# 引言 在嵌入式系统中，外设数据（如 ADC 采样值、UART 接收帧）通常需要搬运到内存进行处理。传统方法依赖中断服务函数（ISR）逐次读取数据，但高频中断会严重占用 CPU 时间，尤其在 STM32H7 这类高性能 MCU 上，浪费了宝贵的处理能力。MDMA（Master DMA）是 STM32H7 特有的增强型 DMA，支持内存到内存、外设到内存的突发传输，并可独立于 CPU 运行。本文将介绍如何利用定时器触发 MDMA，实现外设到内存的零中断搬运，让 CPU 专注于核心算法。 # 原理剖析 ## MDMA 与常规 DMA 的区别 - 常规 DMA（如 DMA1/DMA2）主要面向外设与内存之间的传输，但每次传输需要 CPU 配置，且传输完成后通过中断通知 CPU。 - MDMA 是更高层次的 DMA 控制器，支持内存到内存、外设到内存，具有 16 字节突发传输、双缓冲、链表模式等高级功能，可独立完成复杂传输任务，且不占用 CPU 中断资源。 ## 定时器触发机制 STM32H7 的定时器（如 TIM1/TIM8）可以产生触发输出（TRGO），连接到 MDMA 的请求输入。当定时器计数达到设定值（如更新事件），会生成触发信号，MDMA 收到后自动启动一次传输。这种硬件联动无需 CPU 干预，实现了真正的零中断搬运。 ## 传输流程 1. 定时器配置为 PWM 模式或更新事件，产生固定频率的触发信号。 2. MDMA 配置为外设到内存模式，外设地址指向 ADC 数据寄存器，内存地址指向缓冲区。 3. 每次触发，MDMA 将外设数据搬运到内存，并自动递增内存地址。 4. 当传输计数完成后，MDMA 可配置为循环模式，持续搬运。 # 硬件与软件准备 - 硬件：STM32H743 开发板（如 NUCLEO-H743ZI2），外设使用 ADC1 的通道 0（PA0）模拟输入。 - 软件：STM32CubeIDE 1.13+，STM32CubeH7 固件库 V1.11+。 # 配置步骤（基于 CubeMX） ## 1. 定时器配置 - 选择 TIM1，时钟源为内部时钟（如 100MHz）。 - 设置预分频器（PSC）和自动重载寄存器（ARR）以产生 1kHz 触发频率： - PSC = 99（100MHz/100 = 1MHz） - ARR = 999（1MHz/1000 = 1kHz） - 在“Trigger Output (TRGO)”中选择“Update Event”。 ## 2. ADC 配置 - 启用 ADC1，选择通道 0，采样时间设为 32.5 周期。 - 将 ADC 设置为“Discontinuous Conversion Mode”或“Single Conversion”，并启用 DMA 请求（但实际由 MDMA 触发，ADC 的 DMA 请求可关闭）。 - 注意：ADC 的触发源选择“Timer 1 Trigger Out”，确保 ADC 与定时器同步。 ## 3. MDMA 配置 - 在“Connectivity”中找到 MDMA，添加一个 MDMA 通道。 - 请求源选择“TIM1_TRIG”，方向为“Peripheral to Memory”。 - 外设地址：&ADC1->DR，内存地址：自定义缓冲区（如 adc_buffer[256]）。 - 传输大小：半字（16位，ADC 数据为 12 位）。 - 突发大小：4 或 8 字节，提高效率。 - 循环模式：启用，以便连续搬运。 - 传输计数：256（缓冲区大小）。 ## 4. 生成代码 在 CubeMX 中生成初始化代码，然后添加用户逻辑。 # 完整代码示例 以下代码基于生成的工程，在 main.c 中添加关键部分。 ```c /* 缓冲区定义 */ #define BUFFER_SIZE 256 uint16_t adc_buffer[BUFFER_SIZE]; /* 用户代码区（在 main 函数中） */ int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_ADC1_Init(); MX_TIM1_Init(); MX_MDMA_Init(); /* 启动 ADC 和定时器 */ HAL_ADC_Start(&hadc1); HAL_TIM_Base_Start(&htim1); /* 启动 MDMA 传输，循环模式 */ HAL_MDMA_Start(&hmdma_mdma_channel0, (uint32_t)&ADC1->DR, (uint32_t)adc_buffer, BUFFER_SIZE); while (1) { // 主循环无需处理数据搬运，可执行其他任务 // 当需要处理数据时，检查缓冲区是否更新（例如通过标志） // 此处简单演示：每 100ms 打印缓冲区前 10 个值 HAL_Delay(100); for (int i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", adc_buffer[i]); } printf("\n"); } } ``` MDMA 初始化代码（由 CubeMX 生成，但需确认参数）： ```c void MX_MDMA_Init(void) { hmdma_mdma_channel0.Instance = MDMA_Channel0; hmdma_mdma_channel0.Init.Request = MDMA_REQUEST_TIM1_TRIG; hmdma_mdma_channel0.Init.TransferTriggerMode = MDMA_REPEAT_BLOCK_TRIGGER; // 每次触发传输一个块 hmdma_mdma_channel0.Init.Priority = MDMA_PRIORITY_HIGH; hmdma_mdma_channel0.Init.Endianness = MDMA_LITTLE_ENDIAN; hmdma_mdma_channel0.Init.SourceInc = MDMA_SRC_INC_FIXED; // 外设地址固定 hmdma_mdma_channel0.Init.DestinationInc = MDMA_DEST_INC_WORD; // 内存地址递增 hmdma_mdma_channel0.Init.SourceDataSize = MDMA_SRC_DATASIZE_HALFWORD; hmdma_mdma_channel0.Init.DestDataSize = MDMA_DEST_DATASIZE_HALFWORD; hmdma_mdma_channel0.Init.DataAlignment = MDMA_DATAALIGN_PACK; hmdma_mdma_channel0.Init.BufferTransferLength = BUFFER_SIZE; hmdma_mdma_channel0.Init.SourceBurst = MDMA_SOURCE_BURST_4BEATS; hmdma_mdma_channel0.Init.DestBurst = MDMA_DEST_BURST_4BEATS; hmdma_mdma_channel0.Init.SourceBlockAddressOffset = 0; hmdma_mdma_channel0.Init.DestBlockAddressOffset = 0; HAL_MDMA_Init(&hmdma_mdma_channel0); /* 关联 MDMA 到 ADC 和定时器 */ HAL_MDMA_ConfigTransfer(&hmdma_mdma_channel0, &sConfig); } ``` 注意：实际代码中，`sConfig` 需要根据需求配置，但 CubeMX 会生成完整结构。 # 注意事项 - **内存一致性**：MDMA 写入内存后，CPU 读取时需确保缓存一致性。在 STM32H7 上，若缓冲区位于可缓存区域（如 DTCM），需使用 `__DMB()` 或配置 MPU 为非缓存。推荐将缓冲区放在 AXI SRAM 并配置为强序。 - **触发频率与传输时间**：确保定时器触发频率低于 MDMA 完成一次传输的时间，否则数据可能丢失。例如，传输 256 个半字，突发 4 次，约需 64 个周期，远低于 1ms。 - **ADC 与定时器同步**：ADC 的触发源必须与 MDMA 的触发源一致，否则数据可能错位。本例中，ADC 由 TIM1_TRGO 触发，MDMA 也由 TIM1_TRGO 触发，但需注意时序：ADC 转换完成后，数据寄存器更新，MDMA 触发时读取到的是最新值。 - **循环模式下的缓冲区管理**：当缓冲区写满后，MDMA 自动回卷，可能覆盖旧数据。开发者需在合适时机处理数据，如使用双缓冲或半传输中断（但中断会破坏零中断特性，可考虑使用 DMA 的传输完成标志轮询）。 - **调试建议**：使用逻辑分析仪观察定时器触发信号和 MDMA 请求，确保时序正确。 # 总结 通过定时器与 MDMA 联动，STM32H7 实现了外设到内存的零中断搬运，极大降低了 CPU 负载。本文提供的配置和代码可直接应用于 ADC 连续采样等场景。开发者可根据实际需求调整触发源、缓冲区大小和传输模式，充分发挥 MDMA 的高效性能。