前端从服务端下载文件的几种方式
2026/1/16 13:17:36
零、前言
曾经在参加嵌入式竞赛时，我基于CH32V307制作了一个简易示波器。当时虽然实现了基本功能，但对其中定时器事件触发ADC和DMA搬运的理解只是停留在"照搬例程"的层面。最近重新学习了STM32的中断事件系统，才真正领悟到这种设计背后的精妙之处。今天我想和大家分享一下其具体实现，以及如何利用STM32的硬件特性实现高效的ADC采集。
一、中断/事件是什么？
在STM32的世界里，中断和事件是两个既相似又不同的概念，理解它们的区别是高效系统设计的关键。
特性 | 中断 | 事件 |
|---|---|---|
触发与响应路径 | 软件主导：路径为外设 → NVIC → CPU → 软件ISR | 硬件主导：路径为外设A → 硬件事件线 → 外设B |
CPU参与度 | 全程参与。CPU必须暂停当前任务，执行中断服务程序。 | 无需参与。动作由硬件自动完成，CPU可休眠或执行其他任务。 |
延迟 | 相对较高。存在上下文保存/恢复等软件开销。 | 极低。硬件直接响应，无软件开销。 |
功耗控制 | 在频繁中断时，CPU频繁唤醒，功耗相对较高。 | 适合低功耗场景，CPU可保持睡眠，由事件触发特定动作后唤醒。 |
典型应用场景 | 处理复杂、非定期的任务，如数据包处理、错误响应、用户输入等。 | 处理实时性要求高、流程固定的协同操作，如ADC定时采集、定时器触发DMA等。 |
理解差异的关键在于明确它们的设计目的：
中断的本质是通知CPU，当发生一个需要CPU来执行复杂逻辑处理的非预期事件时，就使用中断。它像是有人敲门，你必须停下手中的事情（保存上下文），去开门看看发生了什么（执行ISR），处理完后再回来继续工作。
事件的本质是直接触发外设，它用于在多个硬件模块之间建立一条固定的“快速通道”，实现一个硬件动作自动触发另一个硬件动作。CPU在这个过程中可以被“蒙在鼓里”，从而专注于计算或进入节能状态。这像是设置了一个自动装置，当传感器检测到门开时，直接点亮电灯，无需你再手动去按开关。
简单来说，中断是通知CPU来处理，而事件是外设之间直接对话。在ADC采集中，这直接影响了系统的效率和实时性。
二、事件可以做什么？
事件机制是STM32外设间的"硬件高速公路"，主要功能包括：
外设间直接通信：一个外设可以触发另一个外设的动作
硬件级同步：多个外设可以在硬件层面上精确同步
CPU解脱：让CPU从频繁的中断响应中解放出来
低功耗设计：CPU可以在外设工作时进入睡眠模式
在简易示波器中，我们最关心的应用场景是：定时器事件触发ADC采样，DMA自动搬运数据。
每个外设都有特定的事件输入和事件输出端口，通过事件路由器连接。这种设计允许：
多个事件源：定时器、GPIO、外部引脚等都可作为事件源
多路复用：同一事件可触发多个外设
级联触发：事件可形成触发链
比如在示波器中常用的触发链是：
TIMx_Update → ADC1_Start → ADC1_Complete → DMA1_Transfer
三、定时器事件触发流程
下面以STM32F103为例，详细介绍如何配置定时器事件触发ADC与DMA搬运。
// ADC缓冲区和状态变量 #define ADC_BUFFER_SIZE 1024 volatile uint16_t adc_buffer[ADC_BUFFER_SIZE]; volatile uint8_t adc_data_ready = 0; volatile uint32_t adc_sample_count = 0; // 初始化函数 void Oscilloscope_Init(void) { // 1. 初始化定时器2 HAL_TIM_Base_Init(&htim2); // 2. 配置ADC DMA传输 HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE); // 3. 启动定时器（开始触发ADC） HAL_TIM_Base_Start(&htim2); // 4. 启用ADC HAL_ADC_Start(&hadc1); } // DMA传输完成中断回调 void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) { if(hadc->Instance == ADC1) { adc_data_ready = 1; adc_sample_count += ADC_BUFFER_SIZE; // 通知主循环处理数据 // 这里可以设置标志或使用消息队列 } } // 数据处理部分 // 主循环中的数据处理 void ProcessWaveformData(void) { if(adc_data_ready) { // 1. 计算实际电压值 for(int i = 0; i < ADC_BUFFER_SIZE; i++) { float voltage = (adc_buffer[i] * 3.3f) / 4095.0f; // 2. 波形参数计算 CalculateWaveformParameters(adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE); // 3. 触发点检测 int trigger_index = FindTriggerPoint(adc_buffer, ADC_BUFFER_SIZE, trigger_level, trigger_edge); // 4. 数据存储或显示 StoreOrDisplayWaveform(adc_buffer, trigger_index); } adc_data_ready = 0; } } // 触发点检测函数 int FindTriggerPoint(uint16_t* buffer, uint32_t size, uint16_t threshold, uint8_t edge_type) { for(uint32_t i = 1; i < size; i++) { if(edge_type == RISING_EDGE) { if(buffer[i-1] < threshold && buffer[i] >= threshold) return i; } else if(edge_type == FALLING_EDGE) { if(buffer[i-1] > threshold && buffer[i] <= threshold) return i; } } return -1; // 未找到触发点 }详细步骤：
1. TIM2计数器从0开始递增
2. 当计数器达到自动重装载值(999)时，产生更新事件
3. 更新事件通过TRGO输出到ADC的EXTI线
4. ADC检测到上升沿，开始转换
5. ADC转换完成后产生EOC（转换结束）事件
6. EOC事件触发DMA请求
7. DMA控制器从ADC数据寄存器读取转换结果
8. DMA将数据存储到内存缓冲区
9. 当DMA传输完成指定数量后，可产生DMA中断
10. CPU在DMA中断中处理数据
四、定时器事件触发的优点
1.精确的采样间隔
定时器事件触发提供了亚微秒级的精确采样间隔，这是示波器的基本要求。相比软件触发，定时器触发不受中断延迟、任务调度等不确定因素影响。
计算采样率
系统时钟 = 72MHz
定时器预分频 = 72-1 → 定时器时钟 = 1MHz
自动重载值 = 1000-1 → 更新频率 = 1KHz
实际采样率 = 1kSPS（每秒1000个采样点）
更高采样率配置：
要实现1MHz采样率：
预分频 = 72-1 → 定时器时钟 = 1MHz
自动重载值 = 1-1 → 更新频率 = 1MHz
注意：STM32F103的ADC最大采样率为1MHz
2.极低的CPU占用率
在传统的轮询或中断方式中，每个ADC采样都需要CPU参与。在高速采样时，这可能导致CPU完全被ADC采样占用。
CPU占用率对比分析，假设系统时钟72MHz，比较不同采样方式下的CPU占用：
// 1. 轮询方式 while(1) { HAL_ADC_Start(&hadc1); while(!HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10)); adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 处理数据 } // 在1kSPS时，每个采样点消耗约1000个时钟周期 // CPU占用率 ≈ (1000 * 1000) / 72,000,000 ≈ 1.4% // 2. 中断方式 void ADC_IRQHandler(void) { adc_value = ADC1->DR; // 处理数据 } // 每个中断消耗约200个时钟周期（上下文切换+处理） // 在1kSPS时，CPU占用率 ≈ 0.3% // 3. 事件+DMA方式 // CPU只在DMA传输完成中断中处理数据 // 假设每次处理1024个点，每1024个点产生一次中断 // 在1MSPS时，每秒产生约1000次中断 // CPU占用率 ≈ (200 * 1000) / 72,000,000 ≈ 0.28%采样方式 | 1kSPS | 10kSPS | 100kSPS | 1MSPS |
|---|---|---|---|---|
轮询 | 1.4% | 14% | 140% | 不适用 |
中断 | 0.3% | 3% | 30% | 300% |
事件+DMA | 0.003% | 0.03% | 0.3% | 0.28% |
3.确定性的系统行为
事件触发是纯硬件行为，具有完美的确定性。这对于示波器这样的实时测量设备至关重要。
确定性分析：
时间抖动：软件触发存在微秒级抖动，硬件触发为纳秒级
优先级影响：中断方式受其他中断影响，事件方式完全独立
可预测性：硬件事件的时间可精确计算，软件触发不可预测
4.低功耗设计
由于CPU参与度低，大部分时间可以处于休眠状态，显著降低系统功耗。
// 进入低功耗模式示例 void Enter_LowPower_While_Sampling(void) { // 启动ADC和DMA HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buffer, BUFFER_SIZE); HAL_TIM_Base_Start(&htim2); // 配置DMA传输完成中断 __HAL_DMA_ENABLE_IT(&hdma_adc1, DMA_IT_TC); while(1) { // 等待DMA传输完成中断 __WFI(); // 进入睡眠模式 if(dma_transfer_complete) { // 处理数据 ProcessWaveformData(); dma_transfer_complete = 0; } } }功耗对比测试（STM32F103 @ 72MHz）：
工作模式 | 采样率 | 平均电流 | 节省比例 |
|---|---|---|---|
轮询模式 | 100kSPS | 45mA | 基准 |
中断模式 | 100kSPS | 38mA | 15.6% |
事件+DMA+睡眠 | 100kSPS | 12mA | 73.3% |
五、事件触发还有什么高级应用？
1. 电机控制（FOC）中的事件触发应用
在磁场定向控制（FOC） 中，事件触发机制是关键。优势是确保电流采样在PWM周期中精确时间点进行，避免开关噪声干扰。通过定时器事件精确同步PWM生成、电流采样和数据计算，实现高效电机控制：
PWM定时器事件触发ADC同步采样三相电流
ADC完成转换后通过DMA自动传输到内存
采样数据准备好后触发数学运算
控制算法计算结果通过定时器事件更新PWM占空比
2 .数字电源控制
在开关电源中，事件触发实现高精度反馈控制：
ADC采样输出电压/电流 → 数字补偿器计算 → 事件触发更新PWM占空比
硬件比较器检测过流 → 事件触发PWM紧急关断
定时器事件同步多相交错PWM，减小输入电流纹波
3 .音频处理系统
专业音频设备利用事件触发实现高保真音频流：
I2S接口DMA事件自动传输音频数据
定时器事件触发ADC/DAC实现精确采样率
外部同步信号事件触发多设备音频同步
音频处理完成事件触发DMA传输到输出接口
六、结尾
回顾我的简易示波器项目，当初只是机械地"参考例程"实现了功能，现在才真正理解了其中的精妙设计。STM32强大的事件系统让我们能够构建真正"硬件自动化"的系统，释放CPU的潜力，实现高效、实时、低功耗的设计。理解硬件，才能用好硬件。
这种设计模式不仅适用于示波器开发，还可广泛应用于各种需要高速数据采集的嵌入式系统，如振动监测、音频处理、医疗设备等领域。
希望这篇文章能帮助你更好地理解STM32的事件系统。如果你有任何问题、建议或自己的心得，欢迎在评论区交流讨论。