22. 直接内存存取控制器 (DMA)

22.1. 概述

DMA模块支持特定外设（UART，USART，SPI，QSPI，SARADC，MPU）和存储器（SRAM）之间或总线地址和存储器（SRAM）之间的高速数据传输，无需CPU干涉，数据可以快速的通过DMA传输，从而节省了CPU的资源来做其他操作。

22.2. 特性

  • 2个独立的可配置的通道

  • 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

  • 多个请求间的优先权可以通过软件编程设置，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)

  • 支持传输宽度（字节、半字、全字）可配置。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

  • 支持步进 （TIMER触发） 传输

  • 每个通道都有3个事件标志（DMA自定义数目传输完成、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。

  • 支持存储器和存储器间的传输

  • 支持外设和存储器、存储器和外设之间的传输

  • 可编程的数据传输数目：最大为65535

22.3. 功能描述

DMA 控制器通过与 Cortex®-M0 内核共享系统总线来执行直接内存传输。

22.3.1. DMA 事务

在发生一个事件后，外设向DMA控制器发送一个请求信号。DMA控制器根据通道的优先权处理请求。当DMA控制器开始访问发出请求的外设时，DMA控制器立即发送给它一个应答信号。当从DMA控制器得到应答信号时，外设立即释放它的请求。一旦外设释放了这个请求，DMA控制器同时撤销应答信号。如果有更多的请求时，外设可以启动下一个周期。

总之，每次DMA传送由3个操作组成：

  • 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_PARx或DMA_MARx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_PARx或DMA_MARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元。

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

22.3.2. 仲裁器

仲裁器根据通道请求的优先级来启动外设/存储器的访问。

优先权管理分2个阶段：

  • 软件：每个通道的优先级可以在DMA_CRx寄存器中设置，可设置为0~0xF，数值越小，优先级越高

  • 硬件：如果2个请求有相同的软件优先级，则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。举个例子，通道2优先于通道4。

22.3.3. DMA 通道

每个通道都可以在有固定地址的外设寄存器和存储器地址之间执行DMA传输。DMA传输数据量是可编程的，最大达到65535。包含要传输的数据项数量的寄存器，在每次传输后递减。

传输单位大小

外设和存储器的传输数据单位可以通过DMA_CRx寄存器中的PSIZ和MSIZ位编程。

指针递增

通过设置DMA_CRx寄存器中的PINC和MINC标志位，外设和存储器的指针在每次传输后可以有选择地完成自动增量。 当设置为增量模式时，下一个要传输的地址将是前一个地址加上增量值，增量值取决与所选的数据宽度为1、2或4。 第一个传输的地址是存放在DMA_PARx/DMA_MARx寄存器中地址。 在传输过程中，这些寄存器保持它们初始的数值，软件不能改变和读出当前正在传输的地址（它在内部的当前外设/存储器地址寄存器中）。

当通道配置为非循环模式时，传输结束后（即传输计数变为0）将不再产生DMA操作。 要开始新的DMA传输，需要在关闭DMA通道的情况下，在DMA_NDTx寄存器中重新写入传输数目。

在循环模式下，最后一次传输结束时，DMA_NDTx寄存器的内容会自动地被重新加载为其初始数值， 内部的当前外设/存储器地址寄存器也被重新加载为DMA_PARx/DMA_MARx寄存器设定的初始基地址。

通道配置过程

下面是配置DMA通道x的过程(x代表通道号)：

  1. 在DMA_PARx寄存器中设置外设寄存器的地址。发生外设数据传输请求时，这个地址将是数据传输的源或目标。

  2. 在DMA_MARx寄存器中设置数据存储器的地址。发生外设数据传输请求时，传输的数据将从这个地址读出或写入这个地址。

  3. 在DMA_NDTx寄存器中设置要传输的数据量。在每个数据传输后，这个数值递减。

  4. 在DMA_CRx寄存器的PL[3:0]位中设置通道的优先级。

  5. 在DMA_CRx寄存器中设置数据传输的方向、循环模式、外设和存储器的增量模式、外设和存储器的数据宽度、传输一半产生中断或传输完成产生中断。

  6. 设置DMA_CRx寄存器的EN位，启动该通道。

一旦启动了DMA通道，它既可响应连到该通道上的外设的DMA请求。

当传输一半的数据后，半传输标志(HALF)被置1，当设置了允许半传输中断位(HALFIE)时，将产生一个中断请求。在数据传输结束后，传输完成标志(DONE)被置1，当设置了允许传输完成中断位(DONEIE)时，将产生一个中断请求。

循环模式

循环模式用于处理循环缓冲区和连续的数据传输(如ADC的扫描模式)。在DMA_CRx寄存器中的CIRC位用于开启这一功能。当启动了循环模式，数据传输的数目变为0时，将会自动地被恢复成配置通道时设置的初值，DMA操作将会继续进行。

存储器到存储器模式

DMA通道的操作可以在没有外设请求的情况下进行，这种操作就是存储器到存储器模式。

当设置了DMA_CRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在软件设置了DMA_CRx寄存器中的EN位启动DMA通道时，DMA传输将马上开始。 当DMA_NDTx寄存器变为0时，DMA传输结束。存储器到存储器模式不能与循环模式同时使用。

22.3.4. 错误管理

读写一个保留的地址区域，将会产生DMA传输错误。当在DMA读写操作时发生DMA传输错误时， 硬件会自动地清除发生错误的通道所对应的通道配置寄存器 （DMA_CRx）的EN位，该通道操作被停止。 此时，在DMA_IF寄存器中对应该通道的传输错误中断标志位（ERR）将被置位，如果在DMA_CRx寄存器中设置了传输错误中断允许位，则将产生中断。

22.3.5. 通道请求信号

通道

请求选择

读内存请求信号

写内存请求信号

CH0

0

UART0TX

USART0RX

1

SPI0TX

UART1RX

2

QSPI0TX

MPURX

3

/

ADC0SEQ1

CH1

0

USART0TX

UART0RX

1

UART1TX

SPI0RX

2

MPUTX

QSPI0RX

3

/

ADC1SEQ1

每个通道有8个请求信号，通道配置时选择其中一个用作DMA搬运请求信号。

8个信号分为两组：4个读内存请求信号、4个写内存请求信号。 读内存请求信号是指此信号请求从内存指定位置读取数据，写入指定外设数据寄存器中。 写内存请求信号是指此信号请求从指定外设数据寄存器读取数据，写入指定内存地址。

22.4. 寄存器映射

名称

偏移

复位值

DMA BASE：0x40000800

IF

0x00

0x00000000

IFC

0x04

0x00000000

MUX

0x10 + 0x20 * CH

0x00000000

CR

0x14 + 0x20 * CH

0x00000000

NDT

0x18 + 0x20 * CH

0x00000000

PAR

0x1C + 0x20 * CH

0x00000000

MAR

0x20 + 0x20 * CH

0x00000000

22.5. 寄存器描述

22.5.1. IF

偏移: 0x00

复位值: 0x00000000

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

ERR1

HALF1

DONE1

GLB1

ERR0

HALF0

DONE0

GLB0

位域

名称

类型

描述

7

ERR1

RO

通道1传输出错中断标志

6

HALF1

RO

通道1传输完成一半中断标志

5

DONE1

RO

通道1传输完成中断标志

4

GLB1

RO

通道1全局中断标志

3

ERR0

RO

通道0传输出错中断标志

2

HALF0

RO

通道0传输完成一半中断标志

1

DONE0

RO

通道0传输完成中断标志

0

GLB0

RO

通道0全局中断标志

22.5.2. IFC

偏移: 0x04

复位值: 0x00000000

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

ERR1

HALF1

DONE1

GLB1

ERR0

HALF0

DONE0

GLB0

位域

名称

类型

描述

7

ERR1

WO

通道1传输出错中断标志清除

6

HALF1

WO

通道1传输完成一半中断标志清除

5

DONE1

WO

通道1传输完成中断标志清除

4

GLB1

WO

通道1全局中断标志清除

3

ERR0

WO

通道0传输出错中断标志清除

2

HALF0

WO

通道0传输完成一半中断标志清除

1

DONE0

WO

通道0传输完成中断标志清除

0

GLB0

WO

通道0全局中断标志清除

22.5.3. MUX

偏移: 0x10 + 0x20 * CH

复位值: 0x00000000

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

EXTHSEN

EXTHSSIG

7

6

5

4

3

2

1

0

MWRHSEN

MWRHSSIG

MRDHSEN

MRDHSSIG

位域

名称

类型

描述

11

EXTHSEN

R/W

外部握手使能

10:8

EXTHSSIG

R/W

外部握手信号

0 TIMR0 1 TIMR1 2 TIMR2 3 TIMR3 5 DMA_TRIG0 6 DMA_TRIG1

7

MWRHSEN

R/W

内存写握手使能

5:4

MWRHSSIG

R/W

内存写握手信号

3

MRDHSEN

R/W

内存读握手使能

1:0

MRDHSSIG

R/W

内存读握手信号

22.5.4. CR

偏移: 0x14 + 0x20 * CH

复位值: 0x00000000

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

MEM2MEM

15

14

13

12

11

10

9

8

PL

MSIZ

PSIZ

7

6

5

4

3

2

1

0

MINC

PINC

CIRC

DIR

ERRIE

HALFIE

DONEIE

EN

位域

名称

类型

描述

16

MEM2MEM

R/W

内存到内存搬运使能

15:12

PL

R/W

通道传输优先级

11:10

MSIZ

R/W

内存访问单元大小，0 字节，1 半字，2 字

9:8

PSIZ

R/W

外设访问单元大小，0 字节，1 半字，2 字

7

MINC

R/W

内存地址递增

6

PINC

R/W

外设地址递增

5

CIRC

R/W

循环模式使能

4

DIR

R/W

传输方向，0 从外设传搬运到内存，1 从内存搬运到外设

3

ERRIE

R/W

传输错误中断使能

2

HALFIE

R/W

传输完成一半中断使能

1

DONEIE

R/W

传输完成中断使能

0

EN

R/W

通道使能

22.5.5. NDT

偏移: 0x18 + 0x20 * CH

复位值: 0x00000000

31

30

29

28

27

26

25

24

HALF

23

22

21

20

19

18

17

16

HALF

15

14

13

12

11

10

9

8

LEN

7

6

5

4

3

2

1

0

LEN

位域

名称

类型

描述

31:16

HALF

R/W

传输 HALF 指定个数数据后，置位 DMA->IF.HALF 中断标志位

15:0

LEN

R/W

通道关闭时，写入要传输的数据个数；通道使能后，指示剩余的待传输数据数目

22.5.6. PAR

偏移: 0x1C + 0x20 * CH

复位值: 0x00000000

31

30

29

28

27

26

25

24

ADDRESS

23

22

21

20

19

18

17

16

ADDRESS

15

14

13

12

11

10

9

8

ADDRESS

7

6

5

4

3

2

1

0

ADDRESS

位域

名称

类型

描述

31:0

ADDRESS

R/W

通道外设地址

22.5.7. MAR

偏移: 0x20 + 0x20 * CH

复位值: 0x00000000

31

30

29

28

27

26

25

24

ADDRESS

23

22

21

20

19

18

17

16

ADDRESS

15

14

13

12

11

10

9

8

ADDRESS

7

6

5

4

3

2

1

0

ADDRESS

位域

名称

类型

描述

31:0

ADDRESS

R/W

通道内存地址