DMA原理介绍

DMA的基本定义

DMA，全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。

 

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。

 

DMA的主要特征

·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（0xFFFF）。

 

STM32F411x系列芯片DMA控制器

DMA的工作框图如下图所示。DMA控制器和Cortex™-M4核心共享系统数据总线，执行直接存储器数据传输。当CPU和DMA同时访问相同的目标（RAM或外设）时，DMA请求会暂停CPU访问系统总线达若干个周期，总线仲裁器执行循环调度，以保证CPU至少可以得到一半的系统总线（存储器或外设）带宽。

 

DMA控制器传输作为AHB主设备操作直接存储器，它可以控制AHB总线的控制矩阵以启动AHB传送。它可以执行以下信息交换：

 

•外设到内存

 

•内存到外设

 

•内存到内存

 

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）。

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。

 

 DMA事务由给定数量的数据传输序列组成，可以传输的数据项的数量及其宽度（8位，16位或32位）可以通过软件编程实现。每个DMA传输都包含三个操作步骤：

 

·从外设数据寄存器或者从当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址取数据，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元；

 

·存数据到外设数据寄存器或者当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元；

 

·执行一次DMA_CNDTRx寄存器的递减操作，该寄存器包含未完成的操作数目。

通道选择

 

事件发生后，外设向DMA控制器发送请求信号，DMA控制器根据通道优先级来处理请求。当DMA控制器访问外围设备时，确认信号即由DMA控制器发送到外围设备，一旦外围设备从DMA控制器收到确认信号，它就会释放其请求，当外设取消了该请求后，DMA控制器将释放确认信号。 如果外设还有更多请求，它可以启动下一轮请求操作。