3. DMA基础概念

DMA 传输，说白了就是让数据自己跑，不占 CPU。但数据从哪跑到哪，这里头门道不少。我刚开始接触 DMA 时，以为就是把数据从 A 搬到 B，后来发现传输类型不同，硬件配置、缓存策略、甚至调试手段都完全不一样。

咱们把 DMA 传输分成四类，每一类都有它的脾气。你想想看，内存到内存和外设到外设，虽然都叫 DMA，但底层走的总线路径完全不同。

3.1 四种传输类型概览

传输类型	源端	目的端	典型场景	缓存一致性风险
内存到内存 (M2M)	DDR/SRAM	DDR/SRAM	数据拷贝、帧缓冲复制、CRC 计算	高（CPU 缓存与 DMA 数据不同步）
内存到外设 (M2P)	DDR/SRAM	UART/SPI/I2S/DAC	发送数据、音频播放、波形输出	中（外设可能读到脏缓存）
外设到内存 (P2M)	ADC/GPIO/Camera	DDR/SRAM	数据采集、图像捕获、按键扫描	高（CPU 可能读到过时数据）
外设到外设 (P2P)	外设 A	外设 B	SPI 转 UART、I2S 转 DAC	低（通常不经过内存）

3.2 内存到内存（M2M）

这是最基础也最容易出坑的类型。DMA 直接把数据从一块内存搬到另一块内存，CPU 全程不参与。听起来简单，但我在项目中遇到过一个问题：用 DMA 拷贝一个视频帧缓冲，结果画面出现撕裂——因为 CPU 缓存里的数据和 DMA 搬的数据不一致。

为什么会这样？CPU 写数据时先写缓存，DMA 读内存时直接读物理地址。如果缓存没刷出去，DMA 拿到的就是旧数据。

配置要点：

• 源地址和目的地址都必须是物理地址（MMU 开启时尤其注意）
• 地址增长模式：源地址递增，目的地址递增
• 传输完成中断：必须开启，用于通知 CPU 数据已就绪
• 缓存操作：传输前刷 Cache，传输后无效化 Cache

// 伪代码：M2M DMA 配置示例
dma_config_t cfg;
cfg.src_addr      = (uint32_t)src_buf_phys;   // 源物理地址
cfg.dst_addr      = (uint32_t)dst_buf_phys;   // 目的物理地址
cfg.transfer_size = 1024;                     // 1024 字节
cfg.src_inc       = DMA_ADDR_INC_ENABLE;      // 源地址递增
cfg.dst_inc       = DMA_ADDR_INC_ENABLE;      // 目的地址递增
cfg.transfer_type = DMA_MEM_TO_MEM;

// 刷 Cache：确保源数据从缓存写回内存
SCB_CleanDCache_by_Addr(src_buf, 1024);
// 启动 DMA
dma_start(&cfg);
// 等待传输完成
while(!dma_is_done());
// 无效化 Cache：让 CPU 重新从内存读取目的数据
SCB_InvalidateDCache_by_Addr(dst_buf, 1024);

3.3 内存到外设（M2P）

这种类型很常见，比如用 DMA 把数据从内存搬到 UART 发送寄存器。CPU 只需要把数据准备好，DMA 自动按节奏往外送。

我个人习惯在 M2P 传输中特别注意外设的 FIFO 深度。如果外设 FIFO 只有 16 字节，而 DMA 一次突发传输 64 字节，就会导致数据溢出。

配置要点：

• 源地址：内存缓冲区（物理地址）
• 目的地址：外设数据寄存器地址（固定不变）
• 地址增长模式：源递增，目的固定
• 外设流控：通常由外设的请求信号触发 DMA 传输
• 缓存操作：传输前刷 Cache，确保外设读到最新数据

3.4 外设到内存（P2M）

这是数据采集场景的主力。ADC 采样、摄像头数据、GPIO 电平变化，都可以通过 DMA 直接存入内存。

嗯，这里要注意一个关键点：外设产生数据的速度和 DMA 搬数据的速度必须匹配。如果外设太快，DMA 来不及搬，就会丢数据。

配置要点：

• 源地址：外设数据寄存器地址（固定）
• 目的地址：内存缓冲区（物理地址，建议使用双缓冲）
• 地址增长模式：源固定，目的递增
• 传输完成中断：用于切换缓冲区和处理数据
• 缓存操作：传输完成后立即无效化目的内存的 Cache

3.5 外设到外设（P2P）

这种类型用得最少，但某些场景下非常高效。比如把 SPI 接收的数据直接转发到 UART 发送，不经过内存，延迟极低。

我印象最深的一个项目是用 FPGA 做协议转换，DMA 把 SPI 的数据直接搬到并行总线。当时硬件工程师说这样能省掉一个 FIFO 芯片，确实做到了。

配置要点：

• 源地址：外设 A 的数据寄存器
• 目的地址：外设 B 的数据寄存器
• 地址增长模式：源固定，目的固定
• 数据宽度：源和目的的数据宽度必须一致（比如都是 8 位）
• 流控：通常由源外设的请求信号触发

3.6 四种传输类型的核心差异对比

对比维度	M2M	M2P	P2M	P2P
源地址增长	递增	递增	固定	固定
目的地址增长	递增	固定	递增	固定
缓存一致性风险	高	中	高	无
典型触发方式	软件触发	外设请求	外设请求	外设请求
调试难度	中	低	高	高

3.7 知识结构图：DMA 传输类型与数据流向

3.8 实际调试中的选择建议

说了这么多，到底怎么选？我个人的经验是：

• 数据拷贝、内存整理：用 M2M，但一定要处理好 Cache
• 发送数据到串口、音频输出：用 M2P，注意突发长度不要超过 FIFO 深度
• ADC 采样、摄像头数据：用 P2M，配合双缓冲和 Cache 无效化
• 协议转换、数据转发：用 P2P，但先确认外设之间能握手