《STM32MP1 M4裸机HAL库开发指南》 第二十八章 DMA实验

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第二十八章 DMA实验

串口可以通过轮询、中断以及DMA的方式接收数据，在前面串口通信实验章节，我们学习了如何使用UART中断接收数据，本章节，我们将介绍STM32MP157的DMA，我们将利用DMA来实现串口数据传送。
本章分为如下几个小节：
28.1、 DMA简介
28.2、 硬件设计
28.3、 软件设计

28.1 DMA简介
        系统的核心是CPU，CPU无时无刻在处理着大量的事物，如复制数据、转移数据、计算等等，对于一些事情，可以让CPU以外的其它模块去执行，那么CPU就可以腾出部分资源去处理其它事情，这样可以更好地利用CPU的资源。要处理的这些事物中，例如对于转移数据，其实也可以不需要CPU的参与，可以直接使用DMA来处理。
        DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问。DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间，通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，传输动作本身是由 DMA 控制器来实行和完成，没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，无需任何CPU操作就可以实现高速数据移动，这使空余出的CPU资源可专注于处理其他更加实用或者紧急的操作，从而使CPU的效率大大提高了。

图28.1. 1数据传输方式

        DMA就是为了解决大量数据转移而过多消耗CPU资源而产生的，DMA的作用就是实现数据的直接传输，去掉了传统的数据传输需要经过CPU处理的环节，如果没有DMA，那么CPU传输还需要以内核作为中转站，特别是在转移大量数据时，占用更多的CPU资源。
        以ADC外设采集数据为例，当ADC采集到数据时，ADC外设向DMA控制器发送一个请求信号，DMA收到请求后，触发DMA工作，如果此时DMA控制器接收到多个请求信号，DMA控制器会根据通道的优先权来处理请求，优先权高的优先处理。DMA控制器从AHB外设获取ADC采集到的数据，暂时存储到DMA通道中，然后再通过AHB将DMA通道的数据传送到SRAM中，完成一次数据转移，数据转移的过程不需要CPU的参与。
28.1.1 STM32MP157 DMA简介
1. MDMA和双口DMA
STM32MP157内部有3个DMA控制器：1个高速主DMA（MDMA）和2个双口DMA（DMA1和DMA2）。M4和A7可以共享MDMA，而DMA1和DMA2只能由A7或者M4中某一个使用。
1）MDMA控制器为主存储器和外围寄存器访问（系统访问端口）提供了主AXI接口，MDMA用于实现数据流：内存内存、内存外设、外设内存之间的高速数据传输。
2）双口DMA同样可以实现数据流：内存内存、内存外设、外设内存之间的高速数据传输，双口DMA支持AHB外设之间的数据传输，具有独立的FIFO，支持不同位宽的数据传输。
这里的内存就是指片内 SRAM和Flash等存储器，外设一般是指外设的数据寄存器。本章我们用到的是双口DMA，因此接下来我们重点介绍双口DMA。DMA的数据流中，DMA数据流x外设地址寄存器（DMA_SxPAR）存放的是DMA读或者写数据的外设数据寄存器的基址，DMA数据流x存储器0地址寄存器（DMA_SxM0AR）存放的是DMA读或者写数据的存储器地址：
如果选择外设内存的数据流的形式，设置DMA_SxCR 寄存器的 DIR[1:0] 位为00，即选择数据传输方向为外设到内存，此时，DMA_SxPAR为源地址，DMA_SxM0AR为目的地址。
如果选择内存外设的数据流形式，设置DMA_SxCR 寄存器的 DIR[1:0] 位为01，即选择数据传输方向为内存到外设，此时，DMA_SxM0AR为源地址，DMA_SxPAR为目的地址。
如果选择内存内存，设置DMA_SxCR 寄存器的 DIR[1:0] 位为10，DMA_SxCR和DMA_SxM0AR的配置和外设内存的一样。
2. 双口DMA的特征
STM32MP157内部有2个双口DMA控制器（DMA1和DMA2），共16个数据流（每个控制器8个），每一个双口DMA控制器都用于管理一个或多个外设的存储器访问请求，每个数据流可以有多达116个通道（或称请求），每个数据流通道都有一个仲裁器（Arbiter），仲裁器用于处理DMA请求间的优先级，仲裁器根据通道请求的优先级来启动外设/存储器的访问。

图28.1.1. 1图 DMA控制器数据流和通道关系

STM32MP157的双口DMA有以下一些特性：
① 双AHB主总线架构，一个用于存储器访问，另一个用于外设访问；
② 仅支持32位访问的AHB从编程接口
③ 每个DMA控制器有8个数据流，每个数据流有多达116个通道（或称请求）
④ 每个数据流有单独的四级32位先进先出存储器缓冲区(FIFO)，可用于FIFO模式或直接模式。
⑤ 通过硬件可以将每个数据流配置为：
1，常规通道，支持外设到内存，内存到外设和内存到内存的传输。
2，支持在存储器方双缓冲的双缓冲区通道
⑥ 8个数据流中的每一个都连接到专用硬件DMA通道（请求）；
⑦ DMA 数据流请求之间的优先级可用软件编程（4个级别：非常高、高、中、低），在软件优先级相同的情况下可以通过硬件决定优先级（例如，请求0的优先级高于请求1）；
⑧ 每个数据流也支持通过软件触发存储器到存储器的传输；
⑨ 每个数据流的通道请求可以由DMA请求复用器（DMAMUX）选择，可供选择的通道请求数多达116个。此选择可由软件配置DMAMUX，并允许108个外设发起DMA请求；
⑩ 要传输的数据项的数目可以由DMA控制器或外设管理：
1，DMA 流控制器：要传输的数据项的数目是1到65535，可用软件编程
2，外设流控制器：要传输的数据项的数目未知并由源或目标外设控制，这些外设通过硬件发出传输结束的信号
⑪ 独立的源和目标传输宽度（字节、半字、字）：源和目标的数据宽度不相等时，DMA自动封装/解封必要的传输数据来优化带宽。这个特性仅在FIFO模式下可用。
⑫ 对源和目标的增量或非增量寻址
⑬ 支持4个、8个和16个节拍的增量突发传输。突发增量的大小可由软件配置，通常等于外设FIFO大小的一半
⑭ 每个数据流都支持循环缓冲区管理
⑮ 5个事件标志（DMA 半传输、DMA 传输完成、DMA 传输错误、DMA FIFO 错误、直接模式错误），进行逻辑或运算，从而产生每个数据流的单个中断请求
28.1.2 DMA框图
1. DMA框图
STM32MP157有两个双口DMA控制器，DMA1和DMA2，本章，我们仅针对DMA2进行介绍。下面先来学习双口DMA控制器框图，通过学习DMA控制器框图会有一个很好的整体掌握，同时对之后的编程也会有一个清晰的思路。STM32MP157的双口MDA控制器框图如下图所示：

图28.1.2. 1 DMA控制器框图

图中，我们标记了6处位置，起作用分别是：
①，DMA控制器的从机编程接口，通过该接口可以对DMA的相关控制寄存器进行设置，从而配置DMA，实现不同的功能。同时，该接口可以输出dma_it[0:7]的中断信号到NVIC（对于M4内核，中断控制器是NVIC；对于A7内核，中断控制器是GIC。本文我们讲解的是M4内核部分），以及dma_tcif[0:7]的信号到MDMA。
②，DMA控制器的外设接口，用于访问相关外设，特别的，当外设接口设置的访问地址是内存地址的时候，DMA就可以工作在内存到内存模式了。
③，DMA控制器的FIFO区，可以实现存储器接口到外设接口之间的数据长度非对齐传输。
每个数据流（总共8个数据流）都有一个独立的FIFO(先进先出存储器缓冲区)，FIFO用于临时存放要传输的数据，可通过DMA_SxFCR寄存器来控制控制 FIFO的阈值，如果数据存储量达到阈值时，FIFO中的数据将传输到目标中。
④，DMA控制器的存储器接口，用于访问外部存储器，特别的当存储器地址是外设地址的时候，可以实现类似外设到外设的传输效果。
⑤，DMA控制器的仲裁器，用于仲裁数据流0~7的请求优先级，保证数据有序传输。
⑥，这是DMA控制器数据流0~7的通道请求信号，由DMAMUX的选择，每个数据流有多达116个通道请求可以选择。我们必须根据实际需求来选择对应的通道请求。
2. DMA请求复用器（DMAMUX）
STM32MP157资源丰富，外设众多，为实现正常传输，需要通过DMAMUX对通道资源进行 管理。这里重点介绍一下DMAMUX，其全称是DMA请求复用器，用于管理DMA1和DMA2的通道请求。DMAMUX总共有16个通道，其中通道0~7对应DMA1的数据流0~7，通道8~15对应DMA2的数据流0~7。DMAMUX框图如下所示：

图28.1.2. 2 DMAMUX控制器框图

        整个DMAMUX的功能比较复杂，包括：选择具体的DMA请求通道（源）、同步控制、请求生成、请求计数和中断等，本章我们只用到其最简单的应用：选择具体的DMA请求通道，即通过DMAMUX选择DMA1/DMA2的数据流通道（请求通道）。为了方便说明，我们在图中标出了几个关键点：
①，外设请求输入，即STM32MP157芯片内部外设的请求，这部分总共有p+1个外设请求，对于DMAMUX来说，总共有108个（p=107）。
②，通道选择，通过DMAMUX_CmCR寄存器的DMAREQ_ID[7:0]位来选择DMA的具体请求通道，总共有116个通道，其中①处有108个，还有8个通道来自DMAMUX内部的请求生成器，我们一般用①处的108个请求通道。
③，同步控制，用于同步DMA请求，最终输出给DMA控制器，我们本章不使用同步控制，因此可以关闭同步（通过DMAMUX_CmCR寄存器的SE位设置）。
④，输出到DMA控制器的请求信号，对DMAMUX来说总共有16个输出请求信号（m=15），DMAMUX通道0到7与DMA1通道0到7相连，DMAMUX通道8到15与DMA2通道0到7 相连。
        因此，我们一般只需要通过设置DMAMUX通道m的DMAMUX_CmCR寄存器来选择输入通道，即可完成DMA1/DMA2某个数据流的DMA输入请求通道选择。
3. DMA请求映射
        DMA通道/请求和外设不是任意连接的，需要根据DMA请求映射表来，DMAMUX的DMA请求资源分配表如下所示（下图只是截图一部分）：

图28.1.2. 3 DMA请求资源分配表（部分）

        由表可知，DMAMUX的DMA请求输入总共有116个（116之后的是保留的，具体查看参考手册，这里只截图部分，列表见参考手册的Table 110），表中我们省略了一部分内容。
        举例来说，假设我们要设置DMA2数据流3的DMA输入请求通道为：串口7的TX（UART7_TX），则：
1，DMA2数据流3对应DMAMUX的通道11（从0开始算起，8~15对应的是DMA2，第4和刚好是通道11）。
2，串口7的TX对应的外设DMA请求编号为：80
        因此，我们只需要设置DMAMUX_CxCR的DMAREQ_ID[6:0]位为80即可完成DMA2数据流3的请求来自UART7_TX的设置。
        由于DMA1/DMA2数据流0~7的DMA请求全部是来自DMAMUX的设置（16个通道），DMAMUX的所有通道都可以独立设置，因此，对于STM32MP157来说，DMA1/DMA2的任何一个数据流的请求都可以来自116个通道的任意一个，因此相对于STM32其他系列来说，STM32MP157的DMA配置更加灵活，无需固定通道对应固定外设请求，可以随意设置。
28.1.3 DMA寄存器
        DMA配置参数包括：通道地址、优先级、数据传输方向、存储器/外设数据宽度、存储器/外设地址、数据传输量等。
1. DMAMUX请求线复用器通道x配置寄存器（DMAMUX_CxCR），（x = 0到15）
DMAMUX请求线复用器通道x配置寄存器描述如下图所示：

图28.1.3. 1 DMAMUX1_CxCR寄存器各位描述（部分）

本章，该寄存器我们只需要关心DMAREQ_ID[6:0]这7个位，其他位全部用不到（设置为0即可），DMAREQ_ID[6:0]用于选择输出通道x的DMA输入请求，我们需要通过这8个位选择DMA1/DMA2数据流的请求源。详细请求列表（DMA请求映射表）见参考手册的Table 110：

图28.1.3. 2 DMA请求资源分配表（部分）

2. DMA中断状态寄存器（DMA_LISR和DMA_HISR）
DMA中断状态寄存器，该寄存器总共有2个：DMA_LISR和DMA_HISR，每个寄存器管理4数据流（总共8个），DMA_LISR寄存器用于管理数据流0~3，而DMA_HISR用于管理数据流4~7。这两个寄存器各位描述都完全一模一样，只是管理的数据流不一样。
这里，我们仅以DMA_LISR寄存器为例进行介绍，DMA_LISR各位描述如下图所示：

图28.1.3. 3 DMA_LISR寄存器

如果开启了DMA_LISR中这些位对应的中断，则在达到条件后就会跳到中断服务函数里面去，即使没开启，我们也可以通过查询这些位来获得当前DMA传输的状态。这里我们常用的是TCIFx位，即数据流x的DMA传输完成与否标志。注意此寄存器为只读寄存器，所以在这些位被置位之后，只能通过其他的操作来清除。DMA_HISR寄存器各位描述通DMA_LISR寄存器各位描述完全一样，只是对应数据流4~7，这里我们就不列出来了。
3. DMA中断标志清除寄存器（DMA_LIFCR和DMA_HIFCR）
DMA中断标志清除寄存器, 该寄存器同样有2个：DMA_LIFCR和DMA_HIFCR，同样是每个寄存器控制4个数据流，DMA_LIFCR寄存器用于管理数据流0~3，而DMA_ HIFCR用于管理数据流4~7。这两个寄存器各位描述都完全一模一样，只是管理的数据流不一样。
这里，我们仅以DMA_LIFCR寄存器为例进行介绍，DMA_LIFCR各位描述如下图所示：

图28.1.3. 4 DMA_LIFCR寄存器

DMA_LIFCR的各位就是用来清除DMA_LISR的对应位的，通过写1清除。在DMA_LISR被置位后，我们必须通过向该位寄存器对应的位写入1来清除。DMA_HIFCR的使用同DMA_LIFCR类似，这里就不做介绍了。
第四个是DMA数据流x配置寄存器（DMA_SxCR）（x=0~7，下同）。该寄存器的我们在这里就不贴出来了，见《STM32MP157参考手册》。该寄存器控制着DMA的很多相关信息，包括数据宽度、外设及存储器的宽度、优先级、增量模式、传输方向、中断允许、使能等都是通过该寄存器来设置的。所以DMA_ SxCR是DMA传输的核心控制寄存器。
第五个是DMA数据流x数据项数寄存器（DMA_SxNDTR）。这个寄存器控制DMA数据流x的每次传输所要传输的数据量。其设置范围为0~65535。并且该寄存器的值会随着传输的进行而减少，当该寄存器的值为0的时候就代表此次数据传输已经全部发送完成了。所以可以通过这个寄存器的值来知道当前DMA传输的进度。特别注意，这里是数据项数目，而不是指的字节数。比如设置数据位宽为16位，那么传输一次（一个项）就是2个字节。
第六个是DMA数据流x的外设地址寄存器（DMA_SxPAR）。该寄存器用来存储STM32MP157外设的地址，比如我们使用串口4（UART4），那么该寄存器必须写入0x40010028（其实就是&USART_TDR），即UART4的地址（基地址+偏移地址，基地址= 0x40010000，USART_TDR的偏移地址= 0x28）。如果使用其他外设，就修改成相应外设的地址就行了。

图28.1.3. 5 USART_TDR的地址

最后一个是DMA数据流x的存储器地址寄存器，由于STM32MP157的DMA支持双缓存，所以存储器地址寄存器有两个：DMA_SxM0AR和DMA_SxM1AR，其中DMA_SxM1AR仅在双缓冲模式下，才有效。本章我们没用到双缓冲模式，所以存储器地址寄存器就是：DMA_SxM0AR，该寄存器和DMA_CPARx差不多，但是是用来放存储器的地址的。比如我们使用SendBuf[7800]数组来做存储器，那么我们在DMA_SxM0AR中写入&SendBuff就可以了。
4. DMA数据流x外设地址寄存器（DMA_SxPAR）
DMA数据流x外设地址寄存器如下图所示：

图28.1.3. 6 DMA_SxPAR寄存器

该寄存器存放的是DMA读或者写数据的外设数据寄存器的基址。本实验，我们需要通过DMA读取ADC1转换后存放在ADC1常规数据寄存器 (ADC_DR) 的结果数据。所以我们需要给DMA_SxPAR寄存器写入ADC_DR寄存器的地址。这样配置后，DMA就会从ADC_DR寄存器的地址读取ADC的转换后的数据到某个内存空间。这个内存空间地址需要我们通过DMA_SxM0AR寄存器来设置，比如定义一个变量，把这个变量的地址值写入该寄存器。
注意：DMA_SxPAR寄存器受到写保护，只有DMA_SxCR寄存器中的EN为“0”时才可以写入，即先要禁止数据流传输才可以写入。
5. DMA数据流x存储器0地址寄存器（DMA_SxM0AR）
DMA数据流x存储器0地址寄存器描述如下图所示：

图28.1.3. 7 DMA_SxM0AR寄存器

该寄存器存放的是DMA读或者写数据的存储器的地址。这些位受到写保护，只有当禁止数据流（DMA_SxCR 寄存器中的位 EN=“0”）或使能数据流（DMA_SxCR 寄存器中的 EN=“1”）并且 DMA_SxCR 寄存器中的位 CT =“1”（在双缓冲区模式下）时才可以写入。如果用到双缓冲区模式我们还需要用到DMA_SxM1AR寄存器，本实验我们是用不到的。
6. DMA 数据流 x 配置寄存器 (DMA_SxCR) (x = 0..7)

图28.1.3. 8 DMA_SxCR寄存器

        DMA_SxCR寄存器的位比较多，我们先关注几个位，这些位将由软件置 1 和清零，这些位受到保护，只有 EN 为“0”时才可以写入。
        PL[1:0]位用于设置优先级：00：低优先级；01：中优先级；10：高优先级；11：非常高优先级。
        MSIZE[1:0]用于设置存储器数据大小：00：字节（8 位）；01：半字（16 位）；10：字（32 位）；11：保留。注意：在直接模式下，当位 EN =“1”时，MSIZE 位由硬件强制置为与 PSIZE 相同的值。
        PSIZE[1:0]用于外设数据大小：00：字节（8 位）；01：半字（16 位）；10：字（32 位）；11：保留。
        DIR[1:0]用于配置数据传输方向：00：外设到存储器；01：存储器到外设；10：存储器到存储器；11：保留。
28.1.4 DMA的HAL库驱动
DMA在HAL库中的驱动代码在stm32mp1xx_hal_dma.c文件（及其头文件）中。UART4相关的HAL库驱动代码在stm32mp1xx_hal_uart.c文件（及其头文件）中。
1. HAL_DMA_Init函数
DMA的初始化函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Init(DMA_HandleTypeDef *hdma);
函数描述：
用于初始化DMA1，DMA2和BDMA。
函数形参：
形参1是DMA_HandleTypeDef结构体类型指针变量，其定义如下：
typedef struct __DMA_HandleTypeDef
{
  void                              *Instance;       /* 寄存器基地址 */
  DMA_InitTypeDef                 Init;             /* DAM通信参数 */
  HAL_LockTypeDef                 Lock;             /* DMA锁对象 */
  __IO HAL_DMA_StateTypeDef     State;            /* DMA传输状态 */
  void                              *Parent;     /* 父对象状态，HAL库处理的中间变量 */
  void (*XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef *hdma);/*DMA传输完成回调*/
  void (* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);  
/* DMA一半传输完成回调 */
  void (* XferM1CpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);   
        /* DMA传输完整的Memory1回调 */
  void (* XferM1HalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);  
/* DMA传输半完全内存回调 */
  void (* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/*DMA传输错误回调*/
  void (* XferAbortCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma);
/* DMA传输中止回调 */
__IO uint32_t                   ErrorCode;                /* DMA存取错误代码 */
uint32_t                         StreamBaseAddress;      /* DMA数据流基地址 */
uint32_t                         StreamIndex;             /* DMA数据流索引号 */
DMAMUX_Channel_TypeDef        *DMAmuxChannel;          /* DMAMUX信道基础地址 */
DMAMUX_ChannelStatus_TypeDef *DMAmuxChannelStatus;  /* DMAMUX通道状态基础地址 */
uint32_t                         DMAmuxChannelStatusMask;/* DMAMUX通道状态掩码 */
DMAMUX_RequestGen_TypeDef     *DMAmuxRequestGen;/* DMAMUX请求生成器基地地址 */
DMAMUX_RequestGenStatus_TypeDef  *DMAmuxRequestGenStatus;
/* DMAMUX请求生成器状态地址 */
uint32_t             DMAmuxRequestGenStatusMask;  /* DMAMUX请求生成器状态掩码 */
}DMA_HandleTypeDef;
这个结构体内容比较多，上面已注释中文翻译，下面列出几个成员说明一下。
Instance：是用来设置寄存器基地址，例如要设置为DMA2的数据流7，那么取值为DMA2_Stream7。
Parent：是HAL库处理中间变量，用来指向DMA通道外设句柄。
StreamBaseAddress和StreamIndex是数据流基地址和索引号，这个是HAL库处理的时候会自动计算，用户无需设置。
其他成员变量是HAL库处理过程状态标识变量，这里就不做过多讲解。
接下来我们重点介绍Init，它是DMA_InitTypeDef结构体类型变量，该结构体定义如下：
typedef struct
{
  uint32_t Request;               /* 请求设置，设置是哪个外设请求的 */     
  uint32_t Direction;             /* 传输方向，例如存储器到外设DMA_MEMORY_TO_PERIPH */
  uint32_t PeriphInc;             /* 外设（非）增量模式，非增量模式DMA_PINC_DISABLE */  
  uint32_t MemInc;                 /* 存储器（非）增量模式，增量模式DMA_MINC_ENABLE */  
  uint32_t PeriphDataAlignment; /* 外设数据大小：8/16/32位 */
  uint32_t MemDataAlignment;     /* 存储器数据大小：8/16/32位 */
  uint32_t Mode;                   /* 模式：外设流控模式/循环模式/普通模式 */   
  uint32_t Priority;              /* DMA优先级：低/中/高/非常高 */
  uint32_t FIFOMode;              /* FIFO模式开启或者禁止 */
  uint32_t FIFOThreshold;        /* FIFO阈值选择 */
  uint32_t MemBurst;              /* 存储器突发模式：单次/4个节拍/8个节拍/16个节拍 */  
  uint32_t PeriphBurst;          /* 外设突发模式：单次/4个节拍/8个节拍/16个节拍 */   
}DMA_InitTypeDef;
该结构体成员变量非常多，但是每个成员变量配置的基本都是DMA_SxCR寄存器和DMA_SxFCR寄存器的相应位。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
2. 串口的DMA发送函数HAL_UART_Transmit_DMA
函数描述：
        使用 DMA 方式发送数据。
函数形参：
        形参1是UART_HandleTypeDef结构体类型指针变量；
        形参2是要发送的数据地址；
        形参3是要发送的数据大小（单位：字节）。
函数返回值：
        HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
串口的DMA发送实际是串口控制寄存器USART_CR3的位7来控制的，在HAL库中操作该寄存器来使能串口DMA发送的函数为HAL_UART_Transmit_DMA，该函数声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart,
uint8_t *pData, uint16_t Size)
这里大家需要注意，调用该函数后会开启相应的DMA中断。
HAL库还提供了对串口的DMA发送的停止，暂停，继续等操作函数：
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart);  /* 停止 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart); /* 暂停 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart);/* 恢复 */
3. 串口的DMA接收函数HAL_UART_Receive_DMA
函数描述：
        使用 DMA 方式接收数据。
函数形参：
        形参1是UART_HandleTypeDef结构体类型指针变量；
        形参2是要接收的数据地址；
        形参3是要接收的数据大小（单位：字节）。
函数返回值：
        HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
        有DMA发送函数当然也会有DMA接收函数：
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
4. DMA中断方式启动函数HAL_DMA_Start_IT
函数描述：
使用 DMA 中断方式启动DMA，注意此函数会开启多个中断，有TC发送完成中断、TE传输错误中断、DME直接模式错误中断、HT半传输中断和FIFO错误中断。
函数形参：
        形参1是DMA_HandleTypeDef结构体类型指针变量；
        形参2是源内存缓冲区地址；
        形参3是目标内存缓冲区地址；
        形参3是要从源传输到目标的数据长度。
函数返回值：
        HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
注意事项：
DMA传输完成后，会执行对应的DMA中断服务函数，对应的DMA中断服务函数会调用DMA中断请求函数HAL_DMA_IRQHandler，用户可以通过自定义函数指针如XferCpltCallback、XferM1CpltCallback和XferErrorCallback等来添加自己的函数。
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start_IT(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength)
5. DMA启动函数HAL_DMA_Start
函数描述：
在配置了源地址和目标地址以及要传输的数据长度之后，使用此函数来启动DMA传输。
函数形参：
        形参1是DMA_HandleTypeDef结构体类型指针变量；
        形参2是源内存缓冲区地址；
        形参3是目标内存缓冲区地址；
        形参3是要从源传输到目标的数据长度。
函数返回值：
        HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
注意事项：
        可以使用HAL_DMA_PollForTransfer函数去轮询当前传输的结束，在这种情况下，用户可以根据其应用程序配置固定超时时间。
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress, uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength)
6. 其它函数和宏定义
1）函数HAL_DMA_Abort用于终止使用函数HAL_DMA_Start开启的DMA传输；
2）函数HAL_DMA_Abort_IT用于终止使用函数HAL_DMA_Start_IT开启的DMA传输；
3）使用HAL_DMA_GetState函数获取DMA状态；
        在DMA传输过程中，我们要查询DMA传输通道的状态，也可以使用：__HAL_DMA_GET_FLAG
4）使用HAL_DMA_GetError函数可以获取哪方面错误；
5）函数DMA_SetConfig用于设置源地址、目的地址和传输的数据长度；
6）几个常用的DMA宏定义（注意宏定义有参数，清根据stm32mp1xx_hal_dma.c文件的来）：
__HAL_DMA_ENABLE:  使能指定的DMA Stream；
__HAL_DMA_DISABLE: 禁止指定的DMA Stream；
__HAL_DMA_GET_FS:  返回当前DMA Stream FIFO填充情况；
__HAL_DMA_ENABLE_IT: 使能指定的DMA Stream中断；
__HAL_DMA_DISABLE_IT: 禁止指定的DMA Stream中断；
__HAL_DMA_GET_IT_SOURCE: 检查指定的指定的DMA Stream中断是否发送；
__HAL_DMA_GET_COUNTER：获取当前传输剩余数据量；
__HAL_DMA_SET_COUNTER：设置对应的DMA数据流传输的数据量大小。
7. DMA回调函数
        每个DMA通道都可以在DMA传输过半、传输完成和传输错误时产生中断，中断标志位如下表所示：

表28.1.4. 1中断标志位

        DMA中断对于每个数据流都有一个中断服务函数，比如DMA2_Stream0的中断服务函数为DMA2_Stream0_IRQHandler。HAL库提供了通用DMA中断处理函数HAL_DMA_IRQHandler，在该函数内部，会对DMA传输状态进行分析，然后调用相应的中断处理回调函数：
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);     /* 发送完成回调函数 */
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);/* 发送一半回调函数 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);     /* 接收完成回调函数 */
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);/* 接收一半回调函数 */
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);      /* 传输出错回调函数 */
        注意的是，DMA传输完成回调函数 UART_DMAReceiveCplt会调用HAL_UART_RxCpltCallback函数
28.2 硬件设计
1. 例程功能
        UART4以DMA方式发送数据，打开串口调试助手，可以收到DMA发送的内容，同时LED0闪烁，用于提示程序正在运行。
2. 硬件资源
        1）LED灯：LED0
        2）串口4
        3）DMA

表28.2. 1硬件资源

3. 原理图
        DMA属于STM32MP157内部资源，通过软件设置好就可以了，本实验通过DMA的方式向串口发送数据，通过串口上位机可以看到传输的内容。
28.3 程序设计
        本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\3、M4裸机驱动例程\ MP157-M4 HAL库V1.2\实验17 DMA实验。
28.3.1 DMA驱动代码
DMA驱动代码我们把它放在dma.c和dma.h文件中。
1. dma.h文件代码
#ifndef __DMA_H
#define __DMA_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
extern DMA_HandleTypeDef  g_dma_handle;             /* DMA句柄 */
/* 配置DMAx_CHx */
void dma_init(DMA_Stream_TypeDef *dma_stream_handle, uint32_t ch);
/* DMA请求复用器初始化 */  
void dma_mux_init(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx, uint8_t ch);
/* 使能一次DMA传输 */   
void dma_enable(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx, uint16_t ndtr);   
#endif
2. dma.c文件代码
        下面是DMA的初始化函数，其定义如下：
DMA_HandleTypeDef  g_dma_handle;              /* DMA句柄 */
extern UART_HandleTypeDef g_uart4_handle;     /* UART句柄 */
/**
* @brief     串口TX DMA初始化函数
*   @note    这里的传输形式是固定的, 这点要根据不同的情况来修改
*            从存储器 -> 外设模式/8位数据宽度/存储器增量模式
*
* @param     dma_stream_handle : DMA数据流,DMA1_Stream0~7/DMA2_Stream0~7
* @retval    无
*/
void dma_init(DMA_Stream_TypeDef *dma_stream_handle, uint32_t ch)
{
  /* 得到当前stream是属于DMA2还是DMA1 */
  if ((uint32_t)dma_stream_handle > (uint32_t)DMA2)     
  {
    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();                      /* DMA2时钟使能 */
  }
  else
  {
    __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();                      /* DMA1时钟使能 */
  }
    __HAL_RCC_DMAMUX_CLK_ENABLE();                    /* 使能DMAMUX时钟 */
    /* 将DMA与USART4联系起来(发送DMA) */
    __HAL_LINKDMA(&g_uart4_handle, hdmatx, g_dma_handle);  

  /* Tx DMA配置 */
  g_dma_handle.Instance = dma_stream_handle;                /* 数据流选择 */
  g_dma_handle.Init.Request = ch;                              /* DMA通道选择 */
  g_dma_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;      /* 存储器到外设 */
  g_dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;           /* 外设非增量模式 */
  g_dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;                /* 存储器增量模式 */
  g_dma_handle.Init.PeriphDataAlignment= DMA_PDATAALIGN_BYTE;/* 外设数据长度:8位 */
  g_dma_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE; /* 存储器数据长度:8位 */
  g_dma_handle.Init.Mode = DMA_NORMAL;                         /* 外设流控模式 */
  g_dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;          /* 中等优先级 */
  g_dma_handle.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;         /* 关闭FIFO模式 */
  g_dma_handle.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;/* FIFO阈值配置 */
  g_dma_handle.Init.MemBurst = DMA_MBURST_SINGLE;             /* 存储器突发单次传输 */
  g_dma_handle.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_SINGLE;         /* 外设突发单次传输 */

  HAL_DMA_DeInit(&g_dma_handle);   
  HAL_DMA_Init(&g_dma_handle);
}
该函数是一个通用的DMA配置函数，DMA1/DMA2的所有通道，都可以利用该函数配置，不过有些固定参数可能要适当修改（比如位宽，传输方向等）。该函数在外部只能修改DMA数据流编号和通道号，更多的其他设置只能在该函数内部修改。对照前面的配置步骤的详细讲解来分析这部分代码即可。
3. main.c文件代码
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./USMART/usmart.h"
#include "./BSP/DMA/dma.h"
/* 要循环发送的字符串 */
const uint8_t TEXT_TO_SEND[] = {"正点原子 STM32MP1 DMA 串口实验"};
/* 发送数据长度, 等于sizeof(TEXT_TO_SEND) + 2的200倍. */  
#define SEND_BUF_SIZE       (sizeof(TEXT_TO_SEND) + 2) * 200   
uint8_t g_sendbuf[SEND_BUF_SIZE];       /* 发送数据缓冲区 */
/**
* @brief       主函数
* @param       无
* @retval      无
*/
int main(void)
{
    uint8_t  key = 0;
    uint16_t i, k;
    uint16_t len;
    uint8_t  mask = 0;

    HAL_Init();             /* 初始化HAL库  */
    /* 初始化M4内核时钟,209M */
    if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
    {
    sys_stm32_clock_init(34, 2, 2, 17, 6826);
    }
    usart_init(115200);     /* 串口初始化为115200 */
    delay_init(209);        /* 延时初始化 */
    led_init();             /* 初始化LED  */
    key_init();             /* 初始化按键 */
    dma_init(DMA2_Stream7, DMA_REQUEST_UART4_TX);  /* 初始化DMA */
    len = sizeof(TEXT_TO_SEND);
    k = 0;
    for (i = 0; i < SEND_BUF_SIZE; i++) /* 填充ASCII字符集数据 */
    {
      if (k >= len)            /* 入换行符 */
      {
        if (mask)
         {
            g_sendbuf = 0x0a;
            k = 0;
        }
        else
        {
            g_sendbuf = 0x0d;
            mask++;
        }
      }
        else        /* 复制TEXT_TO_SEND语句 */
        {
            mask = 0;
            g_sendbuf = TEXT_TO_SEND[k];
            k++;
        }
    }
    i = 0;
    while (1)
    {
      key = key_scan(0);
      if (key == KEY0_PRES)/* 进入睡眠模式 */
      {
        printf("\r\nDMA DATA:\r\n");
        /* 开始一次DMA传输！ */
        HAL_UART_Transmit_DMA(&g_uart4_handle,g_sendbuf,SEND_BUF_SIZE);
        /*
        * 等待DMA传输完成，此时我们来做另外一些事情，比如点灯  
        * 实际应用中，传输数据期间，可以执行另外的任务
        */
        while (1)
        {
            /* 等待DMA1_Steam7传输完成 */
            if (__HAL_DMA_GET_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TCIF3_7))        
            {
            /* 清除DMA1_Steam7传输完成标志 */
            __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&g_dma_handle, DMA_FLAG_TCIF3_7);
            /* 传输完成以后关闭串口DMA */
            HAL_UART_DMAStop(&g_uart4_handle);                                      
            break;
            }
        }
        printf("\r\nTransimit Finished!\r\n"); /* 提示传送完成 */
    }           
    i++;
    delay_ms(10);
    if (i == 20)
     {
        LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁,提示系统正在运行 */
        i = 0;
     }
   }
}
main函数的流程大致是：先初始化发送数据缓冲区g_sendbuf的值，然后通过KEY0开启串口DMA发送，即使用HAL_UART_Transmit_DMA函数开启DMA发送。在发送过程中，通过__HAL_DMA_GET_FLAG函数等待DMA1_Steam7传输完成，传输完成后，通过__HAL_DMA_CLEAR_FLAG函数清除DMA1_Steam7传输完成标志，每次传输完成后，都会关闭串口DMA，当按键KEY0再次按下时，继续调用HAL_UART_Transmit_DMA函数开启串口DMA发送，如此反复。
28.3.2 编译和测试
        编译不报错，将程序下载到开发板后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。按下KEY0后，串口终端打印如下内容：

图28.3. 2.1运行结果

        以上实验是将我们定义在Senbuff数组里的数据通过DMA进行发送/接收，如果想发送/接收发送自定义的数据，可以使用DMA+串口接收空闲中断（IDLE）或者其他方式来实现。
        关于使用DMA+串口接收空闲中断（IDLE）的方式，大家可以参考《【正点原子】STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南》的DMA章节的实验，IDLE就是当串口收到一帧数据后发生的中断，这里的一帧数据是指给单片机一次发1个字节，或者一次发8个字节，这些一次发来的数据，就称为一帧数据，也可以叫做一包数据。和RXNE中断不同的是，当接收到1个字节，就会产生RXNE中断，当接收到一帧数据，就会产生IDLE中断。实验中通过HAL_UART_Receive_DMA函数开启接收DMA接收，通过HAL_UART_Transmit_DMA启动DMA发送，通过__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG函数来清除状态寄存器和串口数据寄存器的数据，并通过读取DMA_SxNDTR寄存器来检查要传输的数据项的大小。