Таблица 4: Отображение каналов/запросов к DMA в микроконтроллере STM32L053

9.2. Модуль HAL_DMA

После долгих разговоров пришло время начать писать код.

Строго говоря, программирование контроллера DMA довольно простое, особенно если понятно, как контроллер DMA работает с теоретической точки зрения. Кроме того, CubeHAL предназначен для абстрагирования большинства базовых аппаратных подробностей.

Все функции HAL, связанные с манипулированием DMA, спроектированы таким образом, что они принимают в качестве первого параметра экземпляр структуры Си DMA_HandleTypeDef. Эта структура немного отличается от HAL CubeF2/F4/F7 и других CubeHAL из-за другой реализации контроллера DMA, как было показано в предыдущих параграфах. По этой причине мы покажем их отдельно.

9.2.1. DMA_HandleTypeDef в HAL для F0/F1/F3/L0/L1/L4

Структура DMA_HandleTypeDef определена в HAL CubeF0/F1/F3/L1 следующим образом:

Давайте более подробно рассмотрим наиболее важные поля данной структуры.

•Instance (экземпляр): это указатель на дескриптор пары DMA/канал, который мы

будем использовать. Например, DMA1_Channel5 обозначает пятый канал DMA1. Помните, что каналы связаны с периферийными устройствами во время проектирования микроконтроллера, поэтому обратитесь к техническому описанию вашего микроконтроллера, чтобы узнать канал, связанный с периферийным устройством, которое вы хотите использовать в режиме DMA.

•Init: является экземпляром структуры Си DMA_InitTypeDef, которая используется

для конфигурации пары DMA/канал. Мы рассмотрим ее более подробно в ближайшее время.

•Parent (родитель): данный указатель используется HAL для отслеживания пери-

ферийных дескрипторов, связанных с текущей парой DMA/канал. Например, если мы используем UART в режиме DMA, это поле будет указывать на экземпляр UART_HandleTypeDef. Скоро мы увидим, как периферийные дескрипторы «связаны» с этим полем.

•XferCpltCallback, XferHalfCpltCallback, XferErrorCallback: это указатели на функ-

ции, используемые в качестве обратных вызовов для осведомления пользовательского кода о том, что передача через DMA завершена, завершена наполовину или произошла ошибка. Они автоматически вызываются HAL при срабатывании прерываний DMA функцией HAL_DMA_IRQHandler(), как мы увидим далее.

Все действия по конфигурации DMA/канал выполняются с использованием экземпляра структуры Си DMA_InitTypeDef, которая определена следующим образом:

typedef struct { uint32_t Direction; uint32_t PeriphInc; uint32_t MemInc;

uint32_t PeriphDataAlignment; uint32_t MemDataAlignment; uint32_t Mode;

uint32_t Priority; } DMA_InitTypeDef;

•Direction: задает направление передачи через DMA и может принимать одно из

значений, указанных в таблице 5.

•PeriphInc: как было сказано в предыдущих параграфах, контроллер DMA имеет

один периферийный порт, используемый для указания адреса периферийного регистра, участвующего в передаче памяти (например, для интерфейса UART адрес его Регистра данных (Data Register, DR)). Поскольку передача памяти через DMA обычно включает в себя несколько байт, DMA может быть запрограммирован на автоматическое увеличение периферийного регистра для каждого переданного байта. Это справедливо как для передачи типа память-в-память, так и для периферийных устройств, предоставляющих байтовую, полусловную и пословную адресации (как внешняя память SRAM). В этом случае поле принимает значение

DMA_PINC_ENABLE, в противном случае DMA_PINC_DISABLE.

•MemInc: это поле имеет то же значение, что и поле PeriphInc, но оно предполагает

порт памяти. Может принимать значение DMA_MINC_ENABLE, чтобы обозначить, что указанный адрес памяти должен увеличиваться после каждого переданного байта, или значение DMA_MINC_DISABLE, чтобы оставлять его неизменным после каждой передачи.

•PeriphDataAlignment: размеры передаваемых данных периферийного устройства и памяти полностью программируются через это поле и следующее. Оно может принимать значение из таблицы 6. Контроллер DMA спроектирован так, чтобы автоматически выполнять выравнивание данных (упаковку/распаковку) при различии в размерах данных источника и пункта назначения. Эта тема выходит за рамки данной книги. Пожалуйста, обратитесь к справочному руководству по вашему микроконтроллеру.

•MemDataAlignment: задает размер данных, передаваемых из памяти, и может при-

нимать значение из таблицы 7.

•Mode: контроллер DMA в микроконтроллерах STM32 имеет два режима работы:

DMA_NORMAL и DMA_CIRCULAR. В обычном режиме (normal mode) DMA отправляет ука-

занный объем данных из источника в порт назначения и останавливает транзакции. Он должен быть снова переподготовлен, чтобы сделать еще одну передачу. В циклическом режиме (circular mode) в конце передачи он автоматически сбрасывает счетчик передачи и начинает передачу снова с первого байта буфера источника (то есть он рассматривает буфер источника как кольцевой буфер). Данный режим также называется непрерывным режимом (continuous mode), и это единственный способ достичь действительно высокой скорости передачи в некоторых периферийных устройствах (например, высокоскоростных устройствах SPI).

•Priority: еще одна важная особенность контроллера DMA – способность назна-

чать приоритеты каждому каналу, чтобы управлять одновременными запросами. Это поле может принимать значение из таблицы 8. В случае одновременных запросов от периферийных устройств, подключенных к каналам с одинаковым приоритетом, сначала срабатывает канал с меньшим порядковым номером.

•Direction: задает направление передачи DMA и может принимать одно из значе-

ний, указанных в таблице 5.

•PeriphInc: как было сказано в предыдущих параграфах, контроллер DMA имеет

один периферийный порт, используемый для указания адреса периферийного регистра, участвующего в передаче памяти (например, для интерфейса UART адрес его Регистра данных (Data Register, DR)). Поскольку передача памяти через DMA обычно включает в себя несколько байт, DMA может быть запрограммирован на автоматическое увеличение периферийного регистра для каждого переданного байта. Это справедливо как для передачи типа память-в-память, так и для периферийных устройств, предоставляющих байтовую, полусловную и пословную адресации (как внешняя память SRAM). В этом случае поле принимает значение

DMA_PINC_ENABLE, в противном случае DMA_PINC_DISABLE.

•MemInc: это поле имеет то же значение, что и поле PeriphInc, но оно предполагает

порт памяти. Может принимать значение DMA_MINC_ENABLE, чтобы обозначить, что указанный адрес памяти должен увеличиваться после каждого переданного байта, или значение DMA_MINC_DISABLE, чтобы оставлять его неизменным после каждой передачи.

•PeriphDataAlignment: размеры передаваемых данных периферийного устройства и памяти полностью программируются через это поле и следующее. Оно может принимать значение из таблицы 6. Контроллер DMA спроектирован так, чтобы автоматически выполнять выравнивание данных (упаковку/распаковку) при различии в размерах данных источника и пункта назначения. Эта тема выходит за рамки данной книги. Пожалуйста, обратитесь к справочному руководству по вашему микроконтроллеру.

•MemDataAlignment: задает размер данных, передаваемых из памяти, и может при-

нимать значение из таблицы 7.

•Mode: контроллер DMA в микроконтроллерах STM32 имеет два режима работы:

DMA_NORMAL и DMA_CIRCULAR. В обычном режиме (normal mode) DMA отправляет ука-

занный объем данных из источника в порт назначения и останавливает транзакции. Он должен быть снова переподготовлен, чтобы сделать еще одну передачу. В циклическом режиме (circular mode) в конце передачи он автоматически сбрасывает счетчик передачи и начинает передачу снова с первого байта буфера источника (то есть он рассматривает буфер источника как кольцевой буфер). Данный режим также называется непрерывным режимом (continuous mode), и это единственный способ достичь действительно высокой скорости передачи в некоторых периферийных устройствах (например, высокоскоростных устройствах SPI).

•Priority: одна важная особенность контроллера DMA – способность назначать

приоритеты каждому потоку, чтобы управлять одновременными запросами. Это поле может принимать значение из таблицы 8. В случае одновременных запросов от периферийных устройств, подключенных к потокам с одинаковым приоритетом, сначала запускается поток с меньшим порядковым номером.

•FIFOMode: используется для включения/отключения в DMA режима FIFO при по-

мощи макросов DMA_FIFOMODE_ENABLE/DMA_FIFOMODE_DISABLE. В микроконтроллерах

STM32F2/F4/F7 каждый поток имеет независимый буфер FIFO из 4 слов (4*32 бита). Буфер FIFO используется для временного хранения данных, поступающих от источника, до их передачи в пункт назначения. При отключении используется прямой режим, англ. direct mode (это «обычный» режим, доступный в других микроконтроллерах STM32).

Режим FIFO предоставляет несколько преимуществ: он сокращает доступ к SRAM и, таким образом, дает больше времени другим ведущим устройствам для доступа к шинной матрице без дополнительного параллелизма; он позволяет программному обеспечению выполнять пакетные транзакции (burst transactions), которые оптимизируют пропускную способность передачи (подробнее об этом чуть позже); также он позволяет упаковывать/распаковывать данные для адаптации размеров данных источника и получателя без дополнительного доступа к DMA. Если в DMA включен режим FIFO, можно использовать упаковку/распаковку данных и/или режим пакетной передачи. Буфер FIFO автоматически очищается в соответствии с пороговым уровнем. Этот уровень конфигурируется программно в диапазонах 1/4, 1/2, 3/4 буфера или его полный размер.

•FIFOThreshold: задает пороговый уровень буфера FIFO и может принимать значе-

ние из таблицы 9.

•MemBurst: алгоритм планирования Round Robin управляет доступом к потоку DMA,

прежде чем он сможет передать последовательность байтов по шине AHB. Это «замедляет» операции передачи, и для некоторых высокоскоростных периферийных устройств это может стать узким местом. Пакетная передача позволяет потоку DMA неоднократно передавать данные, не проходя все этапы, необходимые для передачи каждого фрагмента данных в отдельной транзакции. Режим пакетной передачи (burst mode) работает в сочетании с буфером FIFO и ничего не говорит о количестве переданных байт. Он основан на конфигурации поля MemDataAlignment (когда мы выполняем передачу типа память-в-периферию). MemBurst указывает количество транзакций, выполненных потоком, и состоит из байтов, полуслов и слов в зависимости от конфигурации источника. Поле MemBurst может принимать одно из значений таблицы 10.

•PeriphBurst: это поле означает то же, что и предыдущее, но оно связано с переда-

чами типа периферия-в-память. Может принимать значение из таблицы 11.

Таблица 9: Доступные пороговые уровни FIFO

Таблица 11: Доступные режимы DMA пакетной передачи периферийных данных