2. DMA 基础回顾：工作原理、传输方向与模式
在深入串口 DMA 双缓冲实现之前，必须牢固掌握 DMA 的核心机制。DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）允许外设与存储器之间直接交换数据，无需 CPU 逐字节干预，是实现“零拷贝”连续采样的基石。
2.1 DMA 工作原理
DMA 控制器本质上是一个专用的硬件数据传输引擎。它拥有自己的总线接口，可以独立访问系统总线（AHB/APB）。当外设（如 USART）准备好数据时，它会向 DMA 控制器发送请求信号；DMA 控制器在获得总线控制权后，执行一次源地址到目的地址的数据搬运，完成后释放总线并通知 CPU（通过中断或标志位）。
核心优势：CPU 只需在 DMA 传输开始前配置好源地址、目的地址、数据长度和触发源，之后即可执行其他任务（如算法运算、显示刷新），传输过程完全由硬件自动完成。
2.2 传输方向
STM32 DMA 支持三种传输方向，对应不同的应用场景：
| 传输方向 | 源地址 | 目的地址 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 外设 → 存储器 | 外设数据寄存器 (USART->DR) | SRAM 缓冲区 | 串口接收、ADC 采样 |
| 存储器 → 外设 | SRAM 缓冲区 | 外设数据寄存器 (USART->DR) | 串口发送、DAC 输出 |
| 存储器 → 存储器 | SRAM 区域 A | SRAM 区域 B | 内存拷贝、数据搬移 |
提示：在串口连续采样场景中，我们主要使用 外设 → 存储器 方向。USART 接收到的每个字节都会自动触发 DMA 传输，将数据存入指定的缓冲区，CPU 完全不需要参与逐字节读取。
2.3 传输模式：单次 vs 循环
DMA 传输模式决定了传输完成后的行为，这是双缓冲设计的关键前提：
- 单次模式 (Normal)：DMA 传输完设定的数据量（如 100 字节）后自动停止，不再响应外设请求。需要软件重新使能才能再次启动。
- 循环模式 (Circular)：DMA 传输完设定的数据量后，自动将地址指针重置回起始地址，继续响应外设请求，形成环形缓冲区。这是实现连续不间断采样的基础。
2.4 DMA 请求与通道映射
每个外设的 DMA 请求都连接到 DMA 控制器的特定通道（Stream/Channel）。以 STM32F4 系列为例，DMA2 控制器负责处理 USART 的接收和发送请求：
| 外设 | DMA 控制器 | 通道 (Stream) | 请求类型 |
|---|---|---|---|
| USART1_RX | DMA2 | Stream 2 | 外设 → 存储器 |
| USART1_TX | DMA2 | Stream 7 | 存储器 → 外设 |
| USART2_RX | DMA1 | Stream 5 | 外设 → 存储器 |
| USART2_TX | DMA1 | Stream 6 | 存储器 → 外设 |
重要：不同 STM32 系列（F1/F4/G4/H7）的 DMA 通道映射差异很大。务必查阅对应型号的 参考手册 (Reference Manual) 中的 DMA 请求映射表，错误的通道配置会导致 DMA 无法响应外设请求。
2.5 关键配置参数总结
在初始化 DMA 时，以下参数必须正确设置，才能保证串口 DMA 正常工作：
- 源地址：外设数据寄存器地址（如 &USART1->DR）
- 目的地址：内存缓冲区地址（如 uint8_t rx_buffer[100]）
- 数据宽度：字节 (8-bit)、半字 (16-bit)、字 (32-bit)。串口通常使用字节。
- 传输数量：每次 DMA 传输的数据项个数（如 100 字节）
- 地址增量：外设地址固定（不增量），内存地址递增（增量）
- 传输模式：循环模式 (Circular) 用于连续采样
- 优先级：低、中、高、最高。多 DMA 通道同时工作时需合理分配。