Přeskočit na hlavní obsah

Modul MCAL DMA

Podporované rodiny STM32: G4
Nepodporované: H5, H7, L4, U5

Ovladač MCAL (Dma_Lib)

Modul DMA poskytuje kompletní abstrakci na úrovni MCAL pro konfiguraci, řízení a monitorování periferií DMA na STM32. Podporuje plné řízení směrování DMA/DMAMUX, režimů přenosu, přerušení a konfigurace na úrovni kanálů.


🧩 Přehled architektury​

Dma_Lib
├── Dma_Port.h
├── Dma_Types.h
├── Dma.c / Dma.h
└── Config/

Aplikační kód smí používat pouze Dma_Port.h.


🔄 Architektura DMA → DMAMUX → PERIPH​

+----------------------+
| Peripheral (e.g.) |
| USART, SPI, ADC... |
+----------+-----------+
|
| DMA Request (ID)
v
+--------+---------+
| DMAMUX |
|------------------|
| Request Routing |
| Channel Mapping |
+--------+---------+
|
| Routed DMA Request
v
+--------+---------+
| DMA |
|------------------|
| Channel Control |
| Transfer Config |
| Interrupt Logic |
+------------------+

🚀 Vlastnosti​

  • Podpora DMA1/DMA2
  • Přenosy Memory⇄Peripheral / Memory⇄Memory
  • Režimy Normal a Circular
  • Velikosti přenosu 8/16/32 bitů
  • Inkrementace adres periferie a paměti
  • Úrovně priority
  • Kompletní systém přerušení s uživatelskými callbacky
  • Směrování požadavků pomocí DMAMUX

📦 Přehled veřejného API

Kompletní API je k dispozici v Dma_Port.h.

Zahrnuje:

  • Inicializace / výchozí konfigurace
  • Start/stop přenosu
  • Aktivace kanálu
  • Směr / režim / inkrementace
  • Adresy periferie a paměti
  • Počet dat
  • Priorita
  • Výběr požadavku periferie
  • Povolení/zakázání přerušení
  • Registrace callbacků

⚙️ Konfigurační struktura

typedef struct
{
dma_PeriphId_t DmaPeriphId;
dma_ChannelId_t DmaChannel;
dma_Direction_t Direction;
dma_TransferMode_t TransferMode;
dma_PeriphAddr_t PeriphAddress;
dma_MemoryAddr_t MemoryAddress;
dma_PeriphAddrInc_t PeriphAddrIncrement;
dma_MemoryAddrInc_t MemoryAddrIncrement;
dma_PeriphTransferSize_t PeriphTransferSize;
dma_MemoryTransferSize_t MemoryTransferSize;
dma_DataCount_t DataCount;
dma_PeriphReqId_t PeripheralReqId;
dma_Priority_t Priority;
dma_IsrCallback TransferCompleteCallback;
dma_IsrCallback HalfTransferCallback;
dma_IsrCallback TransferErrorCallback;
} dma_ConfigStruct_t;

🧪 Příklad inicializace

Příklad 1 — USART1 TX DMA​

dma_ConfigStruct_t cfg;
Dma_Get_DefaultConfig(&cfg);

cfg.DmaPeriphId = DMA_PERIPH_1;
cfg.DmaChannel = DMA_CHANNEL_4;
cfg.Direction = DMA_DIR_MEMORY_TO_PERIPH;
cfg.TransferMode = DMA_TRANSFER_MODE_NORMAL;
cfg.PeriphAddress = (uint32_t)&USART1->TDR;
cfg.MemoryAddress = (uint32_t)txBuffer;
cfg.PeriphAddrIncrement = DMA_PERIPH_ADDR_STATIC;
cfg.MemoryAddrIncrement = DMA_MEMORY_ADDR_INCREMENT;
cfg.PeriphTransferSize = DMA_PERIPH_TRANSFER_SIZE_BYTE;
cfg.MemoryTransferSize = DMA_MEMORY_TRANSFER_SIZE_BYTE;
cfg.DataCount = TX_LEN;
cfg.PeripheralReqId = DMA_REQ_USART1_TX;
cfg.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;

cfg.TransferCompleteCallback = TxDone;
cfg.TransferErrorCallback = TxError;

Dma_Init(&cfg);

Příklad 2 — Memory to Memory​

dma_ConfigStruct_t cfg;
Dma_Get_DefaultConfig(&cfg);

cfg.DmaPeriphId = DMA_PERIPH_1;
cfg.DmaChannel = DMA_CHANNEL_1;
cfg.Direction = DMA_DIR_MEMORY_TO_MEMORY;
cfg.TransferMode = DMA_TRANSFER_MODE_NORMAL;
cfg.PeriphAddress = (uint32_t)src;
cfg.MemoryAddress = (uint32_t)dst;
cfg.DataCount = 256;
cfg.PeripheralReqId = DMA_REQ_MEM2MEM;

Dma_Init(&cfg);

🚀 Pokročilé příklady

🔵 Příklad A: Režim double buffer (přenos do RAM ping-pong)​

Režim double buffer umožňuje DMA automaticky střídat Buffer A a Buffer B
bez zastavení přenosů. Je ideální pro:

  • Zpracování zvuku
  • Filtrování signálu
  • Zachytávání dat v reálném čase
  • Streaming bez kopírování (zero-copy)

🧠 Jak to funguje:​

  • DMA načítá data do BufferA
  • Když se spustí přerušení po polovině přenosu → CPU zpracovává BufferA, zatímco DMA zapisuje do BufferB
  • Když nastane událost dokončení přenosu → CPU zpracovává BufferB, zatímco DMA zapisuje do BufferA

Příklad:​

uint16_t BufferA[128];
uint16_t BufferB[128];

void SetupDmaDoubleBuffer(void)
{
dma_ConfigStruct_t cfg;
Dma_Get_DefaultConfig(&cfg);

cfg.DmaPeriphId = DMA_PERIPH_1;
cfg.DmaChannel = DMA_CHANNEL_2;
cfg.Direction = DMA_DIR_PERIPH_TO_MEMORY;
cfg.TransferMode = DMA_TRANSFER_MODE_CIRCULAR;
cfg.PeriphAddress = (uint32_t)&ADC1->DR;
cfg.MemoryAddress = (uint32_t)BufferA;
cfg.DataCount = 128;
cfg.PeripheralReqId = DMA_REQ_ADC1;
cfg.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;

cfg.HalfTransferCallback = ProcessBufferA; // Called for Buffer A
cfg.TransferCompleteCallback = ProcessBufferB; // Called for Buffer B

Dma_Init(&cfg);

// Switch secondary buffer
LL_DMA_SetMemory2Address(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_2, (uint32_t)BufferB);
}

🧩 Případy použití:​

Případ použitíProč double buffer pomáhá
Vstup audio kodekuNepřetržité zachytávání PCM
Streamování ze senzorůZajišťuje, že se neztratí žádné vzorky
Vzorkování zpětné vazby PWMDeterministické získávání dat
DSP v reálném časePing-pong buffery eliminují zpoždění způsobená kopírováním

🟢 Příklad B: Cirkulární vzorkování ADC (nepřetržitý převod)​

Cirkulární režim DMA automaticky restartuje přenos, jakmile dosáhne konce. Nejvhodnější pro nepřetržité vzorkování ADC.

Příklad:​

#define ADC_BUF_SIZE 256
uint16_t AdcBuffer[ADC_BUF_SIZE];

void SetupCircularAdcDma(void)
{
dma_ConfigStruct_t cfg;
Dma_Get_DefaultConfig(&cfg);

cfg.DmaPeriphId = DMA_PERIPH_1;
cfg.DmaChannel = DMA_CHANNEL_1;
cfg.Direction = DMA_DIR_PERIPH_TO_MEMORY;
cfg.TransferMode = DMA_TRANSFER_MODE_CIRCULAR;
cfg.PeriphAddress = (uint32_t)&ADC1->DR;
cfg.MemoryAddress = (uint32_t)AdcBuffer;
cfg.DataCount = ADC_BUF_SIZE;
cfg.PeripheralReqId = DMA_REQ_ADC1;

cfg.HalfTransferCallback = OnAdcHalfFilled;
cfg.TransferCompleteCallback = OnAdcFilled;

Dma_Init(&cfg);
}

🧩 Případy použití:​

  • Měření proudu u SMPS
  • Smyčka FOC pro řízení motoru
  • Vysokofrekvenční vzorkování ADC
  • Logování ze senzorů bez zátěže CPU

🟣 Příklad C: Dvoukanálový režim SPI DMA TX/RX​

SPI vyžaduje:

  • Jeden kanál DMA pro TX
  • Jeden kanál DMA pro RX

To umožňuje plně duplexní přenosy přes DMA.

Příklad:​

uint8_t txData[64];
uint8_t rxData[64];

void SetupSpiDma(void)
{
dma_ConfigStruct_t txCfg, rxCfg;

// TX channel
Dma_Get_DefaultConfig(&txCfg);
txCfg.DmaPeriphId = DMA_PERIPH_1;
txCfg.DmaChannel = DMA_CHANNEL_3;
txCfg.Direction = DMA_DIR_MEMORY_TO_PERIPH;
txCfg.PeriphAddress = (uint32_t)&SPI1->DR;
txCfg.MemoryAddress = (uint32_t)txData;
txCfg.DataCount = sizeof(txData);
txCfg.PeripheralReqId = DMA_REQ_SPI1_TX;
txCfg.TransferCompleteCallback = OnSpiTxDone;

// RX channel
Dma_Get_DefaultConfig(&rxCfg);
rxCfg.DmaPeriphId = DMA_PERIPH_1;
rxCfg.DmaChannel = DMA_CHANNEL_2;
rxCfg.Direction = DMA_DIR_PERIPH_TO_MEMORY;
rxCfg.PeriphAddress = (uint32_t)&SPI1->DR;
rxCfg.MemoryAddress = (uint32_t)rxData;
rxCfg.DataCount = sizeof(rxData);
rxCfg.PeripheralReqId = DMA_REQ_SPI1_RX;
rxCfg.TransferCompleteCallback = OnSpiRxDone;

Dma_Init(&txCfg);
Dma_Init(&rxCfg);
}

🧩 Případy použití:​

  • Obnovování SPI displeje
  • Vysokorychlostní senzory (IMU, gyroskop)
  • Čtení/zápis paměti flash
  • Plně duplexní komunikace (např. ethernetový čip W5500)

📐 UML sekvenční diagram – průběh přenosu DMA

+---------+ +---------+ +------------+
| CPU | | DMAMUX | | DMA |
+---------+ +---------+ +------------+
| | |
| Configure DMA | |
|---------------->| |
| | Map Req → Ch |
| |----------------->|
| | |
| Enable Channel | |
|----------------------------------->|
| | |
| Transfer Starts |
|<-----------------------------------|
| | |
| Half Transfer Interrupt (HT) |
|<-----------------------------------|
| Process first half buffer |
|----------------------------------->|
| | |
| Transfer Complete Interrupt (TC) |
|<-----------------------------------|
| Process second buffer |
|----------------------------------->|
| | |

🛠 Integrace s CMake

add_library(Dma_Lib
Dma_Port.h
Dma_Types.h
Dma.c
Dma.h
)

target_include_directories(Dma_Lib PUBLIC .)

Použití:

target_link_libraries(App PRIVATE Dma_Lib)

Licence​

Tento projekt je licencován pod licencí Creative Commons Uveďte původ–Neužívejte komerčně 4.0 Mezinárodní (CC BY-NC 4.0).

Toto dílo můžete volně používat, upravovat a sdílet pro nekomerční účely za předpokladu, že uvedete odpovídající autorství.

Úplné podmínky najdete v LICENSE.md nebo navštivte creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0.


Autoři​

Příspěvky jsou vítány! Otevřete prosím pull request.