深入探讨DMA到底能不能起到加速程序执行的作用，DMA死等操作是否合理，多个DMA数据流同时刷是否处理过来

Posted 2021-12-03 安富莱电子

我们这里主要以STM32平台为例进行说明。

 

 

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一、DMA到底能不能起到加速的作用

初学的时候，很容易存在这样的认识，DMA直接从一个外设到另一个外设的数据传输，少了CPU的参与，直接硬件传输，应该可以做到更快。

我们这里用实验数据说话，争取有理有据，下面是STM32H7的DMA2D，DMA1，DMA2，MDMA和CPU复制粘贴的性能测试：
1、可以看到DMA1/DMA2的性能跟其它不是一个级别的，适合搞搞低速的外设。
2、DMA2D，MDMA和CPU复制粘贴的性能差不多。
3、CPU操作ITCM的数据粘贴性能最强的。

 

那么DMA到底能不能起到加速的作用？

1、如果相比CPU的复制粘贴来说，基本没什么加速作用。

2、如果从程序执行效果来看，可以起到明显加速效果，特别是MDMA和DMA2D，因为DMA刷新期间，CPU可以腾出手来干别的事情，这个才是DMA做的最大作用。

3、另外像DMA2D做它的本职工作，比如颜色格式转换等操作，有明显加速作用，这个比CPU要快。还有像H7的SDMMC带的IDMA和以太网带的DMA，这些是外设专属DMA，不需要CPU参与，从程序的执行效果上也能起到加速作用。

 

 

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2、DMA死等操作是否合理

这个问题也谈的非常多，这里从DMA的两个方向讨论：

1、一类是直接在DMA中断里面处理消息，像H7自带的ADC，DAC，串口等。

这类应用我们可以直接在中断里面处理消息或者搞个双缓冲。

这种应用在RTOS下和裸机下使用都比较简单，这类应用不需要死等。

裸机下：
适合直接在中断里面处理，搞个外置标志效果不是很理想，不方便性能最大化。

RTOS下：
可以中断里面处理，也可以发送信号量等消息，通知任务里面处理，性能可以最大化。

2、还有一类就是图形加速DMA2D，QSPI Flash DMA，SDIO DMA等

这类DMA应用，我们一般都需要配合GUI，FAT文件系统等一起使用。

这种情况下，要分裸机和RTOS两种做分析，这类应用使用死等（可以加超时溢出）比较方便。

裸机情况下：
如果不做死等，而做个中断，做个变量标识什么的做等待，应用层代码基本没有办法写了，比如一个简单的GUI桌面背景部分重绘，需要进入DMA2D加速接口函数等待中断标志完成，应用层代码实现非常麻烦。

RTOS下：
这种情况下，在RTOS下里才能发挥威力，以GUI为例，我们都是直接将其丢到最低优先级任务里面跑。文件系统类的QSPI Flash，SD卡，eMMC，NAND等，也可以直接丢到低优先级任务，或者其他稍高优先级任务，完全不影响其他高优先级任务运行。
其实这也是使用RTOS相比裸机的一个重要优势。

 

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3、多个DMA数据流同时刷是否处理过来：

先来看下通用DMA框图 :

F1系列

 

F4系列

 

H7系列

 

基本上都是一个多路选择器（优先级仲裁）选通那一路外设使用DMA，即同一个DMA，同一时刻只能处理1个DMA请求。

尽管如此，DMA的带宽处理多个简单的外设像DAC, ADC,  串口，I2C，SPI之类的还是无压力的，通用DMA1, DMA2的性能基本在60-70MB/S，同时处理8路串口DMA不定长收发还是无压力的。

但是一些时间控制类的应用很容易爆DMA性能极限，比如DAC1, DAC2，ADC1,ADC2,ADC3都开DMA，都开定时器触发，如果触发速度开的太高，很容易出现采集的波形异常，或者停止工作的问题。

这种情况，可以考虑分配DMA1和DMA2都开启，分别处理一些DMA请求。

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