Modul MCAL DMA

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

Ovládač MCAL (Dma_Lib)

Modul DMA poskytuje kompletnú abstrakciu na úrovni MCAL na konfiguráciu, riadenie a monitorovanie periférií DMA STM32. Podporuje plné riadenie smerovania DMA/DMAMUX, režimov prenosu, prerušení a konfigurácie na úrovni kanálov.

🧩 Prehľad architektúry

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

Aplikačný kód smie používať iba Dma_Port.h.

🔄 Architektúra 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
Prenosy Memory⇄Peripheral / Memory⇄Memory
Normálny a kruhový (circular) režim
Veľkosti prenosu 8/16/32 bitov
Inkrementácia adresy periférie a pamäte
Úrovne priority
Kompletný systém prerušení s používateľskými callbackmi
Smerovanie požiadaviek cez DMAMUX

📦 Zhrnutie verejného API

Kompletné API je dostupné v Dma_Port.h.

Zahŕňa:

Inicializáciu / predvolenú konfiguráciu
Štart/stop prenosu
Aktiváciu kanála
Smer / režim / inkrementácie
Adresy periférie a pamäte
Počet dát
Prioritu
Výber požiadavky periférie
Povolenie/zakázanie prerušení
Registráciu callbackov

⚙️ Konfiguračná štruktúra

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;

🧪 Príklad inicializácie

Príklad 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);

Príklad 2 — Pamäť do pamäte

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 príklady

🔵 Príklad A: Režim dvojitého buffera (Ping-Pong prenos RAM)

Režim dvojitého buffera umožňuje DMA automaticky striedať Buffer A a Buffer B
bez zastavenia prenosov. Je ideálny pre:

Spracovanie zvuku
Filtrovanie signálu
Zber dát v reálnom čase
Streamovanie bez kopírovania (zero-copy)

🧠 Ako to funguje:

DMA načíta dáta do BufferA
Keď sa spustí prerušenie half-transfer → CPU spracúva BufferA, kým DMA zapisuje do BufferB
Keď nastane udalosť transfer-complete → CPU spracúva BufferB, kým DMA zapisuje do BufferA

Príklad:

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);
}

🧩 Prípady použitia:

Prípad použitia	Prečo pomáha dvojitý buffer
Vstup audio kodeka	Súvislý záznam PCM
Streamovanie zo senzorov	Zaisťuje, že sa nestratia žiadne vzorky
Vzorkovanie spätnej väzby PWM	Deterministický zber
DSP v reálnom čase	Ping-pong buffery eliminujú oneskorenia pri kopírovaní

🟢 Príklad B: Kruhové vzorkovanie ADC (nepretržitá konverzia)

Kruhový režim DMA automaticky reštartuje prenos po dosiahnutí konca. Najlepšie sa hodí na nepretržité vzorkovanie ADC.

Príklad:

#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);
}

🧩 Prípady použitia:

Meranie prúdu na SMPS
Slučka FOC pri riadení motora
Vysokofrekvenčné vzorkovanie ADC
Logovanie senzorov bez zaťaženia CPU

🟣 Príklad C: Dvojkanálový režim SPI DMA TX/RX

SPI vyžaduje:

Jeden kanál DMA pre TX
Jeden kanál DMA pre RX

To umožňuje plne duplexné prenosy DMA.

Príklad:

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);
}

🧩 Prípady použitia:

Obnovovanie obrazovky cez SPI
Vysokorýchlostné senzory (IMU, gyroskop)
Čítanie/zápis pamäte Flash
Plne duplexná komunikácia (napr. ethernetový čip W5500)

📐 UML sekvenčný diagram – priebeh prenosu 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              |
     |----------------------------------->|
     |                 |                  |

🛠 Integrácia s CMake

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

target_include_directories(Dma_Lib PUBLIC .)

Použitie:

target_link_libraries(App PRIVATE Dma_Lib)

Licencia

Tento projekt je licencovaný pod licenciou Creative Commons Attribution–NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).

Toto dielo môžete slobodne používať, upravovať a zdieľať na nekomerčné účely, pokiaľ uvediete primeraný zdroj.

Úplné znenie podmienok nájdete v LICENSE.md alebo na creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0.

Autori

Mr.Nobody — embedbits.com

Príspevky sú vítané! Otvorte prosím pull request.

🧩 Prehľad architektúry​

🔄 Architektúra DMA → DMAMUX → PERIPH​

🚀 Vlastnosti​

📦 Zhrnutie verejného API

⚙️ Konfiguračná štruktúra

🧪 Príklad inicializácie

Príklad 1 — USART1 TX DMA​

Príklad 2 — Pamäť do pamäte​

🚀 Pokročilé príklady

🔵 Príklad A: Režim dvojitého buffera (Ping-Pong prenos RAM)​

🧠 Ako to funguje:​

Príklad:​

🧩 Prípady použitia:​

🟢 Príklad B: Kruhové vzorkovanie ADC (nepretržitá konverzia)​

Príklad:​

🧩 Prípady použitia:​

🟣 Príklad C: Dvojkanálový režim SPI DMA TX/RX​

Príklad:​

🧩 Prípady použitia:​

📐 UML sekvenčný diagram – priebeh prenosu DMA

🛠 Integrácia s CMake

Licencia​

Autori​

🧩 Prehľad architektúry

🔄 Architektúra DMA → DMAMUX → PERIPH

🚀 Vlastnosti

Príklad 1 — USART1 TX DMA

Príklad 2 — Pamäť do pamäte

🔵 Príklad A: Režim dvojitého buffera (Ping-Pong prenos RAM)

🧠 Ako to funguje:

Príklad:

🧩 Prípady použitia:

🟢 Príklad B: Kruhové vzorkovanie ADC (nepretržitá konverzia)

Príklad:

🧩 Prípady použitia:

🟣 Príklad C: Dvojkanálový režim SPI DMA TX/RX

Príklad:

🧩 Prípady použitia:

Licencia

Autori