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

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。
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。
每次触发，MDMA 将外设数据搬运到内存，并自动递增内存地址。
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。

/* 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）：

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。

STM32H7 零中断搬运：MDMA 与定时器联动实现外设到内存的高效传输

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