在之前的內(nèi)容里，我們使用過UART、SPI、I2C等接口進(jìn)行過數(shù)據(jù)傳輸，在處理通信數(shù)據(jù)時(shí)，幾乎都是在主程序或中斷服務(wù)程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存，這樣耗費(fèi)了大量的CPU時(shí)間。幸運(yùn)的是，微控制器的設(shè)計(jì)者也考慮到這個(gè)問題，設(shè)計(jì)出了DMA（Direct Memory Access，直接存儲(chǔ)器訪問）傳輸功能，使得數(shù)據(jù)可以從一個(gè)地址空間復(fù)制到另一個(gè)地址空間，而不經(jīng)過CPU，從而讓CPU專注在其他功能上。本期內(nèi)容我們以UART的DMA傳輸為例，簡(jiǎn)單介紹DMA的應(yīng)用方法。
系統(tǒng)環(huán)境

Windows?10-64bit
軟件平臺(tái)

NucleiStudio IDE 202102版或 PlatformIO IDECoolTer
硬件需求

RV-STAR開發(fā)板

TTL-USB串口轉(zhuǎn)換

DMA（直接內(nèi)存訪問）原理

DMA，全稱Direct Memory Access，即直接存儲(chǔ)器訪問。DMA傳輸將數(shù)據(jù)從一個(gè)地址空間復(fù)制到另外一個(gè)地址空間。傳輸動(dòng)作的初始化由CPU完成，而傳輸動(dòng)作本身由DMA控制器來實(shí)行。典型的例子就是移動(dòng)一個(gè)外部?jī)?nèi)存的區(qū)塊到芯片內(nèi)部更快的內(nèi)存區(qū)。DMA的方式并沒有讓處理器工作拖延，反而可以去處理其他的工作。DMA對(duì)于高效能嵌入式系統(tǒng)算法和網(wǎng)絡(luò)傳輸是很重要的。

在實(shí)現(xiàn)DMA傳輸時(shí)，是由DMA控制器直接掌管總線，因此，存在著一個(gè)總線控制權(quán)轉(zhuǎn)移問題。即DMA傳輸前，CPU要把總線控制權(quán)交給DMA控制器，而在結(jié)束DMA傳輸后，DMA控制器應(yīng)立即把總線控制權(quán)再交回給CPU。一個(gè)完整的DMA傳輸過程必須經(jīng)過DMA請(qǐng)求、DMA響應(yīng)、DMA傳輸、DMA結(jié)束4個(gè)步驟。

GD32VF103的DMA控制器

GD32VF103的DMA控制器有12個(gè)通道（DMA0有7個(gè)通道，DMA1有5個(gè)通道）。每個(gè)通道都是專門用來處理一個(gè)或多個(gè)外設(shè)的存儲(chǔ)器訪問請(qǐng)求的。DMA控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一個(gè)仲裁器，用來仲裁多個(gè)DMA請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)。

DMA控制器和RISC-V內(nèi)核共享系統(tǒng)總線，當(dāng)DMA和CPU訪問同樣的地址空間時(shí)，DMA訪問可能會(huì)阻擋CPU訪問系統(tǒng)總線幾個(gè)總線周期。總線矩陣中實(shí)現(xiàn)了循環(huán)仲裁算法來分配DMA與CPU的訪問權(quán)，它可以確保CPU得到至少一半的系統(tǒng)總線帶寬。

主要特征如下：

• 傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可編程配置，最大到65536

• 12個(gè)通道，并且每個(gè)通道都可配置（DMA0有7個(gè)通道，DMA1有5個(gè)通道）

• AHB和APB外設(shè)，片上閃存和SRAM都可以作為訪問的源端和目的端

• 每個(gè)通道連接固定的硬件DMA請(qǐng)求

• 支持軟件優(yōu)先級(jí)（低、中、高、極高）和硬件優(yōu)先級(jí)（通道號(hào)越低，優(yōu)先級(jí)越高）

• 存儲(chǔ)器和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸寬度可配置：字節(jié)，半字，字

• 存儲(chǔ)器和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸支持固定尋址和增量式尋址

• 支持循環(huán)傳輸模式

• 支持外設(shè)到存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器到外設(shè)，存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸

• 每個(gè)通道有3種類型的事件標(biāo)志和獨(dú)立的中斷

• 支持中斷的使能和清除

實(shí)驗(yàn)部分

原理部分已經(jīng)介紹過，DMA的工作過程比較簡(jiǎn)單，開發(fā)起來也比較容易，用戶只需要結(jié)合數(shù)據(jù)手冊(cè)，明確微控制器DMA通道和外設(shè)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，明確DMA的源地址、目的地址、數(shù)據(jù)寬度等信息，在開發(fā)時(shí)對(duì)DMA控制器和外設(shè)進(jìn)行相應(yīng)的使能和配置即可。

由于RV-STAR的USB串口（UART4）不支持DMA功能，本次的實(shí)驗(yàn)使用UART3進(jìn)行：首先使用串口的DMA發(fā)送功能，讓數(shù)據(jù)不經(jīng)CPU直接從內(nèi)存（txbuffer）傳輸?shù)酱诘陌l(fā)送端，然后使用串口的DMA接收功能接收10個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，保存到rxbuffer中，最后在主循環(huán)中（使用CPU）將rxbuffer接收到的數(shù)據(jù)再通過串口發(fā)送出去。

#include?"nuclei_sdk_hal.h"

uint8_t?rxbuffer[10];
uint8_t?txbuffer[] = "\nUART DMA receive and transmit example, please input 10 bytes:\n";
#define?ARRAYNUM(arr_name) (uint32_t)(sizeof(arr_name) / sizeof(*(arr_name)))

void?uart_init();
void?uart_send(int?ch);

int?main()
{
????dma_parameter_struct dma_init_struct;
????/* enable DMA1 */
????rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA1);
????/* initialize UART3 */
????uart_init();

????/* deinitialize DMA Channel4(UART3_TX) */
????dma_deinit(DMA1, DMA_CH4);
????dma_init_struct.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;
????dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)txbuffer;
????dma_init_struct.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
????dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;
????dma_init_struct.number = ARRAYNUM(txbuffer) - 1;
????dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)