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简介
DMA，直接存储器存取(Direct Memory Access)用来提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。无须CPU干预，数据可以通过DMA快速地移动，这就节省了CPU的资源来做其他操作。
串口(uart)是一种低速的串行异步通信，适用于低速通信场景，通常使用波特率小于或等于115200bps。对于小于或者等于115200bps波特率的，而且数据量不大的通信场景，一般没必要使用DMA，或者说使用DMA并未能充分发挥出DMA的作用。
对于数量大，或者波特率提高时，必须使用DMA以释放CPU资源，因为高波特率可能带来这样的问题：
- 对于发送，使用循环发送，可能阻塞线程，需要消耗大量CPU资源“搬运”数据，浪费CPU
- 对于发送，使用中断发送，不会阻塞线程，但需浪费大量中断资源，CPU频繁响应中断；以115200bps波特率，1s传输（115200/10）字节，大约69us（网上找的，不理解）需响应一次中断，如波特率再提高，将消耗更多CPU资源
- 对于接收，如仍采用传统的中断模式接收，同样会因为频繁中断导致消耗大量CPU资源
因此，高波特率场景下，串口非常有必要使用DMA。
一、串口DMA的配置
本文使用指南者开发板来开发，在STM32F1中，有两个DMA控制器，共12个通道(DMA1有7个通道， DMA2有5个通道)，每个通道专门用来管理来自于一个或多个外设对存储器访问的请求。还有一个仲裁器来协调各个DMA请求的优先权。
1、DMA请求映像（基于DMA1）
本文使用到的是DMA1，所以列出以下DMA1通道，如有需要可以根据手册查看DMA2（例如要使用到串口1）。
2、开发环境
以下是本文使用到的串口DMA资源，使用的是串口2和DMA1的通道6、通道7。
| 外设 | 引脚 | DMA请求映像通道 | 备注 |
|---|---|---|---|
| UART2_TX | PA2 | DMA1通道7(DMA1_Channel7) | 内存-->外设的数据传输 |
| UART2_RX | PA3 | DMA1通道6(DMA1_Channel6) | 外设-->内存的数据传输 |
- 内存-->外设，如uart、spi、i2c等总线发送数据过程
- 外设-->内存，如uart、spi、i2c等总线接收数据过程
3、初始化配置
（1） 变量与标志位：定义一个发送缓冲区，两个接收缓冲区，两个接收缓冲区是为了做双缓冲区，目的是为了防止后一次传输的数据覆盖前一次传输的数据，并且留出足够的时间让CPU处理缓冲区数据。
#define USART2_MAX_TX_LEN 500 //最大发送缓存字节数
#define USART2_MAX_RX_LEN 500 //最大接收缓存字节数
u8 USART2_TX_BUF[USART2_MAX_TX_LEN];//发送缓冲,最大USART2_MAX_TX_LEN字节
u8 u1rxbuf[USART2_MAX_RX_LEN]; //发送数据缓冲区1
u8 u2rxbuf[USART2_MAX_RX_LEN]; //发送数据缓冲区2
u8 switchbuf=0; //标记当前使用的是哪个缓冲区,0：使用u1rxbuf；1：使用u2rxbuf
u8 USART2_TX_FLAG=0; //USART2发送标志，启动发送时置1
u8 USART2_RX_FLAG=0; //USART2接收标志，启动接收时置1（2） 初始化串口GPIO外设、串口中断：
void UART2_Init(u32 baudrate)
{
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE); //使能USART2，GPIOA时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//UART2_TX GPIOA.2初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //PA.2
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //GPIO速率50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOA.2
//UART2_RX GPIOA.3初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; //PA.3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOA.3
//UART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate; //串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; //无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口2
//中断开启设置
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_IDLE, ENABLE); //开启检测串口空闲状态中断
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除USART2标志位
USART_Cmd(USART2, ENABLE); //使能串口2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn; //NVIC通道设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8; //抢占优先级8
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //响应优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化NVIC寄存器
DMA1_UART2_Init(); //DMA1_USART2初始化
}（3） 配置串口DMA外设、DMA_TX、DMA_RX中断：
static void DMA1_UART2_Init(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA1_Init;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE); //使能DMA1时钟
//DMA_USART2_RX USART2->RAM的数据传输（外设到内存）
DMA_DeInit(DMA1_Channel6); //将DMA的通道6寄存器重设为缺省值
DMA1_Init.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)(&USART2->DR); //启动传输前装入实际RAM地址
DMA1_Init.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)u1rxbuf; //设置接收缓冲区首地址
DMA1_Init.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //数据传输方向，从外设读取到内存
DMA1_Init.DMA_BufferSize = USART2_MAX_RX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA1_Init.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址寄存器不变
DMA1_Init.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存地址寄存器递增
DMA1_Init.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常模式
DMA1_Init.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA通道 x拥有高优先级
DMA1_Init.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
DMA_Init(DMA1_Channel6,&DMA1_Init); //对DMA通道6进行初始化
//DMA_USART2_TX RAM->USART2的数据传输（内存到外设）
DMA_DeInit(DMA1_Channel7); //将DMA的通道7寄存器重设为缺省值
DMA1_Init.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)(&USART2->DR); //启动传输前装入实际RAM地址
DMA1_Init.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)USART2_TX_BUF; //设置发送缓冲区首地址
DMA1_Init.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; //数据传输方向，从内存发送到外设
DMA1_Init.DMA_BufferSize = USART2_MAX_TX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA1_Init.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址寄存器不变
DMA1_Init.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存地址寄存器递增
DMA1_Init.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常模式
DMA1_Init.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA通道 x拥有高优先级
DMA1_Init.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
DMA_Init(DMA1_Channel7,&DMA1_Init); //对DMA通道7进行初始化
//DMA1通道6 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel6_IRQn; //NVIC通道设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3 ; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //子优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化NVIC寄存器
//DMA1通道7 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel7_IRQn; //NVIC通道设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3 ; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //子优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化NVIC寄存器
DMA_ITConfig(DMA1_Channel6,DMA_IT_TC,ENABLE); //开USART2 Rx DMA中断
DMA_ITConfig(DMA1_Channel7,DMA_IT_TC,ENABLE); //开USART2 Tx DMA中断
DMA_Cmd(DMA1_Channel6,ENABLE); //使DMA通道6停止工作 这里为什么需要使能？因为一开始需要使能才能接收到数据
DMA_Cmd(DMA1_Channel7,DISABLE); //使DMA通道7停止工作
USART_DMACmd(USART2, USART_DMAReq_Tx, ENABLE); //开启串口DMA发送
USART_DMACmd(USART2, USART_DMAReq_Rx, ENABLE); //开启串口DMA接收
}tips：
（1）在初始化中，我们告诉了DMA将数据从哪里搬到哪里（源地址—>目标地址）。 DMA会在合适的时机帮助我们进行内存搬运。等全部搬运完成，通过中断提醒我们。 注意：串口的中断优先级应低于串口DMA通道的中断优先级。
（2）配置串口UART2。这里开启了串口空闲中断，因为通常情况下我们是不知道接收数据的长度的，没有办法利用DMA传输完成标志位来判断是否完成接收，所以这里采用串口空闲中断来判断数据是否接收完成，接收完成了会进入串口空闲中断。
二、串口DMA的使用
1、串口发送数据
从上文可以看出，我们需要把DMA发送的DMA通道关掉，因为一打开DMA发送通道（DMA_Channel7）就会马上发送数据，在没必要发送数据的时候自然就是关闭的状态。
（1）使用数组形式发送
- 判断上一次发送数据是否完成，未完成就等待数据发送完成。有两种方法，一种是直接判断DMA传输完成标志位，另一种判断我们自己定义全局变量USART2_TX_FLAG是否置1，这里采用第二种方法。
- 设置要发送的缓冲区数据首地址和长度，使能DMA发送通道7
- DMA中断接收完成后清除中断标志位，然后再次失能DMA发送通道7，并把USART2_TX_FLAG置0；
//DMA 发送应用源码
void DMA_USART2_Tx_Data(u8 *buffer, u32 size)
{
while(USART2_TX_FLAG); //等待上一次发送完成（USART2_TX_FLAG为1即还在发送数据）
USART2_TX_FLAG=1; //USART2发送标志（启动发送）
DMA1_Channel7->CMAR = (uint32_t)buffer; //设置要发送的数据地址
DMA1_Channel7->CNDTR = size; //设置要发送的字节数目
DMA_Cmd(DMA1_Channel7, ENABLE); //开始DMA发送
}
//DMA1通道7中断
void DMA1_Channel7_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC7)!= RESET) //DMA接收完成标志
{
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC7); //清除中断标志
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除串口2的标志位
DMA_Cmd(DMA1_Channel7, DISABLE ); //关闭USART2 TX DMA1 所指示的通道
USART2_TX_FLAG=0; //USART2发送标志(关闭)
}
}（2）使用类printf发送
此方式基于数组形式，可以像printf一样发送打印信息。
#include "string.h"
#include <stdarg.h>
void USART2_printf(char *format, ...)
{
//VA_LIST 是在C语言中解决变参问题的一组宏，所在头文件：#include <stdarg.h>，用于获取不确定个数的参数。
va_list arg_ptr; //实例化可变长参数列表
while(USART2_TX_FLAG); //等待上一次发送完成（USART2_TX_FLAG为1即还在发送数据）
va_start(arg_ptr, format); //初始化可变参数列表，设置format为可变长列表的起始点（第一个元素）
// USART2_MAX_TX_LEN+1可接受的最大字符数(非字节数，UNICODE一个字符两个字节), 防止产生数组越界
vsnprintf((char*)USART2_TX_BUF, USART2_MAX_TX_LEN+1, format, arg_ptr); //从USART2_TX_BUF的首地址开始拼合，拼合format内容；USART2_MAX_TX_LEN+1限制长度，防止产生数组越界
va_end(arg_ptr); //注意必须关闭
DMA_USART2_Tx_Data(USART2_TX_BUF,strlen((const char*)USART2_TX_BUF)); //发送USART2_TX_BUF内容
}2、串口接收数据
（1）双缓冲区
应用场景：
如果接收中断间隔时间非常短（即发送数据帧的速率很快），MCU来不及处理此次接收到的数据，又产生中断，这时不能直接开启DMA通道，否则数据会被覆盖。
解决方式：
- 在重新开启接收DMA通道之前，将DMA_Rx_Buf缓冲区里面的数据复制到另外一个数组中，然后再开启DMA，然后马上处理复制出来的数据。
- 建立双缓冲，设置一个缓冲区标志（用来指示当前处在哪个缓冲区），每完成一次传输就通过重新配置DMA_MemoryBaseAddr的缓冲区地址，下次传输数据就会保存到新的缓冲区中，可以通过自定义缓存区标志来判断和切换，这样可以避免缓冲区数据来不及处理就被覆盖的情况，也能为处理数据留出更多地时间（指到下次传输完成）。
（2）定长数据
接收定长数据推荐直接使用DMA传输完成中断，只要DMA通道的DMA缓存的大小不变，每次缓存满了就会产生DMA传输完成中断，这样就能保住每次接收到的数据都是一样长度的。
采用了双缓冲的方式，这样就有足够的时间来处理数据，处理数据的时间为DMA通道重新开启到下一次中断产生（也就意味着处理数据的时间包括两次数据传输间的部分空闲时间+下次传输数据过程的时间）。
//处理DMA1 通道6的接收完成中断 （接收定长数据）
void DMA1_Channel6_IRQHandler(void)
{
u8 *p;
if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC6)!= RESET) //DMA接收完成标志
{
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC6); //清除中断标志
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除USART2标志位
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, DISABLE ); //关闭USART2 RX DMA1 所指示的通道
if(switchbuf) //之前用的u2rxbuf，切换为u1rxbuf
{
p=u2rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u1rxbuf; //切换为u1rxbuf缓冲区地址
switchbuf=0; //下一次切换为u2rxbuf
}else //之前用的u1rxbuf，切换为u2rxbuf
{
p=u1rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区 因为接收首地址已经设置为u1rxbuf，所以第一次就已经把数据存到u1rxbuf，p指向u1rxbuf的首地址
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u2rxbuf; //切换为u2rxbuf缓冲区地址
switchbuf=1; //下一次切换为u1rxbuf
}
DMA1_Channel6->CNDTR = USART2_MAX_RX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, ENABLE); //使能USART2 RX DMA1 所指示的通道
//******************↓↓↓↓↓这里作数据处理↓↓↓↓↓******************//
DMA_USART2_Tx_Data(p,USART2_MAX_RX_LEN);
//******************↑↑↑↑↑这里作数据处理↑↑↑↑↑******************//
}
}（3）不定长数据
串口接收完成进入空闲中断，清除中断空闲标志位，使能DMA接收通道，（总缓冲区大小-剩余缓冲区大小）得出数据长度，切换双缓冲区的buff，还原DMA通道缓冲区的大小，使能DMA通道，作数据处理，清除USART2_ORE标志位
//串口2中断函数（接收不定长数据）
void USART2_IRQHandler(void)
{
u8 *p;
u16 USART2_RX_LEN = 0; //接收数据长度
if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_IDLE) != RESET) //串口2空闲中断
{
USART_ReceiveData(USART2); //清除串口2空闲中断IDLE标志位 调用的时候会读取一次DR寄存器
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除USART2标志位 调用的时候会读取一次SR寄存器
// USART2->SR;
// USART2->DR;
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, DISABLE ); //关闭USART2 RX DMA1 所指示的通道
//总缓冲区大小-剩余缓冲区大小
USART2_RX_LEN = USART2_MAX_RX_LEN - DMA1_Channel6->CNDTR;//获得接收到的字节数
if(switchbuf) //之前用的u2rxbuf，切换为u1rxbuf
{
p=u2rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u1rxbuf; //切换为u1rxbuf缓冲区地址 DMA1_Channel6->CMAR寄存器指向u1rxbuf，将在该起始地址存入数据
switchbuf=0; //下一次切换为u2rxbuf
}else //之前用的u1rxbuf，切换为u2rxbuf
{
p=u1rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区 因为接收首地址已经设置为u1rxbuf，所以第一次就已经把数据存到u1rxbuf，p指向u1rxbuf的首地址
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u2rxbuf; //切换为u2rxbuf缓冲区地址
switchbuf=1; //下一次切换为u1rxbuf
}
// DMA_Cmd(DMA1_Channel6, DISABLE);
DMA1_Channel6->CNDTR = USART2_MAX_RX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, ENABLE); //使能USART2 RX DMA1 所指示的通道
//******************↓↓↓↓↓这里作数据处理↓↓↓↓↓******************//
DMA_USART2_Tx_Data(p,USART2_RX_LEN);
//******************↑↑↑↑↑这里作数据处理↑↑↑↑↑******************//
}
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_ORE); //清除USART2_ORE标志位 清除溢出中断标志位
}注意：
1、USART_ReceiveData(USART2); //清除串口2空闲中断IDLE标志位
为什么不用USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_IDLE); 清除串口空闲中断标志位？
如果要清除空闲中断就必须读一次串口，使用USART_ReceiveData库函数读一次串口即可。或者直接读取状态寄存器USART2->SR即可。
2、双缓冲区的buff需要结合首地址和长度来取出数据，不注意长度会导致取出不正确的数据
3、关于数据处理部分，可采用链表、全局变量、结构体引出，在进程中解析，若使用操作系统，可在中断中采用二值信号量的方式同步数据。
三、寄存器说明
DMA1_Channelx->CMAR：存储器地址寄存器
DMA1_Channelx->CNDTR：传输数量寄存器
| DMA_IT 值 | 描述 |
|---|---|
| DMA_IT_TC | 传输完成中断屏蔽 |
| DMA_IT_HT | 传输过半中断屏蔽 |
| DMA_IT_TE | 传输错误中断屏蔽 |
引用和源码
1、STM32 | DMA配置和使用如此简单（超详细）_tc3xx dma数据错位-CSDN博客，该文章详细讲述了关于DMA的配置和使用场景。
2、Gitee（本人）源码下载：USART · RONG/STM32_CODE - 码云 - 开源中国。