当数据量较小时，内存到内存 DMA 传输是不是存在权衡？

Posted 2023-02-19

【中文标题】当数据量较小时，内存到内存 DMA 传输是不是存在权衡？

【英文标题】：Is there a trade-off for memory to memory DMA transfer when the data size is small?当数据量较小时，内存到内存 DMA 传输是否存在权衡？

【发布时间】：2020-08-26 15:09:29

【问题描述】：

我正在学习 STM32 F4 微控制器。我试图找出使用 DMA 的限制。

根据我的理解和研究，我知道如果数据量很小（即设备使用 DMA 生成或消耗少量数据），开销会增加，因为 DMA 传输需要 DMA 控制器执行操作，从而不必要地增加系统成本。

我做了一些研究，发现以下内容：

DMA 的限制

CPU 将其所有线路置于高阻抗状态，以便 DMA 控制器可以直接在设备和内存之间传输数据，而无需 CPU 干预。显然，它更适合磁盘等具有高数据传输率的设备。 通过串行接口，数据一次传输一位，这使得使用 DMA 很慢。

正确吗？我还需要知道什么？

【问题讨论】：

根据您对“开销”的定义（具体是什么，指令、速度、功耗……？），这可能是真的。为 STM32F4 上的内存到内存传输设置 DMA 控制器至少需要 4 次外设寄存器写入，这将需要几个 CPU 周期。因此，对于较小的数据大小，这实际上可能比让 CPU 复制它的性能更差。

您的问题无法回答。 DMA 是内置的，没有额外的“系统成本”。 DMA 用例是如此不同 - 答案仅在实际应用程序级别上是可能的，但通常不是。 IMO 作为初学者，您应该避免任何微优化注意事项。

关于您的系统是如何设计的（我想它是一个嵌入式板系统？）或您的用例，您还没有告诉我们很多。但是这个链接可能会有所帮助：embedds.com/using-direct-memory-access-dma-in-stm23-projects

你是对的，它是一个 stm32f4

我相信学习目标是阅读STM32F4参考手册[RM0090]，（特别是第10节（DMA））结合“使用stm32 f2/f4/f7”应用笔记@987654323 @ 并讨论配置选项和性能注意事项。

【参考方案1】：

DMA -CPU 将其所有线路置于高阻抗状态

我不知道你是从哪里得到的——但你不应该再使用这个来源了。

除非您达到 BUS 吞吐量，否则 DMA 传输的频率无关紧要。你可以每周、每月、每年、每十年传输一个字节......绝对没问题。

在 STM32 微控制器中，这是一个非常重要的功能，因为即使 uC 处于内核 (CPU) 休眠的低功耗模式，我们也可以将数据从外部设备传输到外部设备。 DMA 控制器甚至可以在满足某些条件时唤醒内核。

【讨论】：

关于将 DMA 传输用于慢速周期性数据的限制，还有其他建议参考吗？

【参考方案2】：

正如@Vinci 和@0___________（f.k.a. @P__J__）已经指出的那样，

DMA 控制器自主工作，不会在它所补充的 CPU 上产生开销（至少不会自己产生开销）。但是：

CPU/软件必须执行一些指令来配置 DMA 并触发它或让它由某些外围设备触发。为此，它需要 CPU 时间和程序存储空间（通常是 ROM）。此外，它通常需要一些额外的 RAM 变量来管理 DMA 周围的软件。

因此，您是对的，使用 DMA 会带来一些开销。

此外，

DMA 传输使用将相关内存/寄存器/外设连接到 DMA 控制器的内存总线。也就是说，当 DMA 控制器完成自己的工作时，它可能会导致它试图卸载的 CPU 在此期间停止，至少在传输数据字时的短时间内（这反过来总结更长的传输...... .).

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另一方面，DMA 不仅可以帮助您减少 CPU 负载（关于实现某些功能的总 CPU 时间）。如果以“聪明的方式”使用，它可以帮助您减少实现不同功能的软件延迟，因为实现的一部分可以“隐藏”在另一部分的 DMA 驱动数据传输之后（除非两者都依赖于同一总线资源 - 见上文...）。

【讨论】：

内核优先于 DMA。它几乎不引人注意。另一方面，DMA 将被核心访问“停止”。为了防止它（对于真正密集和时间关键的 DMA 事务）在核心以外的其他内存段上运行。

【参考方案3】：

信息是正确的，因为使用 DMA 需要一些开发工作和一些运行时来管理 DMA 传输本身（另请参阅 a related question 这里），这可能不值得使用 DMA 的好处。也就是说，对于一小部分数据，一个人不会像在大传输期间获得那么多的性能（或延迟）。在嵌入式系统上，DMA 控制器（及其通道）是有限的资源，因此重要的是要考虑功能的哪一部分最能从这种资源中受益。因此，人们通常更喜欢使用 DMA 来进行与磁盘之间的数据传输（如果是关于“有效负载数据”，例如大文件或视频流），而不是慢速串行连接。

信息是错误的，然而，DMA 不值得在串行接口上​​使用，因为它们一次只传输一个位。请注意，微控制器（作为您的 STM32F4) 具有内置的外围组件，可将串行逐位流转换为逐字节或逐字流，DMA 可以轻松地以一种有用的方式传输这些流 - 特别是如果数据包的大小预先知道，软件不必分析非格式化流。此外，并非每个串行连接都“慢”。如果项目使用，e。 g.，一个 SPI flash 芯片，那么 SPI 串行连接 用于数据传输。

【讨论】：

链接和答案具有误导性。 “因为 DMA 不值得在串行接口上​​使用，因为它们一次只传输一个位” - 这是没有意义的，因为 DMA 只传输最小字节数。

是的，这就是为什么我写这样的信息是错误的。

对于使用 DMA 传输慢速周期性数据的限制，您还有其他建议参考吗？我希望可以了解更多。

@P__J__ 请重新阅读 HelpingHand 所说的内容。听起来你们俩都在 AGREEMENT 中；) Jia Hoo Loh - 您已经得到了答案：如果您愿意付出努力，DMA 传输将有所帮助（如果只是通过卸载 CPU )，无论数据多么少，或者您发送它的频率如何。