引言

在嵌入式开发中，日志存储常因 Flash 擦写耗时而被诟病。STM32H7 系列（如 H743/H750）内置了 MDMA（Master DMA）和双 Bank Flash，通过巧妙设计，可以让数据搬运（内存→Flash）与 CPU 执行完全解耦，甚至实现双 Bank 交替写入，消除擦除等待。本文面向有 STM32 基础的开发者，深入讲解如何利用 MDMA 与双 Bank 实现零等待日志存储。

原理剖析

1. 为什么需要 MDMA？

传统 DMA 只能在外设与内存间搬运，而 MDMA 支持内存到内存、内存到外设，且具备 64 位带宽、4KB 突发传输和链表模式。在日志场景中，CPU 只需将日志数据写入 RAM 缓冲区，MDMA 自动将其搬运至 Flash 编程地址，CPU 可继续执行其他任务，实现“零等待”写入。

2. 双 Bank Flash 的优势

STM32H7 的 Flash 分为两个 Bank（Bank1 和 Bank2），每个 Bank 可独立擦除/编程。当 Bank1 正在擦除时，MDMA 可向 Bank2 写入数据；反之亦然。通过交替使用两个 Bank，擦除操作被隐藏，日志写入看似连续无延迟。

3. 并行搬运机制

MDMA 链表：将多个传输块链接，每个块对应一个 Bank 的写入任务。
中断同步：MDMA 传输完成中断触发 Flash 编程，编程完成中断切换 Bank。
双缓冲：RAM 中设置两个缓冲区，一个用于 CPU 写入日志，另一个用于 MDMA 读取搬运。

硬件与软件准备

硬件：STM32H743 开发板（或 H750），外部晶振 25MHz。
软件：STM32CubeIDE 1.13+，HAL 库。
配置：启用 MDMA、Flash 双 Bank 模式（需注意 H7 的 Flash 选项字节）。

配置步骤

1. 使能 MDMA 时钟并配置

在 CubeMX 中，选择 MDMA，添加一个通道，配置如下：

传输方向：内存到内存
数据宽度：32 位（或 64 位）
突发大小：4 或 8（提高效率）
循环模式：禁用（使用链表）
中断：传输完成中断使能

2. 配置 Flash 双 Bank 模式

H7 默认工作在单 Bank 模式。需通过选项字节将 Flash 配置为双 Bank 模式（DBANK=1）。在代码中可调用 HAL_FLASH_OB_Unlock() 和 HAL_FLASH_OB_Launch() 实现，或直接在 CubeMX 中设置。

3. 编写 MDMA 链表配置

// 定义 MDMA 节点结构体
MDMA_LinkNodeTypeDef Node1, Node2;

void MDMA_Config(void)
{
    // 初始化 MDMA 句柄
    hmdma.Init.Request = MDMA_REQUEST_SW;
    hmdma.Init.TransferTriggerMode = MDMA_BLOCK_TRANSFER;
    hmdma.Init.Priority = MDMA_PRIORITY_HIGH;
    hmdma.Init.Endianness = MDMA_LITTLE_ENDIANNESS;
    hmdma.Init.SourceInc = MDMA_SRC_INC_WORD;
    hmdma.Init.DestInc = MDMA_DEST_INC_WORD;
    hmdma.Init.SourceDataSize = MDMA_SRC_DATASIZE_WORD;
    hmdma.Init.DestDataSize = MDMA_DEST_DATASIZE_WORD;
    hmdma.Init.DataAlignment = MDMA_DATAALIGN_PACK;
    hmdma.Init.BufferTransferLength = 1024; // 每次传输 1024 字
    hmdma.Init.SourceBurst = MDMA_SOURCE_BURST_4BEATS;
    hmdma.Init.DestBurst = MDMA_DEST_BURST_4BEATS;
    hmdma.Init.SourceBlockAddressOffset = 0;
    hmdma.Init.DestBlockAddressOffset = 0;
    HAL_MDMA_Init(&hmdma);

    // 配置链表节点
    Node1.SourceAddress = (uint32_t)buffer1;
    Node1.DestAddress = FLASH_BANK1_BASE;
    Node1.BlockDataLength = 1024;
    Node1.NextNodeAddress = (uint32_t)&Node2;

    Node2.SourceAddress = (uint32_t)buffer2;
    Node2.DestAddress = FLASH_BANK2_BASE;
    Node2.BlockDataLength = 1024;
    Node2.NextNodeAddress = 0; // 链表结束

    // 将链表链接到 MDMA
    HAL_MDMA_LinkNode(&hmdma, &Node1);
}

4. Flash 编程与 Bank 切换

// 擦除 Bank1 并等待完成
void EraseBank1(void)
{
    FLASH_EraseInitTypeDef erase;
    uint32_t error = 0;
    erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
    erase.Banks = FLASH_BANK_1;
    erase.Sector = 0;
    erase.NbSectors = 8;
    erase.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
    HAL_FLASH_Unlock();
    HAL_FLASHEx_Erase(&erase, &error);
    HAL_FLASH_Lock();
}

// 编程函数（由 MDMA 中断调用）
void FlashProgram(uint32_t dest, uint32_t *src, uint32_t size)
{
    HAL_FLASH_Unlock();
    for (uint32_t i = 0; i < size; i++) {
        HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, dest + i*4, src[i]);
    }
    HAL_FLASH_Lock();
}

5. 主循环与中断处理

volatile uint8_t bank_ready = 0;

void MDMA_IRQHandler(void)
{
    HAL_MDMA_IRQHandler(&hmdma);
}

void HAL_MDMA_XferCpltCallback(MDMA_HandleTypeDef *hmdma)
{
    // 根据当前使用的 Bank 切换
    if (current_bank == 1) {
        FlashProgram(FLASH_BANK2_BASE, buffer2, 1024);
        EraseBank1(); // 擦除 Bank1 为下次使用
        current_bank = 2;
    } else {
        FlashProgram(FLASH_BANK1_BASE, buffer1, 1024);
        EraseBank2();
        current_bank = 1;
    }
    bank_ready = 1;
}

int main(void)
{
    // 初始化...
    MDMA_Config();
    EraseBank1();
    EraseBank2();
    while (1) {
        // 等待缓冲区满
        if (log_ready) {
            HAL_MDMA_Start_IT(&hmdma, (uint32_t)buffer1, FLASH_BANK1_BASE, 1024);
            log_ready = 0;
        }
    }
}

完整代码示例

限于篇幅，以上为核心代码。完整工程可在 GitHub 获取（示例链接）。关键点：

使用双缓冲：buffer1 和 buffer2 交替。
MDMA 链表自动切换源/目的地址。
中断中执行 Flash 编程和 Bank 擦除。

注意事项

Flash 编程时间：H7 的 Flash 编程需要约 20-40us/字，MDMA 传输 1024 字约 10us，因此编程是瓶颈。务必确保 MDMA 传输完成后再编程，否则数据丢失。
Bank 擦除时间：擦除一个 Bank（1MB）约 1-2s，因此日志数据量不宜过大，建议每 Bank 存储 512KB 日志，交替使用。
缓存一致性：MDMA 访问 RAM 时，需确保 CPU 缓存已刷新（SCB_CleanDCache()），否则可能读到脏数据。
中断优先级：MDMA 中断应设为最高优先级，避免日志丢失。
双 Bank 配置：修改选项字节后需复位生效，且注意备份用户代码。

总结

通过 MDMA 与双 Bank Flash 的配合，STM32H7 实现了日志存储的“零等待”写入，CPU 几乎零开销。本文提供的方案可直接应用于工业数据记录、故障分析等场景。实际项目中，可根据日志大小调整缓冲区与链块数量，进一步优化性能。希望本文能帮助你解锁 H7 的极致存储能力！

STM32H7 零等待日志存储：MDMA 与双 Bank Flash 并行搬运实战

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