DMA控制器原理详解

Posted 2021-09-18 17岁boy想当攻城狮

目录

工作原理

DMA硬件架构

DMA通道的作用

DMA寄存器

DMA出现的目的

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工作原理

DMA全拼Direct Memory Access（直接内存存取），在传统的CPU存取数据时会先将数据放到缓存寄存器中然后在写入到指定位置

CPU存取数据流程图：

CPU经历了三个步骤，先将内存中指定位置上的数据取到数据缓存器中，然后在将数据缓存器中的内容写入到内存中，总共用了三步来完成内存两天不同地址上的数据写入

而使用DMA之后就会变得非常简单，DMA不会放入暂存器，而是直接写入写入内存，你只需要设置好源地址，目标地址，传输量，那么DMA就会开始传输数据，但DMA会占用你设备的总线，也就是这个过程中你无法使用总线，需要进行一个控制权转移，这样虽然传输变快了但是传输期间CPU基本上做不了别的事情，但是有些架构已经为DMA提供了一套自己的总线，在DMA传输过程中CPU依然可以控制外设，这个控制权转移不是一直DMA有效的，为了保证CPU也能正常通过系统总线去控制外设，一般会给DMA一定时间然后控制权在切回CPU，然后CPU处理一段时间在切回DMA直到DMA结束才会停止控制权转移。

DMA硬件架构

以下取自STM32芯片手册中对DMA的框架描述

 

• 从上图可以看到DMA是一个单独的控制器，并且它有两个，挂设在AHB总线上，可以看到DMA1 CH1 - CH7也就是可配置的控制通道而DMA2只有5个，CPU通过配置DMA来完成数据传输
• 可以看到它们不是使用System总线，而是使用了DMA自己的控制总线，所以这个架构会比使用系统总线的架构要快许多，但是功耗要大于使用系统总线的架构

以下是两个DMA控制器的结构图，可以清晰的看到每个通道用于做什么的

 DMA1

DMA2

DMA通道的作用

通道是一个小型的IO控制器，每个通道对应控制不同的外设、Memory，可以通过MCU数据手册里查看你的DMA里的每个通道对应控制的外设。

从上图给出的通道结构图中可以看到每个通道IO都支持Uart、SPI、I2C外设功能，值得注意的是这里外设是有编号的，可以在上图通道中看到，不同的外设由不同的通道程序来控制，如你使用I2C2外设，则需要找到支持I2C2的通道并使用它，其中也可以看到SW trigger (MEM2MEM BIT)这个意思代表支持Memory到Memory之间的通讯，如内部的Sram到Sram，也可以看到上图中有HW request 4 意味着这个通道支持中断通知，意思是当这个通道开始工作时会设置对应寄存器里的值，然后产生中断，我们可以在对应的中断标志寄存器里读到哪个通道产生了中断，以及做了什么事情

如果是对外设进行控制的话记得，如果是内部的Memory到Memory之间传输数据的话可以随便选择一个通道，因为从上图的结构可以看出每个通道IO都支持内部Memory

通道可以理解成一个小型的程序，它是一个简单的IO控制程序，只能处理对应外设之间的数据传输，工作之前需要配置DMA里使用哪个通道，可以选择多个通道，也可以选择一个通道，这些通道是支持同时工作的。

DMA寄存器

 可以看到可以通过上面的通道来配置Uart、SPI、I2C的一些功能，同时看到Internal/Request是内部带有中断功能的，具体如何配置还需要看寄存器功能

寄存器介绍

① 中断类

寄存器名	作用
DMA_ISR	中断状态寄存器
DMA_IFCR	DMA中断标志位清除寄存器

② 控制传输类

寄存器名	作用
DMA_CCRx	DMA通道x配置寄存器
DMA_CNDTRx	DMA通道x数据数量寄存器
DMA_CPARx	DMA通道x外设地址寄存器
DMA_CMARx	DMA通道x内存地址寄存器

需要注意上面的寄存器针对DMA1与DMA2都有对应的一组，它们俩不使用一组寄存器控制

可以简单把DMA理解成CPU的一个传输小帮手，CPU通过告诉DMA该传输哪些数据，然后由DMA去完成传输工作

DMA是一个独立的控制器，内部有小型芯片来控制的，也有自己的一套架构，一般集成在MCU内部与CPU紧密贴合

DMA出现的目的

DMA的出现就是为了解决CPU在处理大量数据传输时的时间耗费成本，在传输大数据时CPU会先放到暂存器中这样的速度会影响效率，速度较慢，同时CPU如果一直忙于传输数据就不能去做别的事情了，所以DMA的诞生解决了这个问题，需要值得注意的是在使用DMA之前要看下架构，DMA是否与CPU使用同一总线，若同一总线的情况下是会影响CPU工作效率而非传输效率