📚 课程目录第3章 DMA传输模式详解

3. DMA传输模式详解：普通模式、循环模式、外设流控模式、直接模式与FIFO模式

DMA传输模式，说白了就是告诉DMA控制器「怎么搬数据、搬完一次怎么办」。选错了模式，轻则浪费带宽，重则数据错乱。我刚开始用F407时，就因为在循环模式里忘了清标志位，导致ADC采集的数据全是重复的旧值……嗯，从那以后我对每个模式都格外小心。

STM32F407的DMA支持5种传输模式，但别被数字吓到。它们其实可以分成两组：传输调度模式（普通、循环、外设流控）和数据通路模式（直接、FIFO）。咱们一个一个拆开讲。

3.1 传输调度模式

这组模式解决的是「什么时候启动传输、传输完成后怎么办」的问题。

3.1.1 普通模式（Normal Mode）

这是最基础的DMA模式。配置好源地址、目标地址、传输数量后，DMA收到一次请求就搬一次数据。搬完设定的数量后，DMA通道自动关闭，产生传输完成中断。

特点：

一次性的——搬完就停，需要软件重新使能才能再次启动
适合单次数据块传输，比如从Flash搬一段数据到SRAM
地址增量由硬件自动完成，但传输结束后地址寄存器恢复为初始值

我的习惯：普通模式常用于「一次性加载」场景。比如系统启动时，用DMA把字库从外部Flash搬到内部SRAM。搬完一次就够了，不需要循环。

3.1.2 循环模式（Circular Mode）

循环模式和普通模式最大的区别是：搬完一轮自动从头开始。传输计数器从设定值减到0后，自动重载为初始值，地址也回到配置时的起始地址。

这个模式在哪些场景下特别香？

ADC连续采集：ADC不断产生数据，DMA循环写入环形缓冲区
DAC波形输出：从内存循环读取波形数据送给DAC
串口接收缓冲：用循环缓冲区接收不定长数据

我曾经踩过的坑：循环模式下，如果CPU读取缓冲区的速度跟不上DMA写入速度，就会读到「半新半旧」的数据。解决方案是用「半传输中断」和「传输完成中断」来划分缓冲区，保证CPU只读「安全区」的数据。

3.1.3 外设流控模式（Peripheral Flow Control Mode）

这个模式比较特殊。普通模式和循环模式都是由DMA控制器决定传输节奏，但外设流控模式把控制权交给了外设。

什么意思呢？就是外设通过硬件握手信号告诉DMA：「我现在准备好了，你可以搬数据了」。DMA不再主动发起传输，而是被动等待外设的请求。

适用场景：

外设的数据产生速率不可预测，比如SDIO、以太网MAC
需要外设精确控制每次传输的时机
多通道DMA传输时，由外设仲裁优先级

关键区别：

特性	普通模式	循环模式	外设流控模式
传输完成后行为	关闭通道	自动重载	由外设决定
传输节奏控制者	DMA	DMA	外设
典型应用	单次数据搬移	连续数据流	SDIO、以太网
是否需要软件干预	每次传输完需要	不需要	由外设事件触发

3.2 数据通路模式

这组模式解决的是「数据从源到目标的路径怎么走」的问题。F407的DMA内部有一个4字（16字节）的FIFO，用不用这个FIFO，就是直接模式和FIFO模式的区别。

3.2.1 直接模式（Direct Mode）

直接模式下，DMA不使用内部FIFO。数据从源外设/内存直接送到目标外设/内存。每次传输请求，DMA只搬一次数据（数据宽度由配置决定）。

特点：

延迟最低——数据不经过FIFO缓冲
适合外设到内存的简单传输，比如UART接收一个字节就搬一个字节
对总线带宽占用比较「碎」，每次只搬少量数据

我建议：如果外设数据速率不高（比如UART、I2C），直接模式完全够用。没必要为了用FIFO而用FIFO，反而增加延迟。

3.2.2 FIFO模式（FIFO Mode）

FIFO模式下，DMA先把数据攒到内部FIFO里，攒到一定阈值（1/4、1/2、3/4或满）后，再一次性写入目标地址。

阈值配置：

FIFO阈值	触发写入条件	典型场景
1/4（4字节）	FIFO中有4字节时触发	低延迟要求
1/2（8字节）	FIFO中有8字节时触发	平衡模式
3/4（12字节）	FIFO中有12字节时触发	高总线利用率
满（16字节）	FIFO满时触发	批量传输

FIFO模式的好处：

减少总线占用次数——一次突发传输代替多次单次传输
支持数据宽度转换——比如源是8位，目标是32位，FIFO可以自动打包
降低CPU干预频率——FIFO满了才产生中断

我曾经犯过的错：有一次做音频采集，ADC输出16位数据，我配置了FIFO模式且阈值设为满。结果发现音频有「卡顿感」。后来分析才发现，FIFO满了才触发传输，导致数据到达目标缓冲区的时间不均匀。解决方案是把阈值降到1/4，牺牲一点总线效率，换来了平滑的数据流。

3.3 模式选择决策树

你可能会问：这么多模式，到底怎么选？我画了一张决策图，帮你快速定位。

3.4 模式组合实战

实际项目中，传输调度模式和数据通路模式是独立配置的。你可以组合出各种搭配。我列几个常用组合：

组合	配置	典型场景	注意事项
普通 + 直接	DMA_SxCR.CIRC=0, DMDIS=0	单次UART发送	传输完需重新使能
循环 + 直接	DMA_SxCR.CIRC=1, DMDIS=0	ADC连续采集	注意缓冲区半满中断
循环 + FIFO	DMA_SxCR.CIRC=1, DMDIS=1	音频数据流	FIFO阈值影响实时性
外设流控 + FIFO	DMA_SxCR.PFCTRL=1, DMDIS=1	SDIO多块读写	外设必须支持流控信号

配置代码示例（循环模式 + FIFO模式，用于ADC采集）：

// 使能DMA2时钟
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_DMA2EN;

// 等待DMA就绪
while(DMA2->LISR & DMA_LISR_TCIF0);

// 配置DMA2数据流0
DMA2_Stream0->CR = 0;  // 先清零

// 设置外设地址（ADC数据寄存器）
DMA2_Stream0->PAR = (uint32_t)&ADC1->DR;

// 设置内存地址（缓冲区）
DMA2_Stream0->M0AR = (uint32_t)adc_buffer;

// 设置传输数量
DMA2_Stream0->NDTR = BUFFER_SIZE;

// 配置控制寄存器
DMA2_Stream0->CR = (0 << DMA_SxCR_CHSEL_Pos)   // 通道0
    | (1 << DMA_SxCR_MBURST_Pos)               // 内存突发传输（4拍）
    | (1 << DMA_SxCR_PBURST_Pos)               // 外设突发传输（4拍）
    | (2 << DMA_SxCR_PL_Pos)                   // 优先级高
    | (1 << DMA_SxCR_MSIZE_Pos)                // 内存数据宽度16位
    | (0 << DMA_SxCR_PSIZE_Pos)                // 外设数据宽度8位
    | (1 << DMA_SxCR_MINC_Pos)                 // 内存地址递增
    | (0 << DMA_SxCR_PINC_Pos)                 // 外设地址固定
    | (1 << DMA_SxCR_CIRC_Pos)                 // 循环模式
    | (0 << DMA_SxCR_DIR_Pos)                  // 外设到内存
    | (1 << DMA_SxCR_PFCTRL_Pos)               // 外设流控模式
    | (3 << DMA_SxCR_FTH_Pos)                  // FIFO阈值：满
    | (1 << DMA_SxCR_DMDIS_Pos)                // 使能FIFO模式
    | (1 << DMA_SxCR_EN_Pos);                  // 使能DMA

我的调试经验：配置完DMA后，先别急着跑业务代码。先读一下DMA_SxCR的EN位确认使能成功，再读NDTR确认传输数量正确。这两个寄存器是DMA是否正常工作的「晴雨表」。

3.5 避坑指南

最后，我把这些年遇到的坑整理一下，你写代码时多留个心眼：

循环模式 + 中断：循环模式下，传输完成中断和半传输中断会反复触发。记得在中断服务函数里不要做耗时操作，否则会丢数据。
FIFO阈值与数据宽度：FIFO阈值必须大于等于源数据宽度。比如源是32位，阈值不能设为1/4（4字节），因为一次突发至少要搬4字节，但32位数据一次就是4字节，阈值设为1/4刚好触发一次传输，等于没用FIFO。
外设流控模式 + 普通模式：这两个模式可以组合，但要注意：外设流控模式下，传输完成由外设决定，普通模式的「传输完成自动关闭」可能不会按预期触发。
直接模式下的地址对齐：直接模式要求源地址和目标地址的数据宽度对齐。如果源是8位、目标是32位，必须用FIFO模式来做宽度转换。

嗯，模式就讲到这里。记住一句话：没有最好的模式，只有最合适的模式。根据你的外设特性、数据量和实时性要求来选，别盲目追求「高级」模式。