浅谈直接存储器访问 ( DMA ) 控制器的结构与工作原理

直接存储器访问 ( DMA )控制器,可以在内存和/或外设之间传输数据,而不需要 CPU 参与每次传输。合理利用 DMA 控制器,可以减轻CPU的负担。

先进的 DMA 控制器,如 STMicroelectronics STM32F4 系列中包含的控制器,可以通过灵活的数据流分配和传输管理功能进一步减轻 CPU 的负担。

如图左侧所示,来自8个不同的通道 DMA 请求,并到仲裁器上,从而建立优先级(编号较低的输入通道,具有较高的优先级)。然后激活最高优先级的传输,传输到图中右侧的两个 AHB 主设备(存储器端口和外设接口),提高了外设到存储器传输的效率。这可能是 DMA 在基于 CPU 的设计中最常见的情况。

图 1 STM32F4 系列 DMA 控制器 ( 图片来源于 STMicroelectronics*)*

为每个路径分配单独的 FIFO,如图1中间所示,允许针对每个外设接口的特性调整 FIFO 特性。例如,FIFO 的阈值级别(请求传输的深度)可以单独设置为 FIFO 大小的¼,½或¾。这允许低速通道等待,直到FIFO 几乎满了才进行传输,以最小化开销。更快的通道会更早地启动传输,可能只有一半大小,以避免FIFO 溢出。

我们来通过一个实例,来看看DMA怎么工作的。

实例:“使用 STM32 来控制 NeoPixels LED”

硬件部分采用 STM32 开发板,与 NeoPixel LED 灯带 矩阵 等相连接。

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RGB NeoPixels 实际上是 WS2812 智能控制 LED。下面是 WS2812 LED 的3字节数据协议的结构,分别代表绿红蓝三个信息。


图 2 WS2812 LED 的3字节数据协议的结构

使用计时器来PWM控制波形,然后配置DMA使CPU高效并且易于实施。


图 3 WS2812 LED 的0和1位的计时图

在软件中,配置 DMA, 选择了“TIM2_CH3/UP”, 将方向改为“内存到外设”, 同时,将优先级改为“非常高”,最后保存.ioc 文件,以生成项目代码。

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