《ATK-DFPGL22G之FPGA开发指南_V1.0》 第三十二章 DMA实验
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第三十二章 DMA实验
本章介绍APM32E103直接存储访问（DMA）的使用，DMA能够在无CPU干预的情况下，实现外设与存储器或存储器与存储器之间数据的高速传输，从而节省CPU资源来做其他操作。通过本章的学习，读者将学习到DMA的使用。
本章分为如下几个小节：
32.1 硬件设计
32.2 程序设计
32.3 下载验证
32.1 硬件设计
32.1.1 例程功能
1. 按下KEY0按键，USART1以DMA方式发送数据，同时在LCD上显示DMA传输的进度
2. LED0闪烁，指示程序正在运行
32.1.2 硬件资源
1. LED
LED0 - PB5
2. 按键
KEY0 - PE4
3. 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
4. USART1（PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上）
5. DMA（DMA1通道4）
32.1.3 原理图
本章实验使用的DMA为APM32E103的片上资源，因此没有对应的连接原理图。
32.2 程序设计
32.2.1 Geehy标准库的DMA驱动
在使用DMA之前，需要先根据需求对DMA的通道进行配置，例如本章实验要使用DMA进行串口数据的发送，因此应将DMA的通道配置为存储器到外设的模式等等。使用DMA的具体步骤如下：
①：根据需求配置DMA通道
②：使能DMA通道进行数据传输
③：读DMA通道的状态标志判断传输是否完成
④：传输完成后清除DMA通道的传输完成标志
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置DMA通道
该函数用于配置DMA通道的各项参数，其函数原型如下所示：
void DMA_Config(DMA_Channel_T* channel, DMA_Config_T* dmaConfig)
该函数的形参描述，如下表所示：
表32.2.1.1 函数DMA_Config()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表32.2.1.2 函数DMA_Config()返回值描述
该函数使用DMA_Config_T类型的结构体变量传入DMA通道的配置参数，该结构体的定义如下所示：
typedef enum
{
DMA_DIR_PERIPHERAL_SRC,
DMA_DIR_PERIPHERAL_DST
} DMA_DIR_T;
typedef enum
{
DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE, /* 禁止外设增量模式 */
DMA_PERIPHERAL_INC_ENABLE /* 使能外设增量模式 */
} DMA_PERIPHERAL_INC_T;
typedef enum
{
DMA_MEMORY_INC_DISABLE, /* 禁用存储器递增模式 */
DMA_MEMORY_INC_ENABLE /* 使能存储器递增模式 */
} DMA_MEMORY_INC_T;
typedef enum
{
DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_BYTE, /* 外设数据大小为字节 */
DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_HALFWORD, /* 外设数据大小为半字 */
DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_WORD /* 外设数据大小为字 */
} DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_T;
typedef enum
{
DMA_MODE_NORMAL, /* 禁用循环模式 */
DMA_MODE_CIRCULAR /* 使能循环模式 */
} DMA_LOOP_MODE_T;
typedef enum
{
DMA_PRIORITY_LOW, /* 优先级低 */
DMA_PRIORITY_MEDIUM, /* 优先级中 */
DMA_PRIORITY_HIGH, /* 优先级高 */
DMA_PRIORITY_VERYHIGH /* 优先级非常高 */
} DMA_PRIORITY_T;
typedef struct
{
uint32_t peripheralBaseAddr; /* 外设基地址 */
uint32_t memoryBaseAddr; /* 存储器基地址 */
DMA_DIR_T dir; /* 数据传输方向 */
uint32_t bufferSize; /* 传输的数据项数目 */
DMA_PERIPHERAL_INC_T peripheralInc; /* 外设增量模式 */
DMA_MEMORY_INC_T memoryInc; /* 存储器递增模式 */
DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_T peripheralDataSize; /* 外设数据大小 */
DMA_MEMORY_DATA_SIZE_T memoryDataSize; /* 存储器数据大小 */
DMA_LOOP_MODE_T loopMode; /* 循环模式 */
DMA_PRIORITY_T priority; /* 优先级 */
DMA_M2MEN_T M2M;
} DMA_Config_T;
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_dma.h"
static uint8_t membuf;
void example_fun(void)
{
DMA_Config_T dma_init_struct;
/* 配置DMA1通道0通道0 */
dma_init_struct.channel = DMA_CHANNEL_0;
dma_init_struct.peripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DATA;
dma_init_struct.memoryBaseAddr = (uint32_t)&membuf;
dma_init_struct.dir = DMA_DIR_MEMORYTOPERIPHERAL;
dma_init_struct.bufferSize = sizeof(membuf) / sizeof(membuf);
dma_init_struct.peripheralInc = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;
dma_init_struct.memoryInc = DMA_MEMORY_INC_ENABLE;
dma_init_struct.peripheralDataSize = DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_BYTE;
dma_init_struct.memoryDataSize = DMA_MEMORY_DATA_SIZE_BYTE;
dma_init_struct.loopMode = DMA_MODE_NORMAL;
dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
dma_init_struct.fifoMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
dma_init_struct.fifoThreshold = DMA_FIFOTHRESHOLD_FULL;
dma_init_struct.memoryBurst = DMA_MEMORYBURST_SINGLE;
dma_init_struct.peripheralBurst = DMA_PERIPHERALBURST_SINGLE;
DMA_Config(DMA1_Stream0, &dma_init_struct);
}
②：使能DMA通道
该函数用于使能DMA通道进行数据传输，其函数原型如下所示：
void DMA_Enable(DMA_Channel_T *channel);
该函数的形参描述，如下表所示：
表32.2.1.3 函数DMA_Enable()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表32.2.1.4 函数DMA_Enable()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_dma.h"
void example_fun(DMA_Channel_T *dma_chx)
{
/* 使能DMA通道 */
DMA_Enable(dma_chx);
}
③：读取DMA通道的状态标志
该函数用于读取DMA通道的指定状态标志，其函数原型如下所示：
uint8_t DMA_ReadStatusFlag(DMA_FLAG_T flag);
该函数的形参描述，如下表所示：
表32.1.2.5 函数DMA_ReadStatusFlag()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表32.1.2.6 函数DMA_ReadStatusFlag()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_dma.h"
void example_fun(void)
{
uint8_t flag;
/* 读取DMA1通道4的数据传输完成标志 */
flag = DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4);
if (flag == SET)
{
/* Do something. */
}
else
{
/* Do something. */
}
}
④：清除DMA通道状态标志
该函数用于清除DMA通道的状态标志，其函数原型如下所示：
void DMA_ClearStatusFlag(uint32_t flag);
该函数的形参描述，如下表所示：
表32.2.1.7 函数DMA_ClearStatusFlag()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表32.2.1.8 函数DMA_ClearStatusFlag()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_dma.h"
void example_fun(void)
{
/* 清除DMA1通道1的传输完成标志 */
DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC1);
}
32.2.2 DMA驱动
本章实验的DMA驱动主要负责向应用层提供DMA的初始化和开启传输的函数。本章实验中，DMA的驱动代码包括dma.c和dma.h两个文件。
DMA驱动中，DMA的初始化函数，如下所示：
/**
* @brief 初始化DMA
* @param dma_chx : DMA通道
* @param par : 外设地址
* @param mar : 存储器0地址
* @param ndtr : 传输的数据项数目
* @retval 无
*/
void dma_init( DMA_Channel_T *dma_chx,
uint32_t par,
uint32_t mar,
uint16_t ndtr)
{
DMA_Config_T dma_init_struct;
RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_DMA1); /* 使能DMA时钟 */
DMA_Reset(dma_chx); /* 复位DMA */
/* 配置DMA */
dma_init_struct.peripheralBaseAddr = par; /* 外设基地址 */
dma_init_struct.memoryBaseAddr = mar; /* DMA内存基地址 */
dma_init_struct.dir = DMA_DIR_PERIPHERAL_DST; /* 数据传输方向 */
dma_init_struct.bufferSize = ndtr; /* 传输的数据项数目 */
/* 外设增量模式 */
dma_init_struct.peripheralInc = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;
dma_init_struct.memoryInc = DMA_MEMORY_INC_ENABLE; /* 存储器递增模式 */
/* 外设数据大小 */
dma_init_struct.peripheralDataSize = DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_BYTE;
/* 存储器数据大小 */
dma_init_struct.memoryDataSize = DMA_MEMORY_DATA_SIZE_BYTE;
dma_init_struct.loopMode = DMA_MODE_NORMAL; /* 正常工作模式 */
dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM; /* 优先级 */
/* DMA通道x没有设置为内存到内存传输 */
dma_init_struct.M2M = DMA_M2MEN_DISABLE;
DMA_Config(dma_chx, &dma_init_struct); /* 配置DMA通道 */
DMA_Enable(dma_chx); /* 使能DMA通道 */
}
从上面的代码中可以看到，DMA的初始化函数提供了DMA通道、外设基地址、存储器基地址、传输数据项数据的配置参数，结合这些传入的参数，通过DMA通道配置函数DMA_Config()配置了指定的DMA通道。
DMA驱动中，开启DMA传输的函数，如下所示：
/**
* @brief 开启一次DMA传输
* @param dma_chx : DMA通道
* @param ndtr : 传输的数据项数目
* @retval 无
*/
void dma_enable(DMA_Channel_T *dma_chx, uint16_t ndtr)
{
DMA_Disable(dma_chx); /* 关闭USART1 TX DMA1 所指示的通道 */
DMA_ConfigDataNumber(dma_chx, ndtr); /* 配置传输的数据项数目 */
DMA_Enable(dma_chx); /* 使能USART1 TX DMA1 所指示的通道 */
}
从上面的代码中可以看到，开启DMA数据传输实际上就是调用函数DMA_Enable()使能DMA通道，但考虑到每次传输的数据量可能不同，因此在使能DMA通道前，还配置了DMA通道传输数据项目的数量。
32.2.3 实验应用代码
本实验的应用代码，如下所示：
/* 要循环发送的字符串 */
const uint8_t text_to_send[] = {"正点原子 APM32E103最小系统板 DMA实验\r\n"};
#define SEND_BUF_SIZE (sizeof(text_to_send) * 200)/* 发送数据长度 */
uint8_t g_sendbuf; /* 发送数据缓冲区 */
int main(void)
{
uint8_t key;
uint16_t i;
uint16_t len;
uint16_t pro;
NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);/* 设置中断优先级分组为组4 */
sys_apm32_clock_init(15); /* 配置系统时钟 */
delay_init(120); /* 初始化延时功能 */
usart_init(115200); /* 初始化串口 */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
dma_init( DMA1_Channel4,
(uint32_t) & USART1->DATA,
(uint32_t)g_sendbuf,
SEND_BUF_SIZE); /* 初始化DMA */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DMA TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Start", RED);
len = sizeof(text_to_send); /* 填充发送数据缓冲区 */
for (i = 0; i < SEND_BUF_SIZE; i++)
{
g_sendbuf = text_to_send;
}
i = 0;
while (1)
{
key = key_scan(0);
if (key == KEY0_PRES)
{
lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Start Transimit....", BLUE);
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, " %", BLUE);
USART_EnableDMA(USART_UX, USART_DMA_TX); /* 使能USART的DMA发送 */
dma_enable(DMA1_Channel4, SEND_BUF_SIZE); /* 开启一次DMA传输 */
/* 等待DMA传输完成
* 实际应用中，在等待DMA传输完成期间，可以执行另外的任务
*/
while (1)
{ /* 判断通道4传输完成 */
if (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4) != RESET)
{ /* 清除通道4传输完成标志 */
DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4);
break;
}
pro = DMA_ReadDataNumber(DMA1_Channel4); /* 得到当前还剩余多少个数据*/
pro = ((SEND_BUF_SIZE - pro) * 100) / SEND_BUF_SIZE; /* 获得百分比 */
lcd_show_num(30, 150, pro, 3, 16, BLUE); /* LCD显示DMA传输进度 */
}
pro = DMA_ReadDataNumber(DMA1_Channel4);
pro = ((SEND_BUF_SIZE - pro) * 100) / SEND_BUF_SIZE;
lcd_show_num(30, 150, pro, 3, 16, BLUE);
lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Transimit Finished!", BLUE); /* LCD显示传送完成 */
}
i++;
if ((i % 20) == 0)
{
i = 0;
LED0_TOGGLE();
}
delay_ms(10);
}
}
从上面的代码中可以看到，在DMA的初始化中，初始化了DMA1通道4，这是因为USART1的发送就对应了DMA1通道4，完成初始化工作后，就不断地扫描按键，若扫描到KEY0按键，并使用DMA进行USART1发送数据，在DMA进行数据传输的此期间，LCD上不断刷新显示DMA传输的进度，直至DMA传输完毕。
32.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到LCD上显示了本实验的实验信息，此时若按下KEY0按键，可以看到串口调试助手不断打印“正点原子 APM32E103最小系统板 DMA实验\r\n”（200次），在此期间也能看到LCD上不断地实时刷新串口打印的进度。
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