1. 课程导入

在嵌入式系统中，CPU 的主频提升往往带来功耗和成本的双重压力，而真正决定数据采集系统上限的，常常不是 CPU 算得多快，而是数据能不能"不经过 CPU"高效地搬运。STM32 的 DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）正是解决这一矛盾的关键外设。本课程围绕"DMA 与高性能采集"展开，从寄存器级原理讲到工程级实战，帮助你把 ADC、DMA、定时器、中断与内存组织成一个稳定、高速、低占用的采集链路。

一、学习目标

完成本课程后，你应当能够独立完成以下任务：

• 理解 DMA 的通道、请求、仲裁、传输方向与地址递增等核心机制，能读懂参考手册中的 DMA 框图与寄存器描述。
• 掌握 STM32 常见 DMA 控制器（如 DMA1/DMA2、BDMA、MDMA、GPDMA）的差异与选型依据。
• 能够配置 ADC + 定时器触发 + DMA 循环搬运，实现固定采样率、无 CPU 干预的连续采集。
• 能够使用双缓冲（Double Buffer）与半传输/传输完成中断，构建"采集—处理"流水线，避免数据覆盖与丢点。
• 能够定位 DMA 常见故障：不触发、只传一次、数据错位、溢出丢包、Cache 一致性问题等。
• 能够评估采集系统的吞吐量、延迟与 CPU 占用率，并据此优化缓冲区大小与中断策略。

二、核心概念

DMA 的本质是"外设与存储器之间的数据搬运工"。CPU 只需给出源地址、目的地址、传输数量和触发条件，DMA 控制器便在后台完成搬运，并在完成时通过中断或标志位通知 CPU。理解以下概念，是后续所有实验的基础。

三、整体框架

本课程按"原理—配置—实战—优化—排障"的路径推进。下图展示了从模拟信号到内存缓冲区的完整采集信号链，以及 DMA 在其中的位置：定时器产生精确触发，ADC 完成采样与转换，DMA 将结果搬入内存，CPU 只在半满/全满时介入处理。

四、典型场景与配置示例

以最常见的"定时器触发 ADC + DMA 循环采集"为例，初始化代码的核心结构如下。注意 DMA 配置中方向为外设到存储器、外设地址不递增、存储器地址递增、数据宽度 16 位、循环模式使能。

// 1. 定时器触发配置（以 TIM2 TRGO 为例）
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 84 - 1;        // 84MHz / 84 = 1MHz
htim2.Init.Period = 1000 - 1;         // 1MHz / 1000 = 1kHz 采样率
HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
TIM_MasterConfigTypeDef sMaster = {0};
sMaster.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE;
HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMaster);

// 2. ADC 配置为外部触发
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T2_TRGO;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;   // 由触发驱动
hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;

// 3. DMA 配置：外设 -> 内存，循环模式
hdma_adc1.Instance = DMA2_Stream0;
hdma_adc1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;
hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;   // 外设地址固定
hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;       // 内存地址递增
hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;            // 循环采集
HAL_DMA_Init(&hdma_adc1);
__HAL_LINKDMA(&hadc1, DMA_Handle, hdma_adc1);

// 4. 启动：DMA 先就绪，再启动定时器
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buf, BUF_LEN);
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

五、常见误区与复盘

• 误区一：认为 DMA 一定比中断快。DMA 的优势在于"不占用 CPU 搬运"，但单次传输延迟未必低于中断。高频率小数据量场景要综合评估。
• 误区二：忘记使能 DMA 时钟或中断。DMA1、DMA2 挂在不同总线，时钟未开时配置看似成功，实际毫无反应。
• 误区三：缓冲区太小导致覆盖。循环模式下，若 CPU 处理速度跟不上，旧数据会被新数据覆盖。应使用双缓冲并合理设置半满中断。
• 误区四：忽略 Cache 一致性。在带 D-Cache 的 H7 等系列上，DMA 写入内存后 CPU 可能读到旧值，需要配置 MPU 或执行 Cache 无效化操作。
• 误区五：外设地址递增误开。ADC 数据寄存器地址固定，若开启外设地址递增，第二次传输就会访问错误地址。