DMA:去你妈的CPU，数据我自己搬！

这个标题属实是有点狂了哈~

在计算机系统里面，数据是不停的流动的，一般又需要知道地址和对数据的操作方式，CPU一直做这种搬来搬去的工作有点呆，而且大多数时候都是中断型的。

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问） 是一种允许外设和存储器之间直接进行数据传输的技术，不需要CPU的干涉，大大提高了数据传输效率。

看一个框图

下面是使用场景，基本上全部都囊括了。

1. 外设数据采集： 将外设采集到的数据传输到内存中。
2. 数据缓存： 将数据从一个内存区域复制到另一个内存区域。
3. DMA双缓冲： 使用两个缓冲区交替进行传输，提高数据处理效率。

我这里想说一下数据缓存这个事情：数据缓冲区，简单来说就是一块用于临时存储数据的内存区域。它就像一个中转站，在数据从一个地方传输到另一个地方的过程中，起到暂存、缓冲的作用。

1. 同步不同速率的设备： 当数据产生和消费的速度不一致时，缓冲区可以起到调节的作用。比如，生产数据的设备速度较快，而处理数据的设备速度较慢，数据可以先存储在缓冲区中，等待处理设备有空闲时再取出。
2. 提高数据传输效率： 大块数据传输比小块数据传输效率更高。通过缓冲区，可以将小块数据合并成大块数据进行传输。
3. 解耦系统模块： 缓冲区可以将系统中的不同模块解耦，使模块之间相对独立，提高系统的可维护性。

我们日常使用的有四种类型：

1. 循环缓冲区： 数据在缓冲区中循环写入和读取，适用于需要连续传输的数据。
2. 双缓冲区： 使用两个缓冲区交替进行读写，提高数据处理效率。
3. FIFO缓冲区： 先进先出队列，数据按照先入先出的顺序进行读写。
4. LIFO缓冲区： 后进先出队列，数据按照后入先出的顺序进行读写。

不同的DMA外设可能有不一样的控制功能，但是大体上是差不多的。

1. 源地址（Source Address）

指示数据传输的起始地址，即外设设备中数据缓冲区的地址。DMA控制器从这个地址开始读取数据。

2. 目标地址（Destination Address）

指示数据传输的目的地址，即系统内存中的指定地址。DMA控制器将读取到的数据写入到这个地址。

3. 传输长度（Data Length）

表示需要传输的数据大小，通常以字节为单位。DMA控制器根据传输长度来确定传输的数据量。

4. 传输模式（Transfer Mode）

指定DMA传输的方式，包括单次传输、循环传输、乒乓传输等。不同的传输模式适用于不同的应用场景。

• 常见传输模式：
  1. 单次传输（Single Transfer）： 传输完成后，DMA控制器停止工作。
  2. 循环传输（Circular Transfer）： 传输完成后，DMA控制器自动回到起始地址，继续传输，适用于需要连续传输的数据。
  3. 乒乓传输（Ping-Pong Transfer）： 使用两个缓冲区交替进行传输，提高数据处理效率。

有时候需要数据对齐，这个主要是迁就硬件其实：

总线宽度： 现代处理器通常采用32位或64位的数据总线，这意味着一次内存访问可以传输32位或64位的数据。如果地址不对齐，DMA控制器就需要进行多次访问才能完成一次数据传输，降低了效率。

可以减少内存访问次数： 地址对齐可以减少内存访问的次数，提高数据传输的吞吐量。然后充分利用总线带宽： 地址对齐可以最大程度地利用总线的带宽，提高数据传输速度。

部分字传输（避免数据损坏）： 如果地址不对齐，可能导致DMA控制器在一次传输中只传输部分数据，而将剩余部分数据覆盖到下一个内存单元，从而导致数据损坏。

举个栗子：

假设一个系统的数据总线宽度为32位，即一次可以传输4个字节。如果一个数据的起始地址是0x1003，那么DMA控制器在访问这个数据时，就需要两次访问：第一次访问0x1000，第二次访问0x1004。这样一来，就浪费了一次内存访问，降低了传输效率。

总结一下使用的步骤：

1. 配置DMA控制器： 设置源地址、目标地址、传输长度、传输模式等参数。
2. 启动DMA传输： 发送一个启动命令给DMA控制器，DMA控制器就开始按照配置的参数进行数据传输。
3. DMA传输完成： 当传输的数据量达到设定的长度时，DMA控制器会产生一个中断信号，通知CPU传输完成。