【STM32CubeMX学习教程】——7.DMA+USART

最新推荐文章于 2025-10-20 21:22:00 发布

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#stm32 #学习 #嵌入式硬件

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文章目录

一、DMA基本概念
二、DMA 的传输模式
三、DMA 工作流程图
四、什么是 USART？
五、为什么需要 USART + DMA？
五、STM32CubeMX DMA+USART配置
六、HAL库中常用的USART + DMA相关代码

一、DMA基本概念

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是一种允许外设直接与存储器进行数据传输的技术，这样 CPU 不需要参与整个搬运过程，只需在开始和结束时配置和管理，大大提高了系统效率。
整个工作流程大体分为：

1.初始化配置阶段（CPU 参与）

CPU 告诉 DMA 控制器：
　　　- 数据从哪里来（源地址）
　　　- 要放到哪里去（目标地址）
　　　- 要搬多少数据（传输大小）
　　　- 传输方式（单次/循环/突发等）
然后启动 DMA

２.传输阶段（CPU 不参与）

DMA 控制器接管总线的使用权，自动完成源地址 → 目标地址的数据传输。
CPU 可以同时执行其他任务（并行处理），不用被数据搬运“绑死”。

３.结束阶段（中断通知）

DMA 传输完成后，触发中断，通知 CPU：“数据搬运完成了，可以处理下一步了。”

二、DMA 的传输模式

存储器到存储器（如大块内存拷贝）
外设到存储器（如 ADC 采样结果写入内存）
存储器到外设（如把内存中的数据送到串口发送寄存器）
外设到外设（少见）

三、DMA 工作流程图

1.这个流程图展示了STM32中DMA最经典的工作方式：当一个外设需要交换数据时，它向DMA发出请求，DMA就像一位高效的搬运工，自动在总线上完成数据搬运，整个过程无需CPU核心参与。它涵盖了‘外设到存储器’、‘存储器到外设’和‘外设到外设’这三种模式。

四、什么是 USART？

USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) 是一种串行通信接口，常用于微控制器与外部设备（如电脑、传感器、其他MCU等）之间的数据交换。

异步模式 (UART)： 最常用，不需要时钟线，依靠预先约定好的波特率进行通信。例如：RS-232, TTL串口。
同步模式： 需要一条时钟线（SCLK）来同步数据。
工作原理： 数据一位一位地顺序传输。发送时，CPU将数据写入发送数据寄存器（TDR），硬件会自动将数据移位发出。接收时，硬件将接收到的位流组合成字节，存入接收数据寄存器（RDR），并产生中断告知CPU。

五、为什么需要 USART + DMA？

将USART和DMA结合，主要是为了解决传统查询和纯中断方式的弊端：

1.查询方式：
CPU不断轮询USART的状态标志位（如TXE, RXNE），效率极低，CPU完全被阻塞，无法执行其他任务。

2.中断方式：
发送： 每发送完一个字节，产生一个中断，CPU需要响应中断并写入下一个字节。对于大量数据发送，中断频率非常高，CPU频繁进出中断上下文，开销很大。
接收： 每接收到一个字节，产生一个中断，CPU需要立刻读取数据寄存器，否则下一个数据可能会覆盖当前数据（Overrun Error）。如果CPU正在处理高优先级任务，可能导致数据丢失。

3.DMA方式 (USART + DMA)：
发送： CPU只需一次性将要发送的数据数组地址、长度等信息配置给DMA，DMA就会自动地将内存中的数据逐个搬运到USART的发送数据寄存器中，直到发送完成才通知CPU。整个过程CPU几乎可以完全不管。
接收： CPU只需提前开辟一个接收缓冲区（数组），并将其地址和长度配置给DMA。此后，USART收到的每一个字节都会由DMA自动搬运到指定的内存数组中。只有当整个缓冲区接收满（或一半时，利用半传输中断）时，DMA才通知CPU来处理数据。极大降低了中断频率， 避免了数据丢失。

4.优点：
高效： 极大减少了CPU开销，让CPU可以专注于数据处理、算法等核心任务。
低功耗： CPU在数据传输期间可以进入睡眠模式，降低系统功耗。
高可靠性： 尤其对于高速数据流，DMA方式能更可靠地处理数据，避免因中断延迟导致的数据丢失。

五、STM32CubeMX DMA+USART配置

1.新建工程

1.双击打开桌面下载好的STM32CubeMX，点击File–>New Project，或直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR

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2.在左边搜索栏里输入使用的芯片型号，右边选中并开始创建

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2.设置RCC时钟源

设置高/低速时钟源都由外部晶振产生。

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3.设置串口参数

1.串口2参数设置

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2.根据实际硬件电路修改GPIO口

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3.使能串口2接收中断

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3.设置DMA

1.添加DMA接口

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2.选择要配置的接口可以选择只配置RX或者TX或两个都配置，根据自己需求来

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3.下面DMA框中保持默认即可

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到此USART+DMA参数配置结束，主要就是在串口功能的基础上添加DMA功能。

4.时钟配置

1.时钟源设置
默认时钟源是由内部RC振荡器产生，可通过图中按钮进行修改，外部晶振数值取决于实际电路板上的晶振大小.

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提示：

这里用到的芯片的最大时钟频率是100MHz，有的芯片最大只有72MHz，实际最大频率可通过查看芯片数据手册确定。

2.时钟频率设置

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①PLLM—PLL输入时钟分频系数，根据自己需要的系统时钟频率来进行修改
②PLLN—主PLL倍频系数（自动计算）
③PLLP—主PLL分频系数（自动计算）
④SYSCLK—系统时钟
⑤HCLK—AHB总线时钟，由系统时钟SYSCLK 分频得到，一般不分频，等于系统时钟
⑥APB1/APB2 Prescaler—APB1/APB2总线的预分频系数，可根据需要修改

5.工程文件设置

1.工程设置
注：工程路径中不能有中文，否则会输出错误。
库文件要提前下载好，具体方法在 “【STM32CubeMX学习教程】——1.软件安装” 这一篇文章中有提到。

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2.代码生成设置

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3.点击右上角按钮生成代码，之后会出现下面的窗口，再点击打开工程即可在用keil查看工程代码。

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4.编译成功
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六、HAL库中常用的USART + DMA相关代码

1.启动DMA传输

uint8_t txBuffer[] = "Hello, World!\r\n";
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, txBuffer, sizeof(txBuffer) - 1);//-1 排除空值终端

2.发送中断回调函数

//在传输完成回调函数中处理后续工作（可选）
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    if (huart->Instance == USART2) {
        // 发送完成，可以点亮LED或者准备下一包数据
    }
}

3.启动DMA接收

// 1. 定义接收缓冲区
#define RX_BUFFER_SIZE 100
uint8_t rxBuffer[RX_BUFFER_SIZE];

HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);

4.接收中断回调函数

//处理接收完成中断（可选）
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    if (huart->Instance == USART2) {
        // 整个缓冲区接收满了
        // 处理数据，然后重新启动接收（因为DMA只触发一次）
        processData(rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
        HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
    }
}