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STM32CubeMX教程12 DMA 直接内存读取

2024-01-11 09:59 由 OSnotes 发表于 #操作系统

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407开发板上串口USART1进行DMA传输数据，然后实现与实验“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”相同的目标

1、准备材料

开发板（正点原子stm32f407探索者开发板V2.4）
ST-LINK/V2驱动
STM32CubeMX软件（Version 6.10.0）
keil µVision5 IDE（MDK-Arm）
CH340G Windows系统驱动程序（CH341SER.EXE）
XCOM V2.6串口助手

2、实验目标

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407开发板上串口USART1进行DMA传输数据，然后实现与实验“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”相同的目标

3、实验流程

3.0、前提知识

直接存储器访问（DMA）是实现存储器与外设、存储器与存储器之间高效传输数据的一种方法，其拥有①从外设到存储器、②从存储器到外设和③从存储器到存储器三种传输模式，STM32F407有DMA1和DMA2两个DMA控制器，其中DMA2可以实现上述三种传输模式，DMA1仅可以实现前两种传输模式

每个DMA均有8个流（stream），每个流又有8个通道，但是每个流只能同时使用8个通道中的一个，支持DMA的外设一般可以选择8个流共64个通道中的某2个通道发起DMA请求，当多个流共同发起DMA请求时，由DMA仲裁器来决定谁先发送（软件可以配置DMA流的优先级），如下图所示为STM32F407的DMA1/2具体的外设请求映射表（注释1）

举个例子：当使用USART1_TX发起DMA请求时，USART1_TX可以选择的DMA通道只有DMA2 Stream7 CH4，因此DMA请求从DMA2 Stream7 CH4发起，然后经过仲裁器到存储器端口处取要发送的数据，然后经过FIFO（可以配置不使用），最后将数据送到外设端口USART1，上述描述如下图中黄色标注所示（注释1）

在使用DMA传输数据时一般需要设置①DMA请求和②DMA流两个主要参数，其中DMA请求就是存储器或者外设发起的传输需求，而DMA流就是进行DMA传输的数据链路（上图黄色链路）

使用某个外设的DMA传输时，一般流程为“添加外设具体的DMA请求 -> 选择该DMA请求的流Stream ->设置DMA优先级 -> 设置DMA请求模式 -> 设置地址递增（一般为外设地址不变，内存地址递增） -> 配置FIFO -> 配置传输数据的数据宽度 -> 启动DMA流全局中断 -> 在程序中以DMA方式启动外设”

先入先出（FIFO）可以想象成一个缓存区，启用FIFO之后，可以将输出暂存在该缓存区中，然后当数据量一旦达到了FIFO设置的阈值才会从缓存区中取出来发送出去，当DMA传输的源和目标的数据宽度不同时，FIFO将变得非常有用（可以在FIFO中改变传输数据的宽度）

3.1、CubeMX相关配置

请先阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.1小节配置RCC和SYS

3.1.1、时钟树配置

系统时钟树配置均设置为STM32F407总线能达到的最高时钟频率，无需使用LSE，具体如下图所示

3.1.2、外设参数配置

具体配置如下图所示，下面对每个序号配置做详细说明

  1. 在Pinout ＆ Configuration页面左边功能分类栏目Connectivity中单击其中USART1，在页面中间USART1 Mode and Configuration中将串口模式设置为异步通信工作模式，无硬件流控制，然后在Configuration页面中设置USART1的相关参数，具体的USART1基本参数配置与实验“STM32CubeMX USART/UART异步通信”相同，在页面下方的参数配置栏上面会有很多标签，当前处于的位置为参数设置
  2. 单击DMA Settings进入USART1的DMA配置页面，支持DMA功能的外设在这里都会有DMA Settings页面
  3. 单击ADD按键来增加外设的DMA，如果有可以使用的DMA流则会以列表形式供用户选择，这里可以选择发送TX和接收RX两个串口的DMA请求
  4. 选择可用的DMA流，DMA的方向会根据用户选择的DMA请求自动推断，一般只有一个选项，接着选择DMA流的优先级（注意与DMA中断优先级区分）
  5. 设置USART_RX的DMA模式为循环模式，并设置地址递增，由于外设USART1的地址固定，因此不需要地址递增，而接收的数据存储到内存里需要地址递增的存储
  6. 下方左侧为配置是否使用FIFO，如果使用则需要配置阈值，右边配置外设和内存的数据宽度，由于串口传输数据是以字节方式传输，存储也是，因此这里均选择Byte，下方为突发传输设置，当不使用FIFO时只能为单次传输，而当使用FIFO时，突发传输可以配置为4、8或16增量突发传输

3.1.3、外设中断配置

在Pinout & Configuration页面左边System Core/NVIC中勾选USART1和DMA2 stream2/7全局中断，然后选择合适的中断优先级即可，步骤如下图所示

3.2、生成代码

请先阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.3小节配置Project Manager

单击页面右上角GENERATE CODE生成工程

3.2.1、外设初始化调用流程

在生成的工程主函数main()中调用MX_DMA_Init()函数对USART1 RX/TX用到的DMA时钟及其流的中断进行了配置

在MX_USART1_UART_Init()函数中相比较于“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”实验增加了USART1 RX/TX DMA相关的参数配置及初始化

3.2.2、外设中断调用流程

勾选DMA2 stream2/7全局中断后，会在生成的工程文件stm32f4xx_it.c中新增全局中断函数DMA2_Stream2_IRQHandler()和DMA2_Stream7_IRQHandler()

这两个中断服务函数均调用了HAL库的DMA中断统一管理函数HAL_DMA_IRQHandler()，该函数中根据各种标志判断DMA传输完成/失败/一半完成等事件，然后根据不同的事件调用不同的回调函数，这里DMA传输完成之后调用了hdma->->XferCpltCal1back()，这是个函数指针

上述过程如下图所示

这个函数指针在以DMA方式启动USART1发送或者接收数据时被指向DMA传输完成回调UART_DMATransmitCpl()函数

在该DMA传输完成回调UART_DMATransmitCplt()函数中最终调用了USART1_TX传输完成回调HAL_UART_TxCpltCallback()函数，该函数在串口实验中我们重新实现过，也就是说DMA最终的传输完成中断回调函数使用了外设的中断回调函数

其他的中断事件回调流程类似，上述过程如下图所示

3.2.3、添加其他必要代码

本实验与“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”实验代码一致，除以下三个方面需要修改

①将主函数开始的以中断方式启动的串口接收函数修改为以DMA方式启动的HAL_UART_Receive_DMA函数

②主循环中将以中断方式启动的串口发送函数修改为以DMA方式启动的HAL_UART_Transmit_DMA函数

③删除空闲回调函数中的再次启动串口接收函数HAL_UART_Receive_IT(huart, rxBuffer, RX_CMD_LEN)

其他所有代码无需修改，具体修改后的代码如下所示

为什么删除再次启动串口接收中断的函数？

在串口章节的实验中，我们提到当以中断方式启动串口接收之后，串口接收完毕一次就不能自动接收第二次了，用户必须手动再次调用中断接收函数才可以重新接收，因此我们才在串口空闲回调函数里重新启用，以此来实现无限次的自动接收

但是在本实验中，我们已经配置了串口USART1的DMA接收模式为循环模式，在该模式下其接收完毕一次之后能够继续接收，因此不需要我们在空闲回调函数中重新启用

如果将串口USART1的DMA发送模式配置为循环模式，当按下按键触发时，会出现一直发送的情况，读者可以尝试尝试，这显然不符合我们的预想，因此串口USART1的DMA发送模式配置为了普通模式

4、常用函数

/*以DMA方式启动USART接收*/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
 
/*以DMA方式启动USART传输*/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)

5、烧录验证

5.1、具体步骤

“使用‘STM32CubeMX STM32F4 HAL库 USART/UART异步通信’实验的STM32CubeMX工程 -> 增加配置USART1的DMA相关设置 -> NVIC中启动DMA的全局中断并选择合适的中断优先级 -> 在生成的代码上进行3处修改（修改内容参看3.2小节）”

5.2、实验现象

实验现象与“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”实验现象一致

6、注释详解

注释1：图片来自STM32F4xx中文参考手册 RM0090

参考资料

STM32Cube高效开发教程（基础篇）

更多内容请浏览 OSnotes的CSDN博客

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