芯游记之MCU：DMA详解

前情提要：装好了虚拟机ubantu，就像准备好了白龙马和通关文牒，可以准备踏上取芯路程了。可这怎么去西天大tapeout寺，路线上的选择还得细细考究。

站在长安城外，对着手上的地图可是犯了难，想要将真经从外设带到内存（SRAM），必须先得带着真经（数据）去西皮尤（CPU）备个案，才能带到内存（SRAM）。可是若是去了西皮尤（CPU），这耗费的路程和时间又不知道要多少万万时钟。

这时候白龙马说到，反正都要走大路（AHB），这不如试试看抄近路走绕城高速（DMA），这一路若是成了，可以减去不少时间。

正常来说数据从外设到SRAM，必须先让CPU搬到自己的内存，再搬到SRAM去。这样不仅占用CPU资源，更是降低速度。为了解放CPU让它不再为搬数据烦恼，DMA应运而生。DMA外设可以“接管”总线，实现内存和外设之间的直接互相传输，相当于“绕城高速”，可以有效提升效率。表面上DMA是外设，其实他依旧要占用总线，还是可以归为core里的。

DMA核心就是Stream（通道）、Arbiter（仲裁）、FIFO（内存缓冲）。DMA一般有多个通道，而左边的REQ_STREAMX其实可以理解为传输信号，告诉仲裁右边的第X个通道要传数据了，麻烦把路给我们让一让。那如果不同的通道同时告诉仲裁我们都要传，那怎么办？DMA可以在初始设置的时候，用软件给每个通道配备优先级（低、中、高、很高），这样高优先级的通道可以优先传输数据。那如果两个通道优先级一样，仲裁怎么判断呢？那么DMA就会根据硬件设置（0>1>…>8）来决定传输的优先级。

总结来说就是多通道传输不同优先级软件编写，同优先级硬件编写。

与其他外设相同，如果要使用DMA，需要提前设置寄存器来进行一些参数的配置。寄存器每个位置的意义可以参考芯片给出的参考手册。注意各家名词的定义可能有不同之处，因此需要自己适当理解本来我想每个寄存器都介绍一遍，但后来想想，首先STM32F4和STM32F1都不一样，更不用说什么国产芯片了，因此还是记录模式吧。

一、使能

DMA的控制寄存器一定会有的一个信号EN。这个信号一般是低电平（0）无效，高电平（1）有效，可以通过软件进行控制。高电平代表DMA开始工作，而EN信号在特定情况下（例如DMA信号传输结束、产生错误或者数据模式不匹配）都会被硬件主动清0。通常来说大部分别的寄存器的值在EN高电平的时候是无法被修改的，只有在EN低电平的时候才可以通过软件进行修改。

二、传输模式

DMA的传输模式从目的地来区分有外设-内存，内存-外设，内存-内存，从传输方式区分有循环传输、直接传输（单个/突发）和双缓冲传输。但是奇怪的是为什么内存到内存全是fobidden呢？这时候我们翻手册回到第二章Memory and bus architecture，找到这张系统架构图。

可以看到AHB periph1都有两根线，而SRAM只有一根线进出，那么对于本身传输速率极高的CPU，如果想靠一根线搬进再搬出，那是基本不可能的事情，因此也是理所当然 的被forbidden了。

循环传输

传输的地址会随着数据传输自动增加，到地址末端的时候，他会自动回到地址开头，优点是非常省心，缺点是需要一直占着总线。

直接传输

直接传输又分为Single和Burst，直接传输会有个倒数标志，告诉DMA还有多少个数据要搬。

这里面我们重点介绍burst，Burst transfer翻译成中文就是突发传输，配置的时候INCR全称是incremental burst of X beats。如果把DMA当成一家货运公司，那么Burst transfer的beat就是一次派多少辆车，burst就是一个车队，Increment offset是隔几个门牌号取货/送货，MSIZE设置的是每辆车能装多少东西，而FIFO就是临时存放数据的仓库。

以STM32F4的16byteFIFO为例：当每辆车可以装1byte的时候，车队一共有4、8、16三种选择。假设FIFO装满了16byte，可以叫4次4车、2次8车或者1次16车。如果FIFO只装了4byte，那我们叫一次4车的车队就行了，8和16会被禁止。从理论来讲8和16应该也是可以的。当每辆车可以装4byte的时候，叫一次4车的车队即可。

那么为什么要用burst传输呢？这边给出一个可能的解释。假设我们没有设置burst，那么数据就是接连不断的发送。这时候A地要发一个“大象”到B地，他占了8个byte，但传到4个byte的时候，突然打来一个电话（系统中断）总线传输停了，因为有人说要去B地拿货，结果在B地里只看到半个“大象”，那么很明显就会产生问题。那么burst的意义就是，我在传输完8个byte这一包之前，我不让别人打电话，我把目标地址和电话线都“占住”，这样就可以间接保证了数据的完整性。

双缓冲传输

双缓冲模式顾名思义，有两个传输目标地址来作为缓冲。一般在寄存器中先配置好两个目标地址，和第一个传输的目标，传输完成后它会自动切换地址。注意在传输过程中，是无法切换目标内存的。其实可以理解为在内存里面又开了两个FIFO，这样保证无论何时CPU都一定有提前放好的数据可以拿，不会出现CPU跑来内存却空手回去的情况。

剩下的想起来再写

作者：2403_87538712