地址。DMA_CPARx、DMA_CMARx只不过起得名字有差别而已。
  4、STM32的DMA工作特点
  ① DMA进行数据传输的必要条件
  剩余传输数据量大于0
  DMA通道传输使能
  通道上DMA数据传输有事件请求
  前两者都好理解,对于第三点确实需要详细的解释,请看下边的三条。
  ② 外设到XX方向的传输
  假设是ADC到存储器的数据传输,显然ADC的DMA传输的源地址是ADC的数据寄存器。并不是说只要DMA通道传输使能后,就立即进行数据传输。只有当一次ADC转化完成,ADC的DMA通道的传输事件有效,DMA才会从ADC的数据寄存器读出数据,写入目的地址。当DMA在读取ADC的数据寄存器时,同时使ADC的DMA通道传输事件无效。显然,要等到下一次ADC转换完成后,才能启动再一次的数据传输。
  ③存储器对XX的DMA传输
  因为数据是准备好的,不像ADC还需要等待数据到位。所以,不需要对应通道的事件。只要使能DMA数据传输就一直传输,直到达到设定的传输量。
  example:
  1.内存到内存
  DMA传输请求一直有效
  2.内存到串口
  DMA传输请求一直有效
  一种解释:
  存储器对存储器的置位,就相当于相应通道的事件有效。 对应通道的事件有效和存储器对存储器的置位,就是传输的触发位。每次传输的事件置位一次,完成一次传输。如果是由外设引发的DMA传输,则传输完成后,相应传输事件会置为无效,而存储器对存储器的传输,则一次传输完成后,相应事件一直有效,直至完成设定的传输量。            
  ④外设以DMA方式工作时,能否再以软件方式进行操作?
  有一点是肯定的,当外设以DMA方式正在数据传输时,不可能再相应CPU的软件控制命令,否则这不符合逻辑。
  但是,倘若外设仅仅配置成DMA工作方式,但是DMA请求并未产生,数据传输并没有进行。此时,软件控制命令仍然能够对外设进行控制。这是笔者在串口以DMA方式发送数据情形下,所得到的测试结论。
  三、STM32的DMA软件编程
  1、“内存到内存”模式传输

  2、利用DMA实现循环传输
  方法1:单次传输模式
  当传输结束时,触发DMA中断,在中断程序中首先失能DMA通道,然后修改该通道的传输数据量。最后重新使能DMA通道,注意只有失能的DMA通道才能成功修改传输数据量。
  方法2:循环传输模式
  当传输结束时,硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装,进行下一轮的数据传输。
  四、再谈STM32的DMA传输是否影响CPU的运行速度
  声明:经过笔者测试,当DMA工作在内存到外设的传输和内存到内存的传输时,都不会影响CPU的运行速度。为了给这种现象一个合理的解释,笔者做以下猜测:
  1、S3C2440的DMA传输
  S3C2440的SDRAM是外置的,并且SDRAM的数据线、地址线、控制线总共只有一组。假设DMA传输的方向是内存到外设,当DMA运作时,需要占用SDRAM的三类线才才能实现传输;而与此同时CPU也需要通过这三类线来访问SDRAM来读取程序、读写数据。
  显然,DMA的运行与CPU的运行有交叉点,DMA就会影响到CPU的运行。
  2、STM32的DMA传输
  STM32与S3C2440的区别是很大的,S3C2440是微处理器,RAM外置且空间很大;STM32是微控制器,RAM片内集成且空间较小。此时,ST公司就有可能提升DMA的运作效率,使DMA的工作不影响到CPU的运行。
  外设与外设之间的DMA传输,因为与CPU的运行没有交叉点(CPU的数据流注意是在Flash、内存、寄存器中传输),所以不会影响CPU的运行速度。唯一有可能影响的是外设与内存或者内存与内存之间的DMA传输。
  倘若ST公司的SRAM是一个双口RAM,也就是同时可以由两组接口对RAM进行访问,就可以很好的解决速度影响问题。倘若CPU恒定占有一组接口,而另一组接口留给DMA控制器。那么当外设与内存或者内存与内存之间的DMA传输时,由于不与CPU的访问SRAM接口冲突,所以可以解决速度影响问题。
  但其实偶尔还是会影响的,当CPU访问SRAM的空间和DMA访问SRAM的空间相同时,SRAM势必会对这种情况进行仲裁,这可能会影响到CPU的访问SRAM的速度。其实,这种情况的概率也是很小的,所以即使影响CPU的运行速度,也不会很大。
(DMA专题讲解)
makeru.com.cn/live/1392_1048.html?s=45051
makeru.com.cn/live/1392_1020.html?s=45051
stm32 如何用DMA搬运数据
makeru.com.cn/live/detail/1484.html?s=45051

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01.png
沙发
| 2019-10-6 16:36 | 只看该作者
厉害,感谢整理,感谢分享
板凳
| 2019-10-9 10:20 | 只看该作者
“在STM32控制器中,芯片采用Cortex-M3架构,总线结构有了很大的优化,DMA占用另外的总线,并不会与CPU的系统总线发生冲突。也就是说,DMA的使用不会影响CPU的运行速度。“ 这句话肯定是错的,dma并没有专门的总线连接到ahb 和 apb,sram,flash等,还是要通过bus matrix 仲裁,而且dma的优先级就决定dma可以使用的总线时序比例。nxp 似乎是有 dma独立总线的,但需要访问设备支持双端口,比较麻烦应该。

地板
| 2019-10-9 10:25 | 只看该作者
“但其实偶尔还是会影响的,当CPU访问SRAM的空间和DMA访问SRAM的空间相同时,SRAM势必会对这种情况进行仲裁,这可能会影响到CPU的访问SRAM的速度。其实,这种情况的概率也是很小的,所以即使影响CPU的运行速度,也不会很大。”
自相矛盾,之前说经过测试没有影响,后面说影响不大,影响不大但没有测出来,就是测试方法有误了!dma最多占用总线1/3的时序,你说影响大不大
5
| 2019-10-9 10:27 | 只看该作者
“ STM32与S3C2440的区别是很大的,S3C2440是微处理器,RAM外置且空间很大;STM32是微控制器,RAM片内集成且空间较小。此时,ST公司就有可能提升DMA的运作效率,使DMA的工作不影响到CPU的运行。” 纯粹主管想象, 知其理 再来发表见解。
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