淺談直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) ( DMA ) 控制器的結(jié)構(gòu)與工作原理

直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) ( DMA )控制器，可以在內(nèi)存和/或外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)，而不需要 CPU 參與每次傳輸。合理利用 DMA 控制器，可以減輕CPU的負(fù)擔(dān)。

先進(jìn)的 DMA 控制器，如STMicroelectronics的STM32F4系列中包含的控制器，可以通過(guò)靈活的數(shù)據(jù)流分配和傳輸管理功能進(jìn)一步減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)。

如圖左側(cè)所示，來(lái)自8個(gè)不同的通道 DMA 請(qǐng)求，并到仲裁器上，從而建立優(yōu)先級(jí)(編號(hào)較低的輸入通道，具有較高的優(yōu)先級(jí))。然后激活最高優(yōu)先級(jí)的傳輸，傳輸?shù)綀D中右側(cè)的兩個(gè) AHB 主設(shè)備（存儲(chǔ)器端口和外設(shè)接口），提高了外設(shè)到存儲(chǔ)器傳輸?shù)男?。這可能是 DMA 在基于 CPU 的設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的情況。

圖 1STM32F4系列DMA控制器(圖片來(lái)源于STMicroelectronics*)*

為每個(gè)路徑分配單獨(dú)的 FIFO，如圖1中間所示，允許針對(duì)每個(gè)外設(shè)接口的特性調(diào)整 FIFO 特性。例如，F(xiàn)IFO 的閾值級(jí)別(請(qǐng)求傳輸?shù)纳疃?可以單獨(dú)設(shè)置為 FIFO 大小的?，?或?。這允許低速通道等待，直到FIFO 幾乎滿了才進(jìn)行傳輸，以最小化開(kāi)銷。更快的通道會(huì)更早地啟動(dòng)傳輸，可能只有一半大小，以避免FIFO 溢出。

我們來(lái)通過(guò)一個(gè)實(shí)例，來(lái)看看DMA怎么工作的。

實(shí)例：使用STM32 來(lái)控制 NeoPixels LED

硬件部分采用STM32 開(kāi)發(fā)板，與 NeoPixelLED、燈帶、矩陣等相連接。



RGB NeoPixels 實(shí)際上是 WS2812 智能控制 LED。下面是WS2812 LED 的3字節(jié)數(shù)據(jù)協(xié)議的結(jié)構(gòu)，分別代表綠紅藍(lán)三個(gè)信息。

圖 2 WS2812 LED 的3字節(jié)數(shù)據(jù)協(xié)議的結(jié)構(gòu)

使用計(jì)時(shí)器來(lái)PWM控制波形，然后配置DMA使CPU高效并且易于實(shí)施。

圖 3 WS2812 LED 的0和1位的計(jì)時(shí)圖

在軟件中，配置 DMA，選擇了“TIM2_CH3/UP”，將方向改為“內(nèi)存到外設(shè)”。同時(shí)，將優(yōu)先級(jí)改為“非常高”，最后保存.ioc 文件，以生成項(xiàng)目代碼。

審核編輯：劉清