第4章 DMA控制器工作原理：请求映射、通道配置与传输模式

DMA，全称是Direct Memory Access，直接存储器访问。说白了，就是让数据在内存和外设之间自己搬自己，不用CPU一趟一趟地跑腿。我刚开始接触STM32时，总觉得DMA是个黑盒子，配置起来心里没底。后来做项目踩了几次坑，才慢慢摸清楚它的脾气。

这一章，咱们就把DMA的底裤扒干净。从请求映射到通道配置，从Normal模式到Circular模式，再到FIFO和突发传输，一个一个说清楚。

4.1 DMA1与DMA2：谁管谁？

STM32里通常有两个DMA控制器：DMA1和DMA2。它们不是平起平坐的，分工很明确。

特性	DMA1	DMA2
挂载总线	AHB1（低速总线）	AHB2（高速总线）
通道数	7个通道	5个通道
主要服务外设	USART1/2/3、SPI1/2、I2C1/2、ADC1、TIM2/3/4等	USART4/5/6、SPI3/4、I2C3、SDIO、DCMI、TIM1/8等
支持突发传输	部分通道支持	全部通道支持

你看，DMA2挂载在高速总线上，服务的是高速外设。我做过一个项目，用DMA2配合SDIO读写SD卡，速度明显比DMA1快一截。所以，如果你的项目里有高速外设，优先考虑DMA2。

4.2 请求映射：谁找谁？

每个DMA通道可以响应多个外设的请求，但同一时间只能服务一个。这个映射关系是固定的，不是你想怎么配就怎么配。

举个例子，USART1的发送请求，只能映射到DMA1的通道4。USART1的接收请求，只能映射到DMA1的通道5。这个在参考手册的“DMA request mapping”表格里写得清清楚楚。

我见过有人把USART1的发送配到了DMA1通道3，折腾了半天数据就是发不出去。后来一查手册，通道3是TIM2的，根本不是USART1的。嗯，这种低级错误，犯一次就记住了。

4.3 通道配置：七个参数，一个都不能少

配置一个DMA通道，需要设置七个关键参数。我习惯把它们分成三组：

• 源和目标：外设地址、存储器地址、数据宽度（字节/半字/字）
• 传输控制：传输数量、传输模式（Normal/Circular）
• 优先级：低/中/高/非常高

代码示例，以USART1发送为例：

// 配置DMA1通道4用于USART1发送
DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;

// 1. 使能DMA1时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);

// 2. 配置通道参数
DMA_InitStruct.DMA_Channel = DMA_Channel_4;          // USART1_TX固定通道4
DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR;  // 外设地址
DMA_InitStruct.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)tx_buffer;       // 内存地址
DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;            // 方向：内存到外设
DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = 256;                            // 传输数据量
DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;   // 外设地址不递增
DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;            // 内存地址递增
DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;  // 8位数据
DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;         // 8位数据
DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;                      // 普通模式
DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;                // 高优先级
DMA_InitStruct.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;             // 直通模式
DMA_InitStruct.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;  // FIFO阈值
DMA_InitStruct.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;        // 单次传输
DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;

DMA_Init(DMA1_Stream4, &DMA_InitStruct);

4.4 Normal模式 vs Circular模式

这两个模式，是DMA传输的核心区别。选错了，你的系统可能直接崩掉。

特性	Normal模式	Circular模式
传输完成后	停止，需要重新使能	自动从头开始
适用场景	一次性数据传输（如发送一帧数据）	连续数据流（如ADC连续采样、音频播放）
中断触发	传输完成中断只触发一次	每次循环完成都触发中断
内存地址	递增到末尾后停止	递增到末尾后回到起始地址

Normal模式很好理解，就是一次性的。比如你要通过串口发送一包数据，发完就完事了。这时候用Normal模式，配合传输完成中断，在中断里做后续处理。

Circular模式就有点意思了。它像一个环形缓冲区，数据源源不断地往里填。我做过一个音频采集项目，ADC以48kHz采样率连续采集数据，用Circular模式配合双缓冲，数据永远不会丢。

4.5 FIFO与突发传输：性能加速器

FIFO和突发传输，是DMA性能调优的两把利器。但用不好，反而会拖慢系统。

FIFO（先进先出缓冲器）：每个DMA流都有一个4级深度的FIFO。它的作用是缓存数据，让DMA可以批量处理。FIFO有四个阈值可选：1/4、1/2、3/4、满。

突发传输（Burst Transfer）：一次请求传输多个数据，而不是一个。突发长度可以是4、8、16个节拍。

这两个东西是配合使用的。FIFO满了之后，DMA发起一次突发传输，把FIFO里的数据一口气搬走。这样能减少总线仲裁的次数，提高传输效率。

我举个例子，你想想看：

• 没有FIFO和突发：每次传输1个字节，需要1次总线请求。传输256字节，需要256次请求。
• 有FIFO和突发：FIFO阈值设为1/2（2级），突发长度设为4。每次突发传输4个字节，只需要64次请求。

效率提升了4倍。这就是性能调优的价值。

4.6 知识结构图：DMA控制器全景

下面这张图，把DMA控制器的核心逻辑串起来了。从请求映射到通道配置，再到传输模式和FIFO/突发，一目了然。

4.7 避坑指南：我踩过的那些坑

做DMA调优这几年，我踩过不少坑。挑几个典型的说说：

• 坑一：忘记使能DMA时钟。配置了半天，DMA根本不工作。检查时钟使能，这是第一步。
• 坑二：外设地址写错了。USART的数据寄存器是DR，不是SR。我见过有人把状态寄存器的地址填进去，结果数据全乱了。
• 坑三：传输数量没减1。DMA的传输数量寄存器是实际数量减1。比如要传256个字节，填255。这个坑在STM32F1系列上特别常见。
• 坑四：中断标志没清除。传输完成中断触发后，一定要在中断服务函数里清除标志位。否则会一直进中断，系统卡死。
• 坑五：Circular模式下缓冲区溢出。处理速度跟不上DMA传输速度，数据被覆盖。解决方案是使用双缓冲，或者提高中断处理效率。