【详细讲解在STM32的UART通信中使用DMA机制】

详细讲解在STM32的UART通信中使用DMA机制

目录

  • 详细讲解在STM32的UART通信中使用DMA机制
    • 一、DMA机制概述
    • 二、DMA在UART中的作用
    • 三、DMA的配置步骤
    • 四、UART初始化与DMA结合
    • 五、DMA传输的中断处理
    • 六、DMA与中断的结合使用
    • 七、注意事项与常见问题
    • 八、代码示例
    • 九、总结

一、DMA机制概述

DMA（Direct Memory Access） 是一种硬件机制，允许外设不需要CPU干预的情况下直接访问内存。它能够显著提升数据传输的效率，尤其是在需要频繁数据传输的场景中。

二、DMA在UART中的作用

在STM32微控制器中， UART模块支持DMA传输，能够实现在CPU空闲的情况下，快速传输大量数据。具体来说，DMA可以将UART接收的数据直接传输到内存中的缓冲区，或者将内存中的数据缓冲区直接传输到UART发送缓冲区，从而降低CPU负载，提高系统效率。

三、DMA的配置步骤

  1. 使能DMA时钟
    在使用DMA之前，需要先使能DMA外设的时钟。不同的 DMA 通道对应不同的时钟配置。
// 使能DMA1时钟（例如，对于DMA1的信道）
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
  1. 设置DMA Channel和DMA Mode 配置DMA通道和传输模式（比如正常模式、循环模式等）。
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;  // 选择DMA通道
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR; // UART数据寄存器地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)rxBuffer; // 接收缓冲区地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory; // 设置传输方向，外设到内存
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = RX_BUFFER_SIZE; // 接收缓冲区大小
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; // 外设地址不变
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; // 内存地址递增
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; // 数据宽度为字节
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; // DMA正常模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; // 设置DMA优先级为高
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; // FIFO模式关闭
DMA_Init(DMA1_Channel0, &DMA_InitStructure); // 初始化DMA通道
  1. 使能DMA传输 完成配置后，使能DMA通道。
DMA_Cmd(DMA1_Channel0, ENABLE);

四、UART初始化与DMA结合

  1. UART初始化配置 配置UART的基本参数，如波特率、数据格式、校验位等。
// 配置USART1
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
  1. 配置UART的DMA传输 使能 UART的DMA传输功能，通常在UART的中断配置中完成。
// 使能USART1的DMA接收功能
USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Rx, ENABLE);

五、DMA传输的中断处理

  1. 配置DMA传输完成中断 配置DMA传输完成后触发中断，以便进行后续处理。
    // 配置DMA中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 2; // 中断优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  2. 编写DMA中断服务函数 在中断服务函数中进行数据处理和DMA重装载操作。

void DMA1_Channel0_IRQHandler(void) {
if (DMA_GetFlagStatus(DMA1_Channel0, DMA_FLAG_TCIF0)) {
// 清除传输完成标志
DMA_ClearFlag(DMA1_Channel0, DMA_FLAG_TCIF0);
// 处理接收到的数据
processData(rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
// 重新装载DMA缓冲区
DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel0, RX_BUFFER_SIZE);
}
}

六、DMA与中断的结合使用

1.DMA和中断的区别
• DMA ：在不占用CPU的情况下，直接完成内存和外设之间的数据传输，适合大数据量的传输。
• 中断 ：当外设需要CPU处理特定事件时，通过中断机制通知CPU。

2.在UART通信中DMA的优势
• 提高了数据传输的效率，减少了CPU的负载。
• 适用于需要大量数据传输的应用场景，如长时间的串口数据采集。

3.什么时候最适合使用DMA
• 当需要实现高效的、大量数据的UART传输时。
• 当希望降低CPU使用率，让CPU专注于其他任务处理时。

七、注意事项与常见问题

1.DMA传输中的内存配置 确保DMA传输的内存区域是连续的，避免因内存碎片导致传输错误。

2.缓冲区的大小和管理 合理设置DMA传输的缓冲区大小，避免因为缓冲区过小而导致频繁的DMA中断，或因为缓冲区过大而导致内存浪费。

3.DMA传输方向的设置 根据实际需求设置正确的传输方向（外设到内存或内存到外设），否则会导致数据传输错误。

4.DMA优先级的设置 根据系统的实际工作情况，合理设置DMA通道的优先级，以确保关键任务的优先执行。

5.传输完成后DMA的重装载 在DMA传输完成后，配置DMA为循环模式或手动重新装载模式，以保证持续的数据传输需求。

八、代码示例

以下是一个完整的示例代码，展示了如何在STM32中配置和使用DMA进行UART数据接收：

#include "stm32f10x.h"

#define RX_BUFFER_SIZE 256

uint8_t rxBuffer[RX_BUFFER_SIZE];

void DMA_Configuration(void) {
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 使能DMA1时钟
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);

    // 配置DMA通道0
    DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)rxBuffer;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = RX_BUFFER_SIZE;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
    DMA_Init(DMA1_Channel0, &DMA_InitStructure);

    // 使能DMA通道0
    DMA_Cmd(DMA1_Channel0, ENABLE);

    // 配置DMA中断优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 启用DMA传输完成中断
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel0, DMA_IT_TC, ENABLE);
}
void USART_Configuration(void) {
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
// 使能USART1外设时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 配置GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; // TX和RX引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置USART
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
// 使能USART接收DMA
USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Rx, ENABLE);
// 启动USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
void USART_NVIC_Configuration(void) {
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void USART1_IRQHandler(void) {
// 处理 USART 中断，如有需要
//,...
}
void DMA1_Channel0_IRQHandler(void) {
if (DMA_GetFlagStatus(DMA1_Channel0, DMA_FLAG_TCIF0)) {
// 清除 DMA 传输完成标志
DMA_ClearFlag(DMA1_Channel0, DMA_FLAG_TCIF0);
// 数据处理操作
processData(rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
// 重新装载 DMA 缓冲区
DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel0, RX_BUFFER_SIZE);
}
}
int main(void) {
// 系统时钟配置（假设已经完成）
// 配置DMA
DMA_Configuration();
// 配置USART1
USART_Configuration();
// 配置USART中断
USART_NVIC_Configuration();
// 进入主循环
while (1) {
// 主循环可以执行其他任务
}
}

九、总结

通过在STM32的UART通信中使用DMA机制，可以在不占用CPU的情况下实现高效的数据传输，显著提升系统的性能和响应速度。DMA的配置和使用需要仔细理解其工作原理和具体的配置步骤，确保在实际应用中的正确性和稳定性。
在实际开发中，还应结合具体的应用场景和硬件配置，进行合理的参数设置和优化，以达到最佳的传输效率和稳定

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