当前位置：首页 > news >正文

DMA伟大的数据搬运工

news 2025/8/9 11:50:43

一、DMA概念描述

嵌入式开发中，DMA是个伟大的数据搬运工，它可以给系统提高2-5倍的运行效率。今天博主不讲枯燥的配置步骤，毕竟每个处理器、每个外设的DMA实现都不尽相同。博主目标是带大家搞懂DMA的本质、它为什么能让系统更快以及什么时候可以使用它。

DMA，全称为： Direct Memory Access，即直接存储器访问。 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的过程，通过硬件为 RAM 与 I/O 设备开辟一条直接传送数据的通路，能使 CPU 的效率大为提高。

看完上面的，会发现感觉没啥作用，现在举一个例子说明，看懂例子后回头看DMA概念，就会恍然大悟。传统上，我们一般会使用CPU做所有事情，比如我现在开发一个系统，我需要使用ADC采集数据，然后通过CAN发送数据，还要做很多逻辑控制，如果系统足够庞大，那么CPU就闲不下来，每次ADC采集完数据，就会触发中断，CPU得赶紧跑去把数据从ADC的寄存器搬到内存，再从内存搬到CAN接收发送出去，发送完后还要进行很多逻辑处理。整个过程，CPU就像个勤勤恳恳的打工人，每个过程都需要走一遍。

问题来了：CPU可是个高智商选手，干这种机械的搬运活儿，简直是大材小用，更别说搬运数据占用了大量CPU时间，留给真正有价值的工作比如数据分析、算法处理的时间就少了。更烦的是，如果数据量大、传输频繁，CPU可能会忙到连喝口水的时间都没有，系统性能直接拉胯。这时候，DMA就登场了。它就像雇了个专职物流小哥，把搬运数据的活儿全包了，让CPU能专心干大事，比如跑算法、优化逻辑。

所以DMA的作用就是将搬运数据的活揽在自己身上，等处理完了之后在通知CPU，这样CPU就有更多时间去做高难度的事情，就比如有师傅和徒弟，遇到跑腿的活肯定徒弟跟上。

二、DMA相关配置参数

上文我们知道了DMA的概念之后，接下来该了解如何使用DMA,毕竟我要小弟给我拿东西，我都要交代它一些事项。比如在STM32上，需要设置DMA通道、源地址、目标地址、传输方向、数据宽度、触发条件等等。稍微配错一点，数据可能搬到不知名的地方，或者压根没搬，数据都不知道去哪了。

2.1 DMA 控制器与外设映射

以STM32F207举例，它有2个DMA控制器，每个控制器有8个数据流，每个数据流可以映射到不同的通道。例如，DMA2的数据流7可能用于某个特定外设，比如USART1的TX。（每个数据流同一时间只能服务一个外设。例如，若USART1_TX占用了DMA2_Stream7，则该流不可用于其他外设），具体的对应关系需要查看DMA的映射表格。所以第一步我们应该清除我们需要配置哪一个外设，以及使用哪一个DMA控制器的哪一个数据流。

2.2 DMA传输方向

内存 → 外设（Memory-to-Peripheral），USART发送，SPI发送...
外设 → 内存（Peripheral-to-Memory），USART接收，ADC采样，SPI接收...
内存 → 内存（Memory-to-Memory）

举例1：当串口发送数据时，我们一般的处理方式是CPU调用发送函数，然后存放到TDR寄存器中发送，但当有了DMA，我们可以直接指挥它，小弟，现在帮我把发送数据搬运到TDR寄存器中，这就是第一种传输方向，内存到外设

举例2：当接收串口数据时，我们一般的处理方式是，等待触发接收中断，然后触发后CPU马不停蹄的处理接收数据，但我们现在有小弟了，我们就让小弟一直等着，有数据来了给我存放到一个数组中，然后接收完了通知cpu即可，这就是第二种传输方式，外设到内存

举例3：此处省略

2.3 DMA数据宽度

外设数据宽度（PeripheralDataSize）：
- 8-bit（DMA_PDATAALIGN_BYTE）
- 16-bit（DMA_PDATAALIGN_HALFWORD）
- 32-bit（DMA_PDATAALIGN_WORD）
内存数据宽度（MemoryDataSize）：
- 需与外设宽度匹配，否则数据错位。

一般来说，串口配置为8位，SPI配置为8位，ADC配置为16位

2.4 地址自增

配置项	描述
`PeripheralInc`	外设地址是否递增（通常不递增，因为外设寄存器固定）
`MemoryInc`	内存地址是否递增（通常递增，用于连续数据存储）

2.5 传输长度

NDTR（Number of Data to Transfer）：

设置传输的数据量（单位：数据宽度）。

例如：传输 100 个 uint16_t，则 NDTR = 100。

2.6 触发方式

触发源	描述	典型应用
软件触发	手动启动 DMA	内存到内存传输
硬件触发	外设事件触发（如 UART 发送完成）	UART、SPI、ADC 等外设驱动

2.7 DMA中断

中断类型	触发条件	常用场景
传输完成（TC, Transfer Complete）	DMA 传输完所有数据	处理接收到的数据
半传输完成（HT, Half Transfer）	传输一半数据时触发	双缓冲模式（Ping-Pong Buffer）
传输错误（TE, Transfer Error）	DMA 传输出错（如访问非法地址）	错误恢复

2.8 总结

上述的一些配置参数不需要背诵，需要理解，当自己配置DMA时，首先会找例程代码或者晚上搜索代码，然后复制下来，自己只需要知道要配置哪一些参数，如何使用即可。

三、实际应用

HAL库配置RS485+DMA+空闲中断收发数据_hal 库dma发送数据-CSDN博客

HAL库配置ADC+DMA_stm32cubemx adc-CSDN博客

四、注意事项

问题1：以串口举例，串口空闲中断判断一帧数据接收完成后，我们常见做法是置标志位，然后处理数据，问题来了，如果处理过程中如果有数据到来，此时会覆盖接收数组，请问有什么好的处理方法？

（1）处理数据过程中可以关闭接收中断，处理完成后再打开接收中断，这样的弊端是，可能会漏掉数据。

（2）处理数据过程中可以关闭接收中断，将接收数组赋值到临时变量，再打开接收中断，由于cpu处理速度较快，所以基本不会漏掉数据，但这样的弊端是，占用栈空间大小

方法	适用场景	优点	缺点
双缓冲（Ping-Pong Buffer）	高速数据流（如Modbus、CAN）	无数据丢失，实时性好	内存占用稍高
环形缓冲区（Ring Buffer）	不定长数据（如GPS、日志）	内存利用率高，适合持续数据流	需处理缓冲区满的情况
DMA+空闲中断+双缓冲	低功耗MCU（如STM32）	极低CPU占用，高可靠性	依赖硬件支持