1）實驗平臺：【正點原子】 NANO STM32F103 開發板
2）摘自《正點原子STM32 F1 開發指南(NANO 板-HAL 庫版)》關注官方微信號公眾號，獲取更多資料：正點原子
第二十二章 DMA 實驗
本章我們將向大家介紹 STM32F1 的 DMA。在本章中，我們將利用 STM32F1 的 DMA
來實現串口數據傳送，並在串口助手打印顯示。本章分為如下幾個部分：
22.1 STM32F1 DMA 簡介
22.2 硬件設計
22.3 軟件設計
22.4 下載驗證
22.1 STM32 DMA 簡介
DMA，全稱為：Direct Memory Access，即直接存儲器訪問，DMA 傳輸將數據從一個
地址空間複製到另外一個地址空間。當 CPU 初始化這個傳輸動作，傳輸動作本身是由
DMA 控制器 來實行和完成。典型的例子就是移動一個外部內存的區塊到芯片內部更快的
內存區。像是這樣的操作並沒有讓處理器工作拖延，反而可以被重新排程去處理其他的工
作。DMA 傳輸對於高效能嵌入式系統算法和網絡是很重要的。DMA 傳輸方式無需 CPU 直接
控制傳輸，也沒有中斷處理方式那樣保留現場和恢復現場的過程，通過硬件為 RAM 與 I/O 設備
開闢一條直接傳送數據的通路，能使 CPU 的效率大為提高。
STM32 最多有 2 個 DMA 控制器（DMA2 僅存在大容量產品中，中容量只有 DMA1），DMA1 有 7
個通道。DMA2 有 5 個通道。每個通道專門用來管理來自於一個或多個外設對存儲器訪問的請求。
還有一個仲裁起來協調各個 DMA 請求的優先權。
STM32 的 DMA 有以下一些特性：
●每個通道都直接連接專用的硬件 DMA 請求，每個通道都同樣支持軟件觸發。這些功能
通過軟件來配置。
●在七個請求間的優先權可以通過軟件編程設置(共有四級：很高、高、中等和低)，假如
在相等優先權時由硬件決定(請求 0 優先於請求 1，依此類推) 。
●獨立的源和目標數據區的傳輸寬度(字節、半字、全字)，模擬打包和拆包的過程。源和
目標地址必須按數據傳輸寬度對齊。
●支持循環的緩衝器管理
●每個通道都有 3 個事件標誌(DMA 半傳輸，DMA 傳輸完成和 DMA 傳輸出錯)，這 3 個
事件標誌邏輯或成為一個單獨的中斷請求。
●存儲器和存儲器間的傳輸
●外設和存儲器，存儲器和外設的傳輸
●閃存、SRAM、外設的 SRAM、APB1 APB2 和 AHB 外設均可作為訪問的源和目標。
●可編程的數據傳輸數目：最大為 65536
STM32F103RBT6 有一個 DMA 控制器，DMA1，本章，我們僅針對 DMA1 進行介紹。
從外設（TIMx、ADC、SPIx、I2Cx 和 USARTx）產生的 DMA 請求，通過邏輯或輸入到
DMA 控制器，這就意味著同時只能有一個請求有效。外設的 DMA 請求，可以通過設置相應的
外設寄存器中的控制位，被獨立地開啟或關閉。
表 22.1.1 是 DMA1 各通道一覽表：
這裡解釋一下上面說的邏輯或，例如通道 1 的幾個 DMA1 請求（ADC1、TIM2_CH3、TIM4_CH1），
這幾個是通過邏輯或到通道 1 的，這樣我們在同一時間，就只能使用其中的一個。其他通道也
是類似的。
這裡我們要使用的是串口 1 的 DMA 傳送，也就是要用到通道 4。接下來，我們介紹一下 DMA
設置相關的幾個寄存器。
第一個是 DMA 中斷狀態寄存器（DMA_ISR）。該寄存器的各位描述如圖 22.1.1 所示：
圖 22.1.1 DMA_ISR 寄存器各位描述
我們如果開啟了 DMA_ISR 中這些中斷，在達到條件後就會跳到中斷服務函數里面去，即使
沒開啟，我們也可以通過查詢這些位來獲得當前 DMA 傳輸的狀態。這裡我們常用的是 TCIFx，
即通道 DMA 傳輸完成與否的標誌。注意此寄存器為只讀寄存器，所以在這些位被置位之後，只
能通過其他的操作來清除。
第二個是 DMA 中斷標誌清除寄存器（DMA_IFCR）。該寄存器的各位描述如圖 27.1.2 所示：
圖 22.1.2 DMA_IFCR 寄存器各位描述
DMA_IFCR 的各位就是用來清除 DMA_ISR 的對應位的，通過寫 0 清除。在 DMA_ISR 被置位後，
我們必須通過向該位寄存器對應的位寫入 0 來清除。
第三個是 DMA 通道 x 配置寄存器（DMA_CCRx）（x=1~7，下同）。該寄存器的我們在這裡就
不貼出來了，見《STM32 參考手冊》第 150 頁 10.4.3 一節。該寄存器控制著 DMA 的很多相關信
息，包括數據寬度、外設及存儲器的寬度、通道優先級、增量模式、傳輸方向、中斷允許、使
能等都是通過該寄存器來設置的。所以 DMA_CCRx 是 DMA 傳輸的核心控制寄存器。
第四個是 DMA 通道 x 傳輸數據量寄存器（DMA_CNDTRx）。這個寄存器控制 DMA 通道 x 的每
次傳輸所要傳輸的數據量。其設置範圍為 0~65535。並且該寄存器的值會隨著傳輸的進行而減
少，當該寄存器的值為 0 的時候就代表此次數據傳輸已經全部發送完成了。所以可以通過這個
寄存器的值來知道當前 DMA 傳輸的進度。
第五個是 DMA 通道 x 的外設地址寄存器（DMA_CPARx）。該寄存器用來存儲 STM32 外設的地
址，比如我們使用串口 1，那麼該寄存器必須寫入 0x40013804（其實就是&USART1_DR）。如果
使用其他外設，就修改成相應外設的地址就行了。
最後一個是 DMA 通道 x 的存儲器地址寄存器（DMA_CMARx），該寄存器和 DMA_CPARx 差不多，
但是是用來放存儲器的地址的。比如我們使用 SendBuf[5200]數組來做存儲器，那麼我們在
DMA_CMARx 中寫入&SendBuff 就可以了。
DMA 相關寄存器就為大家介紹到這裡，此節我們要用到串口 1 的發送，屬於 DMA1 的通道 4
（表 27.1.1），接下來我們就介紹 HAL 庫配置步驟和方法。首先這裡我們需要指出的是，DMA
相關的庫函數文件在文件 stm32f1xx_hal_dma.c/stm32f1xx_hal_dma_ex.c 以及對應的頭文件
中，同時因為我們是用串口的 DMA 功能，所以還要加入串口相關的文件 stm32f1xx_hal_uart.c。
具體步驟如下：
1）使能 DMA1 時鐘
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); //DMA1 時鐘使能
2）初始化 DMA 通道 4，包括配置通道，外設地址，存儲器地址，傳輸數據量等參數
DMA 的某個數據流各種配置參數初始化是通過 HAL_DMA_Init 函數實現的，該函數聲明為：
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma)；
該函數只有一個 DMA_HandleTypeDef 結構體指針類型入口參數，結構體定義為：
typedef struct __DMA_HandleTypeDef
{
DMA_Channel_TypeDef *Instance;
DMA_InitTypeDef Init;
HAL_LockTypeDef Lock;
HAL_DMA_StateTypeDef State;
void *Parent;
void (* XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
void (* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
void (* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
void (* XferAbortCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
__IO uint32_t ErrorCode;
DMA_TypeDef *DmaBaseAddress;
uint32_t ChannelIndex;
}DMA_HandleTypeDef;
成員變量 Instance 是用來設置寄存器基地址，例如要設置為 DMA1 的通道 4，那麼取值為
DMA1_Channel4。
成員變量 Parent 是 HAL 庫處理中間變量，用來指向 DMA 通道外設句柄。
成員變量 XferCpltCallback（傳輸完成回調函數），XferHalfCpltCallback（半傳輸完成回調
函數），XferErrorCallback（傳輸錯誤回調函數），XferAbortCallback（傳輸中止回調函數）是
四個函數指針，用來指向回調函數入口地址。
成員變量 DmaBaseAddress 和 ChannelIndex 是通道基地址和索引好，這個是 HAL 庫處理的
時候會自動計算，用戶無需設置。
其他成員變量 HAL 庫處理過程狀態標識變量，這裡就不做過多講解。接下來我們著重看
看成員變量 Init，它是 DMA_InitTypeDef 結構體類型，該結構體定義為：
typedef struct
{
uint32_t Direction; //傳輸方向，例如存儲器到外設 DMA_MEMORY_TO_PERIPH
uint32_t PeriphInc; //外設（非）增量模式，非增量模式 DMA_PINC_DISABLE
uint32_t MemInc; //存儲器（非）增量模式，增量模式 DMA_MINC_ENABLE
uint32_t PeriphDataAlignment; //外設數據大小：8/16/32 位。
uint32_t MemDataAlignment; //存儲器數據大小：8/16/32 位。
uint32_t Mode; //模式：循環模式/普通模式
uint32_t Priority; //DMA 優先級：低/中/高/非常高
} DMA_InitTypeDef;
該結構體成員非常多，但是每個成員變量配置的基本都是 DMA_SxCR 寄存器和
DMA_IFCR 寄存器的響應為。我們把結構體各個成員通過註釋的方式列出來了。例如本實驗我
們要用到 DMA1_Channel4。把內存中數組的值發送到串口外設發送寄存器 DR，所以方向為寄
存器到外設 DMA_MEMORY_TO_PERIPH，一個一個字節發送，需要數字索引自動增加，所以
是存儲器增量模式 DMA_MINC_ENABLE，存儲器和外設的字寬都是字節 8 位。具體配置如下：
DMA_HandleTypeDef UART1TxDMA_Handler; //DMA 句柄
UART1TxDMA_Handler.Instance=DMA1_Channel4; //通道選擇
UART1TxDMA_Handler.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //存儲器到外設
UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE; //外設非增量模式
UART1TxDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE; //存儲器增量模式
UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_BYTE;
//外設數據長度:8 位
UART1TxDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_BYTE;
//存儲器數據長度:8 位
UART1TxDMA_Handler.Init.Mode=DMA_NORMAL; //外設普通模式
UART1TxDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_MEDIUM; //中等優先級
這裡大家要注意，HAL 庫為了處理各類外設的 DMA 請求，在調用相關函數之前，需要調
用一個宏定義標識符，來連接 DMA 和外設句柄。例如要使用串口 DMA 發送，所以方式為：
__HAL_LINKDMA(&UART1_Handler,hdmatx,UART1TxDMA_Handler);
其 中 UART1_Handler 是 串 口 初 始 化 句 柄 ， 我 們 在 usart.c 中 定 義 過 了 。
UART1TxDMA_Handler 是 DMA 初始化句柄。hdmatx 是外設句柄結構體的成員變量，在這裡
實際就是 UART1_Handler 的成員變量。在 HAL 庫中，任何一個可以使用 DMA 的外設，它的
初始化結構體句柄都會有有個 DMA_HandleTypeDef 指針類型的成員變量，是 HAL 庫用來做相
關指向的。Hdmatx 就是 DMA_HandleTypeDef 結構體指針類型。
這 句 話 的 含 義 就 是 把 UART1_Handler 句 柄 的 成 員 變 量 hdmatx 和 DMA 句 柄
UART1TxDMA_Handler 連接起來，是純軟件處理，沒有任何硬件操作。
這裡我們就點到為止，如果大家要詳細瞭解 HAL 庫指向關係，請查看本實驗宏定義標識
符__HAL_LINKDMA 的定義和調用方法，就會很清楚了。
3）使能串口 DMA 發送
串口 1 的 DMA 發送實際是串口控制寄存器 CR3 的位 7 來控制的，在 HAL 庫中，多次操作該
寄存器來使能串口 DMA 發送，但是它並沒有提供一個獨立的使能函數，所以這裡我們可以通過
直接操作寄存器方式來實現：
USART1->CR3 | =USART_CR3_DMAT;//使能串口 1 的 DMA 發送
HAL 庫還提供了對串口的 DMA 發送的停止，暫停，繼續等操作函數：
HAL_StatusTypeDef HAL_USART_DMAStop(USART_HandleTypeDef *husart);//停止
HAL_StatusTypeDef HAL_USART_DMAPause(USART_HandleTypeDef *husart);//暫停
HAL_StatusTypeDef HAL_USART_DMAResume(USART_HandleTypeDef *husart);//恢復
這些函數使用方法這裡我們就不累贅了。
4） 使能 DMA1 通道 4，啟動傳輸。
使能串口 DMA 發送之後，我們接著就要使能 DMA 傳輸通道：
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress,
uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength);
這個函數比較好理解，第一個參數是 DMA 句柄，第二個是傳輸源地址，第三個是傳輸目
標地址，第四個是傳輸的數據長度。
通過以上 4 步設置，我們就可以啟動一次 USART1 的 DMA 傳輸了。
5）查詢 DMA 傳輸狀態
在 DMA 傳輸過程中，我們要查詢 DMA 傳輸通道的狀態，使用的函數是：
__HAL_DMA_GET_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,DMA_FLAG_TC4);
獲取當前傳輸剩餘數據量：
__HAL_DMA_GET_COUNTER(&UART1TxDMA_Handler);
6）DMA 中斷使用方法
DMA 中斷對於每個通道都有一箇中斷服務函數，比如 DMA1_Channel4 的中斷服務函
數為 DMA1_Channel4_IRQHandler。同樣，HAL 庫也提供了一個通用的 DMA 中斷處理函
數 HAL_DMA_IRQHandler，在該函數內部，會對 DMA 傳輸狀態進行分析，然後調用響應
的中斷處理回調函數：
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//發送完成回調函數
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//發送一半回調函數
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//接收完成回調函數
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//接收一半回調函數
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//傳輸出錯回調函數
對於串口 DMA 開啟，使能數據流，啟動傳輸，這些步驟，如果使用了中斷，可以直接調
用 HAL 庫函數 HAL_USART_Transmit_DMA，該函數聲明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart,
uint8_t *pData, uint16_t Size);
22.2 硬件設計
所以本章用到的硬件資源有：
1) 指示燈 DS0、DS2
2) KEY0 按鍵
3) 串口
4) DMA
本章我們將利用外部按鍵 KEY0 來控制 DMA 的傳送，每按一次 KEY0，DMA 就傳送一次數據到
USART1，同時 DS2 燈作為傳輸進度燈。DS0 還是用來做為程序運行的指示燈。
本章實驗需要注意 P5 口的 RXD 和 TXD 是否和 PA9 和 PA10 連接上，如果沒有，請先連接。
22.3 軟件設計
打開我們的 DMA 傳輸實驗，可以發現，我們的實驗中多了 dma.c 文件和其頭文件 dma.h，
同時我們要引入 dma 相關的庫函數文件 stm32f1xx_hal_dma.c 和 stm32f1xx_hal_dma.h。
打開 dma.c 文件，代碼如下：
DMA_HandleTypeDef UART1TxDMA_Handler; //DMA 句柄
//DMA1 的各通道配置
//這裡的傳輸形式是固定的,這點要根據不同的情況來修改
//從存儲器->外設模式/8 位數據寬度/存儲器增量模式
//chx:DMA 通道選擇,DMA1_Channel1~DMA1_Channel7
void MYDMA_Config(DMA_Channel_TypeDef *chx)
{
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();//DMA1 時鐘使能
__HAL_LINKDMA(&UART1_Handler,hdmatx,UART1TxDMA_Handler);
//將 DMA 與 USART1 聯繫起來(發送 DMA)
//Tx DMA 配置
UART1TxDMA_Handler.Instance=chx; //通道選擇
UART1TxDMA_Handler.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //存儲器到外設
UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE; //外設非增量模式
UART1TxDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE; //存儲器增量模式
UART1TxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_BYTE;
//外設數據長度:8 位
UART1TxDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_BYTE;
//存儲器數據長度:8 位
UART1TxDMA_Handler.Init.Mode=DMA_NORMAL; //外設普通模式
UART1TxDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_MEDIUM; //中等優先級
HAL_DMA_DeInit(&UART1TxDMA_Handler);
HAL_DMA_Init(&UART1TxDMA_Handler);
}
//開啟一次 DMA 傳輸
//huart:串口句柄
//pData：傳輸的數據指針
//Size:傳輸的數據量
void MYDMA_USART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,
uint16_t Size)
{
HAL_DMA_Start(huart->hdmatx, (u32)pData, (uint32_t)&huart->Instance->DR, Size);
//開啟 DMA 傳輸
huart->Instance->CR3 |= USART_CR3_DMAT;//使能串口 DMA 發送
}
該部分代碼僅僅 2 個函數，MYDMA_Config 函數，基本上就是按照我們上面介紹的步驟來使
能 DMA 時鐘和初始化 DMA 的，該函數是一個通用的 DMA 配置函數，DMA1 的所有通道，都可以利
用該函數配置，不過有些固定參數可能要適當修改（比如位寬，傳輸方向等）。該函數在外部
只能修改 DMA 通道號，更多的其他設置只能在該函數內部修改。MYDMA_USART_Transmit 函數就
是按照 22.1 小節講解的步驟 3 和步驟 4 來啟動串口 DMA 傳輸的。對照前面的配置步驟的詳細講
解來分析這部分代碼即可。
dma.h 頭文件內容比較簡單，主要是函數聲明，這裡我們不細說。
接下來我們看看 main 函數如下：
const u8 TEXT_TO_SEND[]={"ALIENTEK NANO STM32 DMA 串口實驗"};
#define TEXT_LENTH sizeof(TEXT_TO_SEND)-1
//TEXT_TO_SEND 字符串長度(不包含結束符)
u8 SendBuff[(TEXT_LENTH+2)*100];
int main(void)
{
u16 i;
u8 t=0;
HAL_Init(); //初始化 HAL 庫
Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //設置時鐘,72M
delay_init(72); //初始化延時函數
uart_init(115200);
//串口初始化為 115200
LED_Init();
//初始化與 LED 連接的硬件接口
KEY_Init();
//按鍵初始化
MYDMA_Config(DMA1_Channel4); //初始化 DMA1 通道 4
printf("NANO STM32\\r\\n");
printf("DMA TEST\\r\\n");
printf("KEY0:Start\\r\\n");
//顯示提示信息
for(i=0;i
{
if(t>=TEXT_LENTH)//加入換行符
{
SendBuff[i++]=0x0d;
SendBuff[i]=0x0a;
t=0;
}else SendBuff[i]=TEXT_TO_SEND[t++];//複製 TEXT_TO_SEND 語句
}
i=0;
while(1)
{
t=KEY_Scan(0);
if(t==KEY0_PRES)//KEY0 按下
{
printf("\\r\\nDMA DATA:\\r\\n");
HAL_UART_Transmit_DMA(&UART1_Handler,SendBuff,
(TEXT_LENTH+2)*100);//啟動傳輸
//等待 DMA 傳輸完成，此時我們來做另外一些事，點燈
//實際應用中，傳輸數據期間，可以執行另外的任務
while(1)
{
if(__HAL_DMA_GET_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,
DMA_FLAG_TC4))//等待 DMA1 通道 4 傳輸完成
{
HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&UART1TxDMA_Handler,
DMA_FLAG_TC4);//清除 DMA1 通道 4 傳輸完成標誌
HAL_UART_DMAStop(&UART1_Handler);
//傳輸完成以後關閉串口 DMA
break;
}
LED2=!LED2;
delay_ms(50);
}
LED2=1;
printf("Transimit Finished!\\r\\n");//提示傳送完成
}
i++;
delay_ms(10);
if(i==20)
{
LED0=!LED0;//提示系統正在運行
i=0;
}
}
}
main 函數的流程大致是：先初始化內存 SendBuff 的值，然後通過 KEY0 開啟串口 DMA 發
送，在發送過程中，通過__HAL_DMA_GET_FLAG(&UART1TxDMA_Handler),獲取當前是否傳
輸結束，並且 DS2 閃爍。最後在傳輸結束之後清除相應標誌位，提示已經傳輸完成。
至此，DMA 串口傳輸的軟件設計就完成了。
22.4 下載驗證
在代碼編譯成功之後，我們下載代碼到 ALIENTEK NANO STM32F103 上，我們打開串口
調試助手，可以看到串口顯示如圖 22.4.1 所示：
圖 22.4.1 DMA 串口實驗實物測試圖
伴隨 DS0 的不停閃爍，提示程序在運行。然後按 KEY0，DMA 數據開始傳輸，DS2 快閃
以表示數據正在傳輸，正常可以看到串口顯示如圖 22.4.2 所示的內容：
圖 22.4.2 串口收到的數據內容
可以看到串口收到了 NANO STM32F103 發送過來的數據。
至此，我們整個 DMA 實驗就結束了，希望大家通過本章的學習，掌握 STM32F1 的 DMA
使用。DMA 是個非常好的功能，它不但能減輕 CPU 負擔，還能提高數據傳輸速度，合理的應
用 DMA，往往能讓你的程序設計變得簡單。
閱讀更多 正點原子 的文章
