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STM32串口DMA方式发送数据

2023-05-16

文章目录

  • 一、DMA介绍
    • 1.概括
    • 2.DMA由来
      • 2.1程序传送方式
      • 2.2中断传送方式
      • 2.3DMA原理
    • 3.DMA具有的功能
    • 4.DMA传输方式
    • 5.DMA主要特征
    • 6.DMA处理
    • 7.DMA工作框图
    • 8.DMA工作传送过程
  • 二、串口DMA方式发送数据
    • 1.题目要求
    • 2.工程建立
    • 3.代码编写
    • 4.烧录测试
  • 五、参考

一、DMA介绍

1.概括

DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。

DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实现和完成的。DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场过程，通过硬件为RAM和IO设备开辟一条直接传输数据的通道，使得CPU的效率大大提高。

2.DMA由来

2.1程序传送方式

程序传送方式是指直接在程序控制下进行数据的输入/输出操作。分为无条件传送方式和条件传送方式两种。

  • 无条件传送方式
    微机系统中的一些简单的外设，如开关、继电器、数码管、发光二极管等，在它们工作时，可以认为输入设备已随时准备好向CPU提供数据，而输出设备也随时准备好接收CPU送来的数据，这样，在CPU需要同外设交换信息时，就能够用IN或OUT指令直接对这些外设进行输入/输出操作。由于在这种方式下CPU对外设进行输入/输出操作时无需考虑外设的状态，故称之为无条件传送方式。

  • 查询(有条件)传送方式
    查询传送也称为条件传送，是指在执行输入指令（IN）或输出指令（OUT）前，要先查询相应设备的状态，当输入设备处于准备好状态、输出设备处于空闲状态时，CPU才执行输入/输出指令与外设交换信息。为此，接口电路中既要有数据端口，还要有状态端口。
    其特点是接口电路简单,CPU利用率低（程序循环等待）,接口需向CPU提供查询状态.适用于CPU不太忙,传送速度要求不高的场合.要求各种外设不能同时工作,外设处于被动状态.

2.2中断传送方式

中断传送方式是指当外设需要与CPU进行信息交换时，由外设向CPU发出请求信号，使CPU暂停正在执行的程序，转而去执行数据输入/输出操作，待数据传送结束后，CPU再继续执行被暂停的程序。

其特点是CPU的利用率高,外设具有申请CPU中断的主动权,CPU和外设之间处于并行工作状态.但中断服务需要保护断点和恢复断点（占用存储空间,降低速度）,CPU和外设之间需要中断控制器.适用于CPU的任务较忙、传送速度要求不高的场合,尤其适合实时控制中的紧急事件处理.

2.3DMA原理

DMA的出现就是为了解决批量数据的输入/输出问题。DMA是指外部设备不通过CPU而直接与系统内存交换数据的接口技术。这样数据的传送速度就取决于存储器和外设的工作速度。

通常系统总线是由CPU管理的，在ＤＭＡ方式时，就希望CPU把这些总线让出来，即CPU连到这些总线上的线处于第三态(高阻状态)，而由DMA控制器接管，控制传送的字节数，判断DMA是否结束，以及发出DMA结束信号。

其特点是接口电路复杂,硬件开销大.大批量数据传送速度极快.适用于存储器与存储器之间、存储器与外设之间的大批量数据传送的场合.

3.DMA具有的功能

根据其特点，DMA具有以下功能
1、能向CPU发出系统保持(HOLD)信号，提出总线接管请求；

2、当CPU发出允许接管信号后，负责对总线的控制，进入DMA方式;

3、能对存储器寻址及能修改地址指针，实现对内存的读写；

4、能决定本次DMA传送的字节数，判断DMA传送是否借宿。

5、发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。

4.DMA传输方式

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
    在这里插入图片描述
    DMA控制器提供两个AHB主端口：AHB内存端口（用于连接到内存）和AHB外设端口（用于连接到外设）。 但是，为了允许内存到内存的传输，AHB外设端口也必须可以访问内存。AHB从端口用于对DMA控制器的编程控制（仅支持32位访问）。

5.DMA主要特征

  • 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；

  • 在同一个DMA模块上，多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），优先权设置相等时由硬件决定（请求0优先于请求1，依此类推）；

  • 独立数据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、存储器和外设之间的传输；

  • 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65535。

6.DMA处理

对于两个DMA控制器的系统实现如下图所示。DMA1控制器AHB外设端口没有像DMA2控制器那样连接到总线矩阵，所以只有DMA2能够执行内存到内存的数据传输
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

7.DMA工作框图


上方的框图，我们可以看到STM32内核，存储器，外设及DMA的连接，这些硬件最终通过各种各样的线连接到总线矩阵中，硬件结构之间的数据转移都经过总线矩阵的协调，使各个外设和谐的使用总线来传输数据。

8.DMA工作传送过程

在这里插入图片描述

二、串口DMA方式发送数据

1.题目要求

STM32采用串口DMA方式，用115200bps或更高速率向上位机连续发送数据。

2.工程建立

新建工程的步骤参考我之前的博客stm32CubeMX的安装和点亮流水灯

同样设置RCC为高速时钟源
在这里插入图片描述
设置usart1使能中断
以上两个步骤同前一篇博客中断内容

下面是关于DMA的设置
在USART1处选择DMA Settings点击Add添加新的通道
将两个输入输出管脚的传输速率设置为medium
在这里插入图片描述
下面自动为我们设置的默认的参数为normal，我们不做更改
在这里插入图片描述

接下来在右侧预览界面点击System viem选择DMA，在左侧添加ADD通道，在这里插入图片描述

最后配置时钟源，选择72Mhz
在这里插入图片描述
导出工程

3.代码编写

进入mdk，在main.c用户代码中添加如下代码：

uint8_t Senbuff[] = "Hello Windows！";  //定义数据发送数组

这一句的意思是我们定义uint8_t Senbuff这个数组为hello windows，接下来我们会在main中使用到这个数组。注意这句要放在main函数体内，但不是循环体，具体位置如下：
在这里插入图片描述

然后就是我们main.c循环体内容的书写
我们在main.c 中while循环内输入如下代码：

  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)Senbuff, sizeof(Senbuff));
  HAL_Delay(1000);

可以看到这两句代码使用到了我们前面定义的数组，

第一句是设置发送的内容为数组unit8_t，发送方式为DMA。

这里sizof函数是一种内存容量度量函数，功能是返回一个变量或者类型的大小。

第二句是一个延时函数，延时1000ms也就是1s。
下面我们编译测试看有没有问题。

在这里插入图片描述
编译结果没有问题我们就可以进行测试了

4.烧录测试

在这里插入图片描述
打开串口助手查看：
请添加图片描述
可以看到成功发送Hello Windows，看前面的发送时间可以看到间隔为1s。

五、参考

传送的控制方式有哪几种

DMA原理介绍

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STM32

DMA

方式发送数据

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