一、DMA基本概念

直接存储器访问（Direct Memory Access），简称DMA。DMA是CPU一个用于数据从一个地址空间到另一地址空间“搬运”（拷贝）的组件，数据拷贝过程不需CPU干预，数据拷贝结束则通知CPU处理。因此，大量数据拷贝时，使用DMA可以释放CPU资源。DMA数据拷贝过程，典型的有：

内存—>内存，内存间拷贝
外设—>内存，如uart、spi、i2c等总线接收数据过程
内存—>外设，如uart、spi、i2c等总线发送数据过程

二、DMA一些应用场景

1、ADC与DMA

（1）AD单次启动+软件启动+查询/中断方式

-------------------------------------------------------------------------
var = Get_Adc_Average(ADC_CHANNEL_0, 10); //放大倍数为0.635Sys.adc1 = var * 3300 / 4096 * 1.574 + 10;----------------------------------------------------------------------------u16 Get_Adc(u32 ch)
{ADC_ChannelConfTypeDef ADC1_ChanConf;ADC1_ChanConf.Channel=ch; ADC1_ChanConf.Rank=1; ADC1_ChanConf.SamplingTime=ADC_SAMPLETIME_480CYCLES; ADC1_ChanConf.Offset=0; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1,&ADC1_ChanConf); HAL_ADC_Start(&hadc1); HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10);
return (u16)HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}
u16 Get_Adc_Average(u32 ch,u8 times)
{u32 temp_val=0;u8 t;for(t=0;t<times;t++){temp_val+=Get_Adc(ch);osDelay(5);}return temp_val/times;
}

（2）连续转换+DMA+手动启动/定时器启动

在方法1里面，每次转换完成，需要我们手动去读一下AD值；启动DMA之后，完全省掉了这个过程，只需要等待设定好的值全部转换完成之后触发一个中断，再进行数据处理。

/*** @brief adc01的配置 规则通道并行   扫描和连续转换模式 */
static void bsp_adc01_cfg(void)
{    /* enable ADC0 and ADC1 clock */rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC1);/* config ADC clock */rcu_adc_clock_config(RCU_CKADC_CKAPB2_DIV16);/* ADC continous function enable */adc_special_function_config(ADC0, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);adc_special_function_config(ADC0, ADC_CONTINUOUS_MODE, ENABLE); adc_special_function_config(ADC1, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);adc_special_function_config(ADC1, ADC_CONTINUOUS_MODE, ENABLE); /* ADC trigger config */adc_external_trigger_source_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC0_1_EXTTRIG_REGULAR_NONE);//ADC0_1_EXTTRIG_REGULAR_NONEadc_external_trigger_source_config(ADC1, ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC0_1_EXTTRIG_REGULAR_NONE);//ADC0_1_EXTTRIG_INSERTED_NONE     /* ADC data alignment config */adc_data_alignment_config(ADC0, ADC_DATAALIGN_RIGHT);adc_data_alignment_config(ADC1, ADC_DATAALIGN_RIGHT);/* ADC mode config,使用规则同步模式,ADC0是主,ADC1是从, 同时转换两个通道(同时转换的通道不能相同) */adc_mode_config(ADC_DAUL_REGULAL_PARALLEL); /* ADC分辨率 12B */adc_resolution_config(ADC0,ADC_RESOLUTION_12B);adc_resolution_config(ADC1,ADC_RESOLUTION_12B);/* ADC channel length config */adc_channel_length_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, 6);adc_channel_length_config(ADC1, ADC_REGULAR_CHANNEL, 0);    /* ADC regular channel config,一个通道转换时长是2.06us */adc_regular_channel_config(ADC0, 0, ADC_CHANNEL_6, ADC_SAMPLETIME_239POINT5);adc_regular_channel_config(ADC0, 1, ADC_CHANNEL_7, ADC_SAMPLETIME_239POINT5);adc_regular_channel_config(ADC0, 2, ADC_CHANNEL_14, ADC_SAMPLETIME_239POINT5);//adc_regular_channel_config(ADC0, 3, ADC_CHANNEL_7, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);//adc_regular_channel_config(ADC0, 4, ADC_CHANNEL_8, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);adc_regular_channel_config(ADC0, 3, ADC_CHANNEL_15, ADC_SAMPLETIME_239POINT5);    adc_regular_channel_config(ADC0, 4, ADC_CHANNEL_8, ADC_SAMPLETIME_239POINT5);adc_regular_channel_config(ADC0, 5, ADC_CHANNEL_9, ADC_SAMPLETIME_239POINT5);// adc_regular_channel_config(ADC1, 3, ADC_CHANNEL_15, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);//adc_regular_channel_config(ADC1, 4, ADC_CHANNEL_5, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);/* ADC external trigger enable */adc_external_trigger_config(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE);    adc_external_trigger_config(ADC1, ADC_REGULAR_CHANNEL, ENABLE);    /* enable ADC0 interface */adc_enable(ADC0);      //delay_ms(0xFFFF);/* ADC0 calibration and reset calibration */adc_calibration_enable(ADC0);/* enable ADC1 interface */adc_enable(ADC1);      //delay_ms(0xFFFF);/* ADC1 calibration and reset calibration */adc_calibration_enable(ADC1);  /* ADC校准复位 */  /* ADC DMA function enable */adc_dma_mode_enable(ADC0);        /* ADC0 software trigger enable */adc_software_trigger_enable(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL);adc_software_trigger_enable(ADC1, ADC_REGULAR_CHANNEL);
}uint16_t adc01_fifo[100];
/*** @brief ADC01 DMA配置* @retval none* @author Mr.W* @date 2020-11-10*/
void bsp_adc01_dma_cfg(void)
{/* ADC_DMA_channel configuration */dma_parameter_struct dma_data_parameter;/* enable DMA0 clock */rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA0); /* ADC DMA_channel configuration */dma_deinit(DMA0, DMA_CH0);/* initialize DMA data mode */dma_data_parameter.periph_addr = (uint32_t)(&ADC_RDATA(ADC0));dma_data_parameter.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;dma_data_parameter.memory_addr = (uint32_t)(g_sys.adcs.fifo);dma_data_parameter.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;dma_data_parameter.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_16BIT;dma_data_parameter.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_16BIT;  dma_data_parameter.direction = DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;dma_data_parameter.number = ADCFILTER_NUM*ADCCHANNEL_NUM*2;    /* 搬运的数据个数，完成后会触发中断*/dma_data_parameter.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;dma_init(DMA0, DMA_CH0, &dma_data_parameter);dma_circulation_enable(DMA0, DMA_CH0);//设置dma中断优先级nvic_irq_enable(DMA0_Channel0_IRQn, 0, 0);/* enable DMA transfer complete interrupt */dma_interrupt_enable(DMA0,DMA_CH0, DMA_INT_HTF|DMA_INT_FTF);//半传输/全传输中断都开启/* enable DMA channel */dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH0);
}void DMA0_Channel0_IRQHandler(void)
{if(dma_interrupt_flag_get(DMA0,DMA_CH0, DMA_INT_HTF))//半传输完成{    g_sys.adcs.dma_half1=1; } if(dma_interrupt_flag_get(DMA0,DMA_CH0, DMA_INT_FTF))//全部传输完成{g_sys.adcs.dma_half2=1;        } //清除全部标志位dma_interrupt_flag_clear(DMA0,DMA_CH0, DMA_INT_FLAG_G);rt_sem_release(&sem_adc_dma); /* 释放信号量 */
}void calcaulate_anlog(void)
{uint32_t sum_data[ADCCHANNEL_NUM] = {0};uint16_t i = 0;uint16_t j = 0;// int16_t var1=0;static uint8_t cnt_tsk = 0;static uint8_t cnt_cluth = 0;static uint16_t cnt2_cluth = 0;static int16_t judge_cluth_data_before = 0;static int16_t judge_cluth_data_now = 0;if (g_sys.adcs.dma_half1 == 1){for (i = 0; i < ADCFILTER_NUM; i++){for (j = 0; j < ADCCHANNEL_NUM; j++)sum_data[j] += g_sys.adcs.fifo[j + i * 6];}for (j = 0; j < ADCCHANNEL_NUM; j++){g_sys.adcs.average_adc[j] = sum_data[j] / ADCFILTER_NUM;sum_data[j] = 0;}}if (g_sys.adcs.dma_half2 == 1) // half2数据暂时舍弃{// for(i=0;i<ADCFILTER_NUM;i++)//   {//       for(j=0;j<ADCCHANNEL_NUM;j++)//       sum_data[j]+=g_sys.adcs.fifo[j+i*6+ADCCHANNEL_NUM*ADCFILTER_NUM];//   }//   for(j=0;j<ADCCHANNEL_NUM;j++)//   {//     g_sys.adcs.average_adc[j]= sum_data[j]/ADCFILTER_NUM;//     sum_data[j]=0;//   }}}
}

2、串口与DMA

串口(uart)是一种低速的串行异步通信，适用于低速通信场景，通常使用的波特率小于或等于115200bps。对于小于或者等于115200bps波特率的，而且数据量不大的通信场景，一般没必要使用DMA，或者说使用DMA并未能充分发挥出DMA的作用。
对于数量大，或者波特率提高时，必须使用DMA以释放CPU资源，因为高波特率可能带来这样的问题：

对于发送，使用循环发送，可能阻塞线程，需要消耗大量CPU资源“搬运”数据，浪费CPU
对于发送，使用中断发送，不会阻塞线程，但需浪费大量中断资源，CPU频繁响应中断；以115200bps波特率，1s传输11520字节，大约69us需响应一次中断，如波特率再提高，将消耗更多CPU资源
对于接收，如仍采用传统的中断模式接收，同样会因为频繁中断导致消耗大量CPU资源
如下为某项目的环形DMA传输；

for(;;){  xResult = xSemaphoreTake(g_xSemCntUart1_rxHandle, portMAX_DELAY) ;     // 任务代码中获取二值信号量  成功if(xResult == pdTRUE){taskENTER_CRITICAL() ;              memset((uint8_t *)g_uart1_temp_buf,0,U1_BUFSIZE);  printf("串口1的接收数据位置 :  %d  %d\r\n",g_uart1_recv.tail, g_uart1_recv.head);                 size= ring_used_buf_get(&g_uart1_recv,(uint8_t *)g_uart1_temp_buf);             taskEXIT_CRITICAL() ; //printf("串口1接收数据为 ： %s\r\n",g_uart1_temp_buf);                       uart_send_data(&huart3,(uint8_t *)g_uart1_temp_buf,size);          } else{Error_Handler();}       }
-----------------------------------------------------------------------
/**
串口1相关DMA部分初始化代码
**/
void init_related_usart1(void)
{/* USART1 DMA Init *//* USART1_RX Init */hdma_usart1_rx.Instance = DMA2_Stream2;hdma_usart1_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;hdma_usart1_rx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx) != HAL_OK){Error_Handler();}__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart1_rx);/* USART1_TX Init */hdma_usart1_tx.Instance = DMA2_Stream7;hdma_usart1_tx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;hdma_usart1_tx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx) != HAL_OK){Error_Handler();}__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmatx,hdma_usart1_tx);#if UART1_RECV_EN == 1g_uart1_recv.rxbuf = (uint8_t *)g_uart1_dma_rxbuf;            /* STM32 串口设备 */g_uart1_recv.totalleng =U1_RXSIZE;g_uart1_recv.head =0;g_uart1_recv.tail =0;g_uart1_recv.used =0;HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, g_uart1_recv.rxbuf , U1_RXSIZE) ;__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1) ;   //清除空闲标志 #endif}--------------------------------------------------------
void USART1_IRQHandler(void)
{usart_recv_idle(&huart1, &g_uart1_recv,&g_xSemCntUart1_rxHandle) ;HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}
/** ********************************************************************************************************** 函数功能:   串口1 接收   环形DMA+空闲中断 **********************************************************************************************************/typedef struct
{uint8_t *rxbuf; uint16_t totalleng;      //  数据总长uint16_t head;      //  这次接收数据 队列头uint16_t tail;      //  这次接收数据 队列尾uint16_t used;      //   接收数据 解析标志     //
//  UART_STATUSE    statuse;
}USART_RECV;
void usart_recv_idle(UART_HandleTypeDef *huart,USART_RECV *pUart,  osSemaphoreId_t *pSem)
{BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;BaseType_t xSaveIntStatus ;if((__HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_IDLE) != RESET)){__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart) ;   //清除空闲标志 xSaveIntStatus = taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() ;      /* 进入中断服务程序里面临界区 */pUart->tail=pUart->head; pUart->head=pUart->totalleng - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart->hdmarx);   //printf("si is %d\r\n",( pUart->head));taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(xSaveIntStatus) ;     /* 退出中断服务程序里面临界区 */   xSemaphoreGiveFromISR(*pSem, &xHigherPriorityTaskWoken) ;   //用于中断服务程序中释放 二值 信号量。if(xHigherPriorityTaskWoken == pdTRUE)     /* 如果 xHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE，那么退出中断后切到当前最高优先级任务执行 */{portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken) ;}}
}
/**  ********************************************************************************************************** 函数功能:   从环形缓冲区中  从used到 head 长度的数据 **********************************************************************************************************/
uint16_t ring_used_buf_get(USART_RECV *pUart,uint8_t *buf)
{uint16_t lenght=0 ;while(pUart->used!=pUart->head){         *buf++= pUart->rxbuf[pUart->used++];lenght++;if(pUart->used>=pUart->totalleng)  pUart->used= 0;}return  lenght ;
}/** ********************************************************************************************************** 函数功能:   从环形缓冲区中  从tail到 head 长度的数据 **********************************************************************************************************/
uint16_t ring_tail_buf_get( USART_RECV *pUart,uint8_t *buf)
{uint16_t lenght=0 ;while(pUart->tail!=pUart->head){         *buf++= pUart->rxbuf[pUart->tail++];lenght++;if(pUart->tail>=pUart->totalleng)  pUart->tail= 0;}return  lenght ;
}

3、其他

如在一些大量数据需要多个算法处理，如摄像头数据需要分别进行二值化处理、几何变换、色度变换，则必须使用到DMA进行数据搬运来提升效率；
再如越来越多的多核的处理器，xilinx ZYNQ 7000： Cortex-A9 + fpga；Ti TMS320C6678：8核；STM32MP1/iMX7 ： Cortex-A7 和 Cortex-M4 等其核心间通信除了共享的部分空间和外设，大部分的数据量都是要靠DMA进行传送来达到协程。
DMA与网口。
HAL_ETH_DMATxDescListInit();
HAL_ETH_DMARxDescListInit();
DMA与SPI、SDIO
如下图为stm32f4的DMA请求映射

三、DMA几个相关误区

1、DMA与cahe一致性问题

- 高性能的微控制器会在主存储器和 CPU 之间增加高速缓冲存储器（Cache），目的是提高对存储器的平均访问速度，从而提高存储系统的性能。

CPU在访问内存时，首先判断所要访问的内容是否在Cache中，如果在，就称为“命中（hit）”，此时CPU直接从Cache中调用该内容；否则，就称为“ 不命中”，CPU只好去内存中调用所需的子程序或指令了。CPU不但可以直接从Cache中读出内容，也可以直接往其中写入内容。由于Cache的存取速率相当快，使得CPU的利用率大大提高，进而使整个系统的性能得以提升。
Cache的一致性就是Cache中的数据，与对应的内存中的数据是一致的。 DMA是直接操作总线地址的，这里先当作物理地址来看待吧（系统总线地址和物理地址只是观察内存的角度不同）。如果cache缓存的内存区域不包括DMA分配到的区域，那么就没有一致性的问题。但是如果cache缓存包括了DMA目的地址的话，会出现什么什么问题呢？问题出在，经过DMA操作，cache缓存对应的内存数据已经被修改了，而CPU本身不知道（DMA传输是不通过CPU的），它仍然认为cache中的数据就是内存中的数据，以后访问Cache映射的内存时，它仍然使用旧的Cache数据。这样就发生Cache与内存的数据“不一致性”错误。
一般而言要么禁用此项功能，要么在使用过程中注意该段空间是否存在多个host的操作，如有，则实时需要刷新cahe 和memory之间的交互。

2、DMA与CCM内存单元

相较于F2，F4新加的一个特殊内部SRAM。64 KB CCM （内核耦合存储器）数据 RAM 不属于总线矩阵请参见图 1 ： STM32F405xx/07xx和 STM32F415xx/17xx 器件的系统架构）。

因此，如果DMA的源地址或者目标地址分配到的是CCM部分的空间，则无法完成搬运。解决方式是要么禁用该段空间，要么修改分散加载sct文件

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