STM32中DMA实现方式

STM32系列微控制器均含有DMA和通用时钟TIMx模块。其低端型号中仅包含DMA1，支持7个通道;高端型号还包括DMA2，支持5个通道。它的每个通道可任意指定工作模式，如内存到内存、内存到外设或外设到内存等。当涉及到外设时，一般是由外设来触发DMA的一次传输，如串口收到数据的标志位可触发DMA。
　　DMA的每次传输都分为4个阶段：申请仲裁、地址计算、总线存取和应答。除总线存取阶段，其他3个阶段都只需要一个系统周期，并且不占用总线，可在DMA控制器内部并发地执行。总线存取阶段，每个字(4字节)的传输需要3个系统周期。DMA和CPU工作在交替方式下，不会相互阻塞。DMA各个通道可独立设置优先级，当访问同一资源时高优先级通道先获得资源。
　　采用时钟的4个比较/捕获通道加DMA可以产生出4路不同频率和占空比的方波。这里为简化篇幅，只列出了产生一路方波的代码。基本原理是：将时钟的4个通道设置为反转模式(即计数器与比较捕获寄存器相等时，其对应的CPU引脚电平发生反转)，设置计数器为向上计数到0xFFFF的模式;然后预先计算好需要引脚反转的时刻，并使能对应通道的DMA请求。这样，当计数器与比较/捕获寄存器的值相等时，由DMA将下一个需要引脚电平反转的时刻送入到比较/捕获寄存器。
　　这里将DMA设置为从内存到外设的半字(2个字节)环形传输。开启DMA全满和半满中断，在中断处理函数中不断填充新的时刻值，即可保证产生的波形不间断。假设存放时刻值的缓冲长度为N，则每N/2个点才中断一次，这样CPU就不需要频繁进入中断，执行效率比较高。由此也可以看出，缓冲越大，对中断响应的实时性要求也越低，当然这时中断的处理时间也越长。以下为示例代码：
　　需要注意的是，比较/捕获寄存器的预加载功能必须禁止掉。我们需要的是写入比较/捕获寄存器的值立即与计数器相比较输出，而无需等待一个更新事件。
　　采用DMA+TIMx的方式来捕获上升沿和下降沿时刻，有利于提高系统的实时性和执行效率。通过TIMx的捕获功能将方波的电平跳变时刻记录在比较/捕获寄存器中，然后DMA将该值自动传输到内存，只有当DMA触发半满或全满事件时CPU才需要进入中断处理数据。通过记录方波的上升沿和下降沿时刻，然后将两个时刻相减，进而就能得到所有低沿和高沿的宽度，最后进行后续的分析处理。这种方式下中断频率仅为方波频率的4/N(N为缓冲区大小)。
　　测试中STM32系列微控制器工作在36 MHz，可产生出1路最高1.5 MHz的方波，可捕获1 MHz的方波，而此时CPU的执行几乎不受影响。这里采用DMA来实现方波的产生和捕获，极大地提高了系统的实时性和执行效率，减少了中断次数，节省了宝贵的资源。这种方案也可以用来实现高效的模拟串口。另外，若有多个DMA同时工作，应考虑最坏情况下DMA的响应时间，以避免错误发生。