STM32 DMA控制器架构：DMA1与DMA2的区别、数据流与通道、FIFO与直接模式
DMA这东西，说白了就是帮CPU干苦力的。CPU忙着跑主逻辑，你让它一边算数据一边搬数据，效率肯定打折扣。我刚开始用STM32的时候，总觉得DMA是个黑盒子，配置一堆寄存器，跑起来还容易出bug。后来摸透了它的架构，才发现其实没那么玄乎。
这一章，咱们就把DMA控制器的底裤扒开看看。DMA1和DMA2到底差在哪？数据流（Stream）和通道（Channel）是什么关系？FIFO模式和直接模式又该怎么选？搞懂这些，你写DMA驱动的时候心里就有谱了。
DMA1与DMA2：双核搬运工的分工
STM32的DMA控制器，在F4/H7系列里通常有两个：DMA1和DMA2。它们长得几乎一样，但服务的总线不同。
| 特性 | DMA1 | DMA2 |
|---|---|---|
| 挂载总线 | AHB1（低速外设总线） | AHB2（高速外设总线） |
| 服务对象 | ADC、SPI、I2C、USART、定时器 | DCMI（摄像头）、SDIO、以太网、高速SPI |
| 数据流数量 | 8条（Stream 0~7） | 8条（Stream 0~7） |
| 通道数量 | 每流8个通道 | 每流8个通道 |
| 优先级 | 软件可配4级 | 软件可配4级 |
你可能会问：为什么要有两个？其实很简单——避免总线冲突。DMA1走AHB1，DMA2走AHB2，两个总线矩阵是独立的。如果你的项目里同时有ADC采集和摄像头数据流，让ADC走DMA1、摄像头走DMA2，它们就不会抢总线带宽。
数据流（Stream）与通道（Channel）：一对多的映射关系
这是新手最容易搞混的地方。我刚开始学的时候，以为Stream和Channel是同一个东西，结果配置错了，数据死活传不过去。
数据流（Stream）：你可以把它想象成一条物理传输管道。每个DMA控制器有8条这样的管道（Stream 0~7）。每条管道有自己的FIFO、地址寄存器、传输计数器，是独立的硬件资源。
通道（Channel）：它是外设请求的编号。每个外设（比如USART1_TX、SPI2_RX）都有一个固定的通道号。通道号决定了这个外设的请求信号连接到哪条Stream。
关键来了：一条Stream可以响应多个通道的请求，但同一时间只能选一个通道。这就是所谓的“多对一”映射。
举个例子：
DMA2的Stream 0，可以响应通道0（SPI4_RX）、通道1（SPI1_RX）、通道2（SPI2_RX）……但你在初始化的时候，只能选其中一个。如果你想让SPI4_RX用Stream 0，那就把通道号设为0。
我整理了一张常用的映射表，你写代码的时候可以直接查：
| DMA控制器 | Stream编号 | 可用的通道（外设请求） |
|---|---|---|
| DMA1 | Stream 0 | CH0: SPI3_RX / CH1: I2C1_RX / CH2: TIM7_UP / ... |
| DMA1 | Stream 1 | CH0: SPI3_TX / CH1: I2C1_TX / CH2: TIM7_UP / ... |
| DMA2 | Stream 0 | CH0: SPI4_RX / CH1: SPI1_RX / CH2: SPI2_RX / ... |
| DMA2 | Stream 1 | CH0: SPI4_TX / CH1: SPI1_TX / CH2: SPI2_TX / ... |
FIFO与直接模式：两种传输策略
每条Stream内部都有一个4字（16字节）的FIFO。你可以选择用还是不用。
直接模式（Direct Mode）
说白了就是不经过FIFO，外设数据直接写到内存，或者内存数据直接送到外设。这种模式延迟最低，但要求外设和内存的数据宽度必须一致。比如外设是8位，内存也得是8位。
- 优点：延迟小，适合单次传输或小数据量。
- 缺点：不能做数据打包/解包，外设和内存宽度必须一致。
- 适用场景：USART发送单个字节、SPI单次读写。
FIFO模式
数据先攒到FIFO里，攒够了阈值（1/4、1/2、3/4或满）再一次性搬走。这种模式允许外设和内存的数据宽度不同，比如外设是8位，内存是32位，FIFO会自动帮你打包。
- 优点：减少总线访问次数，支持数据宽度转换，适合大数据块传输。
- 缺点：增加了延迟（要等FIFO攒够数据）。
- 适用场景：ADC多通道采集、DAC波形输出、SDIO读写。
DMA传输的完整流程
为了让你更直观地理解，我画了一张流程图：
整个流程其实就五步：外设请求 → 通道匹配 → Stream仲裁 → 模式选择 → 数据传输。每一步都有对应的寄存器配置，HAL库帮你封装好了，但理解底层逻辑能让你在出问题时快速定位。
HAL库中的DMA配置要点
在HAL库里，DMA的配置主要靠HAL_DMA_Init()函数。你需要填一个DMA_InitTypeDef结构体。我挑几个关键字段说说：
DMA_HandleTypeDef hdma;
hdma.Instance = DMA2_Stream0; // 选Stream
hdma.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0; // 选通道
hdma.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY; // 方向
hdma.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; // 外设地址不增
hdma.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; // 内存地址递增
hdma.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; // 外设8位
hdma.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD; // 内存32位
hdma.Init.Mode = DMA_NORMAL; // 普通模式（非循环）
hdma.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH; // 高优先级
hdma.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_ENABLE; // 开启FIFO
hdma.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_HALFFULL; // 1/2阈值
HAL_DMA_Init(&hdma);注意：当PeriphDataAlignment和MemDataAlignment不一致时，必须开启FIFO模式。否则HAL库会返回错误。我刚开始不知道这个限制，折腾了半天才发现是FIFO没开。
避坑指南：我踩过的三个DMA坑
- Stream冲突：两个外设用了同一条Stream，同时请求时数据错乱。解决方案：每个Stream只分配给一个外设。
- FIFO阈值设置不当：阈值设得太高（比如3/4），导致外设数据溢出。建议从1/2开始调。
- 中断优先级：DMA传输完成中断的优先级设得太低，导致CPU来不及处理，数据被覆盖。我一般把DMA中断优先级设到次高。