4. DMA 基础：直接存储器访问原理与核心配置

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是嵌入式系统中一项关键的硬件加速技术。它允许外设与存储器之间直接传输数据，而无需 CPU 的逐字节干预。在串口不定长接收场景中，DMA 能够将接收到的数据自动搬运到内存缓冲区，CPU 仅在空闲中断触发时才处理数据，从而大幅降低系统负载。

4.1 DMA 传输原理

DMA 控制器本质上是一个独立的总线主设备，它拥有自己的总线仲裁逻辑和地址生成单元。一次典型的 DMA 传输包含以下步骤：

1. 请求阶段： 外设（如 USART）产生 DMA 请求信号（例如 RXNE 寄存器非空）。
2. 仲裁阶段： DMA 控制器向总线矩阵发起总线访问请求，等待 CPU 释放总线控制权。
3. 传输阶段： DMA 从源地址读取数据，写入目标地址，同时更新传输计数器。
4. 完成阶段： 当传输计数器减至 0 时，DMA 产生传输完成中断（可选）。

4.2 传输方向

DMA 传输方向由 DIR 位控制，决定了数据流的源和目标。STM32 支持三种传输方向：

4.3 循环模式

循环模式（Circular Mode）是 DMA 的一项重要特性。当 DMA 传输计数器减至 0 时，自动将计数器重载为初始值，同时存储器地址指针回到起始位置，形成一个环形缓冲区。

4.4 增量模式

增量模式控制 DMA 传输过程中地址指针是否自动递增。STM32 的 DMA 控制器为源地址和目标地址分别提供了独立的增量使能位：

• PINC（外设增量模式）： 外设地址通常固定（如 USART->DR 寄存器），一般关闭。
• MINC（存储器增量模式）： 存储器地址需要递增以存储连续数据，必须开启。

4.5 DMA 配置代码示例

以下代码展示了 STM32 HAL 库中串口 DMA 接收的初始化配置：

// 定义 DMA 接收缓冲区
#define RX_BUF_SIZE  256
uint8_t rx_buffer[RX_BUF_SIZE];

// DMA 初始化句柄
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;

void MX_DMA_Init(void)
{
    __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

    hdma_usart1_rx.Instance = DMA1_Channel5;          // USART1_RX 使用 DMA1 通道5
    hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY; // 外设 → 存储器
    hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;     // 外设地址不增量
    hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;         // 存储器地址增量
    hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;  // 8位
    hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;     // 8位
    hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;               // 循环模式
    hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;

    HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx);

    // 将 DMA 句柄与 USART 关联
    __HAL_LINKDMA(&huart1, hdmarx, hdma_usart1_rx);
}

// 启动 DMA 接收（在 main 函数中调用）
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buffer, RX_BUF_SIZE);

4.6 三种模式对比总结