2. DMA基础原理

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）的本质，是让数据在外设与内存之间搬运时不再逐字节经过 CPU 寄存器。CPU 只需配置好“从哪来、到哪去、搬多少、搬完通知谁”，剩下的搬运工作由 DMA 控制器（DMAC）独立完成。理解 DMAC 的架构、传输模式、通道与请求线、描述符机制，是后续使用 dmaengine 接口和做性能调优的基础。

一、DMA控制器架构：谁在搬、搬什么、怎么通知

一个典型的 DMAC 内部由若干关键部件组成：通道引擎负责按描述符执行搬运；源/目的地址寄存器记录当前读写位置；传输计数寄存器记录剩余字节数；请求仲裁器决定多个外设请求同时到来时谁先获得总线；总线主接口以主设备身份访问内存和外设；中断/完成逻辑在传输结束或出错时通知 CPU。DMAC 与 CPU 共享系统总线，因此它既是“帮手”，也是“竞争者”。

从系统视角看，DMAC 位于内存与外设之间，形成一条独立于 CPU 执行流的数据通路。CPU 通过寄存器或内存映射方式配置 DMAC，外设通过请求线向 DMAC 申请服务，DMAC 再通过总线读写完成搬运。这条通路的效率，直接决定了 DMA 传输的吞吐和延迟。

二、传输模式：单次、块、突发与循环

DMAC 的传输模式决定了它如何占用总线和响应请求。常见模式包括：

• 单次传输（Single）：每次请求搬运一个数据单元，适合低速外设，总线占用碎片化，但实时性好。
• 块传输（Block）：一次请求搬运一整块数据，DMAC 连续占用总线，吞吐高，但可能阻塞 CPU 访问内存。
• 突发传输（Burst）：在总线允许的突发长度内连续搬运多个单元，兼顾效率与公平性，是高性能场景的常用模式。
• 循环传输（Circular）：描述符链首尾相连，搬完自动回到起点，适合音频、ADC 连续采样等流式场景。

选择模式时要在吞吐、延迟和 CPU 干扰之间权衡。例如音频播放要求周期稳定，循环模式配合半满/全满中断最合适；而大块文件拷贝则更适合块传输或突发传输。

三、通道与请求线：硬件资源的映射关系

DMAC 通常提供多个通道，每个通道可独立配置源、目的、宽度和传输模式。外设通过请求线（DREQ）向 DMAC 申请服务，请求线到通道的映射由 SoC 的DMA 路由矩阵决定。同一请求线可能被多个外设复用，配置错误会导致“请求来了但通道不动”或“搬错数据”。

四、描述符机制：把“搬运任务”变成链表

描述符（Descriptor）是 DMAC 可执行的搬运任务单元，通常包含源地址、目的地址、传输长度、控制字段和下一个描述符指针。多个描述符可以组成描述符链，DMAC 按链依次执行，实现分散-聚集（Scatter-Gather）传输。这样一次配置就能完成多段不连续内存的搬运，减少 CPU 干预。

struct dma_desc {
    u32 src_addr;      // 源地址
    u32 dst_addr;      // 目的地址
    u32 length;        // 传输长度
    u32 ctrl;          // 控制字段：宽度、突发、中断使能
    u32 next;          // 下一个描述符地址，0 表示结束
};

在 Linux dmaengine 框架中，描述符由 DMA 驱动内部管理，上层通过 dma_async_tx_descriptor 和 dma_cookie 跟踪传输状态。理解描述符链，有助于分析“为什么传输被拆成多段”以及“中断为什么在链中间触发”。

五、核心参数与常见误区

六、案例：一次 UART 接收的 DMA 搬运

以 UART 接收为例：UART 每收到一个字节，通过 DREQ 请求线向 DMAC 发出请求；DMAC 在对应通道上按描述符把数据从 UART 数据寄存器搬到内存环形缓冲区；当搬够设定长度后，DMAC 产生完成中断，CPU 在中断中处理数据并重新挂载描述符。若使用循环模式，则缓冲区首尾相连，CPU 只需处理半满和全满事件，大幅降低中断频率。

这个案例中，通道、请求线、描述符和传输模式四者缺一不可：请求线触发搬运，通道执行搬运，描述符定义搬运内容，传输模式决定搬运节奏。后续使用 dmaengine 接口时，这些底层概念会以 dma_slave_config、dma_prep_dma_cyclic 等形式再次出现，理解它们才能写出正确的驱动配置。