DMA - Direct Memory Access

O DMA (Direct Memory Access, ou Acesso Direto à Memória) no microcontrolador STM32F411CEU6 é um periférico projetado para transferir dados em alta velocidade entre memórias e periféricos sem a intervenção da CPU.

Para entender o impacto disso, pense na CPU como um professor altamente qualificado. Sem o DMA, cada byte que chega de uma leitura de sensor (SPI/I2C) ou que precisa ir para uma porta serial (UART) precisa ser pego pela CPU e movido manualmente. Se você estiver transferindo um buffer de 1 KB, a CPU ficará "ocupada" executando milhares de instruções apenas para mover dados.

Com o DMA, a CPU apenas configura a origem, o destino e o tamanho do pacote, e diz: "Transfira isso para mim". Enquanto o DMA move os dados em segundo plano, a CPU fica 100% livre para processar algoritmos pesados (como filtragem digital ou lógica de controle) ou pode entrar em modo de baixo consumo (Sleep).

Arquitetura do DMA no STM32F411

O STM32F411CEU6 possui 2 controladores DMA (DMA1 e DMA2). Cada controlador possui:

8 Streams (Canais de fluxo): Cada stream é totalmente independente e pode ser configurado para gerenciar transferências de dados.
8 Canais por Stream: Funciona como um multiplexador. Embora um stream tenha 8 canais de periféricos conectados a ele, apenas um canal pode estar ativo por vez naquele stream.

Diferença Crítica entre DMA1 e DMA2 no STM32F411:

DMA1: Está conectado ao barramento APB1 (periféricos de baixa velocidade). Ele não tem acesso à memória Flash interna. Portanto, o DMA1 não pode fazer transferências do tipo Memory-to-Memory (Memória para Memória). Ele faz apenas Peripheral-to-Memory e Memory-to-Peripheral.
DMA2: Está conectado ao barramento APB2 (periféricos de alta velocidade) e tem acesso à matriz de barramentos que alcança a Flash e a SRAM. Por isso, apenas o DMA2 pode realizar transferências Memória para Memória (por exemplo, copiar rapidamente uma array da Flash para a RAM).

Modos de Transferência Suportados

O DMA do STM32F411 é extremamente flexível e opera em três direções principais:

Peripheral-to-Memory (Periférico para Memória):

Exemplo: O ADC (Conversor Analógico-Digital) termina uma leitura e o DMA salva o resultado diretamente em uma array na SRAM.

Memory-to-Peripheral (Memória para Periférico):

Exemplo: Você tem um buffer de texto na RAM e o envia para a UART para transmissão serial sem travar o código.

Memory-to-Memory (Memória para Memória - Apenas DMA2):

Exemplo: Copiar blocos de dados ou inicializar buffers grandes instantaneamente.

Principais Recursos Técnicos

Modo Circular (Circular Mode): Ideal para buffers contínuos (como amostragem de áudio ou leitura constante de sensores). Quando o DMA chega ao fim do buffer de memória, ele reinicia automaticamente do topo, criando um Ring Buffer em hardware, sem precisar que a CPU reconfigure os ponteiros.
Double Buffer Mode (Modo de Buffer Duplo): O hardware alterna automaticamente entre dois buffers de memória. Enquanto o DMA está preenchendo o "Buffer A" com dados do periférico, a CPU pode ler e processar o "Buffer B" com total segurança, sem risco de corrupção de dados (race conditions).
Incremento Automático de Endereço: Você pode configurar o DMA para incrementar o ponteiro de memória a cada transferência (para preencher uma array) enquanto mantém o endereço do periférico estático (já que o registrador de dados do periférico, como USART_DR, está sempre no mesmo endereço de memória mapeada).
Tamanho do Dado Configurável: O DMA pode mover dados em tamanhos de Byte (8 bits), Half-Word (16 bits) ou Word (32 bits) independentemente na origem e no destino. O próprio hardware faz o alinhamento se você transferir, por exemplo, de um periférico de 8 bits para uma memória de 16 bits.
FIFO (First-In, First-Out): Cada stream possui um buffer FIFO de 4 words. Isso permite gerenciar variações de velocidade entre os barramentos e suportar transferências em modo Burst (rajadas de dados).

Interrupções do DMA

Para avisar a CPU sobre o status da transferência, o DMA gera três interrupções principais muito utilizadas no desenvolvimento com a HAL ou LL:

Transfer Complete (TC): O bloco inteiro de dados foi transferido.
Half Transfer (HT): Metade dos dados foi transferida. Isso é crucial no Modo Circular, pois avisa a CPU que ela já pode processar a primeira metade do buffer enquanto o DMA continua preenchendo a segunda metade.
Transfer Error (TE): Ocorreu um erro de barramento ou configuração durante a transferência.

Exemplo Prático de Aplicação (Contexto HAL)

Se você estivesse configurando o ADC no STM32CubeIDE para ler múltiplos canais (como um joystick e um sensor de temperatura) usando o STM32F411CEU6, o fluxo do seu código seria:

uint32_t adc_buffer[2]; // Buffer na SRAM para armazenar as leituras

int main(void) {
    // ... Inicializações de Clock, GPIO, ADC e DMA ...

    // Inicia o ADC em modo DMA apontando para o nosso buffer, com tamanho 2
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buffer, 2);

    while (1) {
        // A CPU está completamente livre aqui!
        // Os valores em adc_buffer[0] e adc_buffer[1]
        // são atualizados em background pelo DMA.
    }
}

// Callback chamado automaticamente quando o DMA termina de mover os 2 valores
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    // Opcional: fazer algo assim que os dados novos chegarem
}

Em suma: DMA2_Stream0_IRQHandler() é a função de hardware de baixo nível (o ponto de entrada do vetor de interrupção), enquanto HAL_ADC_ConvCpltCallback() é uma função de alto nível fornecida pela ST (STMicroelectronics) para facilitar a vida do desenvolvedor.

1. DMA2_Stream0_IRQHandler() — O Nível do Hardware

Esta função é o Handler de Interrupção (Interrupt Service Routine - ISR) propriamente dito. No STM32F411, o ADC1 geralmente está mapeado para o DMA2, Stream 0, Canal 0 (ou Stream 4, Canal 0).

Quem a chama? O próprio hardware do microcontrolador. Quando o periférico DMA termina de mover a quantidade de dados programada, ele levanta uma flag de hardware, interrompe a CPU e força o contador de programa ( $PC$ ) a pular para o endereço desta função (mapeada na tabela de vetores no arquivo startup_stm32f411xe.s).
Onde ela fica? Geralmente gerada no arquivo stm32f4xx_it.c.
O que ela faz por padrão? Se você usa o STM32CubeIDE, dentro dela haverá apenas uma chamada para a biblioteca da ST:

void DMA2_Stream0_IRQHandler(void) {
    HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_adc1);
}

Características: Executa no contexto de interrupção com altíssima prioridade. O código aqui dentro deve ser o mais rápido possível.

2. HAL_ADC_ConvCpltCallback() — O Nível da Abstração (HAL)

Esta é uma função de Callback (retorno de chamada). Ela faz parte da camada de software da HAL (Hardware Abstraction Layer).

Quem a chama? A própria função genérica da ST (HAL_DMA_IRQHandler), depois que ela tratou o hardware de baixo nível.
O que a HAL faz antes de chamar o seu Callback?

Limpa os bits/flags de interrupção no registrador do DMA (para evitar que a interrupção fique travada em loop).
Verifica se houve erros de transferência.
Se tudo estiver correto, ela chama HAL_ADC_ConvCpltCallback().

Onde ela fica? Ela é declarada na biblioteca da ST como uma função __weak (fraca). Isso significa que você pode reescrevê-la em qualquer lugar do seu código (como no main.c), e o compilador usará a sua versão em vez da versão vazia da biblioteca.

O Fluxo de Execução

Para visualizar como as duas interagem, imagine o fluxo temporal quando o ADC termina de preencher o buffer via DMA:

Hardware: O DMA termina de transferir o último dado do ADC $\rightarrow$ O hardware gera a interrupção.
Vetor de Interrupção: A CPU para o main() e pula para DMA2_Stream0_IRQHandler().
Tratamento HAL: A função chama HAL_DMA_IRQHandler(), que limpa os registradores de status do DMA.
Notificação do Usuário: A HAL identifica que o periférico de origem era o ADC e finalmente chama o seu HAL_ADC_ConvCpltCallback().
Retorno: O código sai do callback, sai do handler e a CPU volta a executar o main() exatamente de onde parou.

Comparação Direta

Característica	`DMA2_Stream0_IRQHandler()`	`HAL_ADC_ConvCpltCallback()`
Camada	Hardware / Baixo Nível.	Software (HAL) / Alto Nível.
Portabilidade	Presa ao hardware específico (se mudar de chip ou mudar o Stream do DMA, o nome da função muda).	Alta portabilidade (funciona em quase qualquer STM32 que use o ADC com HAL).
Gerenciamento de Registradores	Você precisa limpar manualmente as flags de interrupção (se não usar a HAL dentro dela).	A HAL já limpou todas as flags antes de entregar o controle para você.
Múltiplos Periféricos	Específica daquele Stream do DMA.	Se você tiver múltiplos ADCs, todos vão cair no mesmo callback, exigindo que você teste quem chamou (ex: `if(hadc->Instance == ADC1)`).

Qual você deve usar?

Use sempre o HAL_ADC_ConvCpltCallback(). Ela foi feita justamente para isolar a sua aplicação dos detalhes de hardware do DMA. Se amanhã você precisar mudar o ADC do Stream 0 para o Stream 4 no CubeMX, o seu código dentro do Callback continuará funcionando perfeitamente sem alterar uma única linha, enquanto qualquer lógica colocada diretamente na IRQHandler seria perdida ou teria que ser movida de arquivo.

Arquitetura do DMA no STM32F411​

Diferença Crítica entre DMA1 e DMA2 no STM32F411:​

Modos de Transferência Suportados​

Principais Recursos Técnicos​

Interrupções do DMA​

Exemplo Prático de Aplicação (Contexto HAL)​

1. DMA2_Stream0_IRQHandler() — O Nível do Hardware​

2. HAL_ADC_ConvCpltCallback() — O Nível da Abstração (HAL)​

O Fluxo de Execução​

Comparação Direta​

Qual você deve usar?​