DMA 基础概念：控制器工作原理、传输类型与关键寄存器
大家好，我是你们这堂课的主讲。今天咱们聊聊 DMA——直接存储器访问。这玩意儿，说白了就是给 CPU 配了个专职的“数据搬运工”。
我早年做一款工业相机的时候，CPU 要一边处理图像算法，一边还得把传感器数据往内存里搬。结果呢？帧率上不去，CPU 占用率却飙到 90%。后来上了 DMA，CPU 瞬间就“解放”了，帧率翻了一倍。从那时起我就明白：搞嵌入式，不懂 DMA 就是白干。
DMA 控制器的工作原理
DMA 控制器，你可以把它想象成一个独立的小处理器。它不跑你的业务代码，只干一件事：搬数据。
它的工作流程其实很简单，就三步：
- CPU 下达指令：你告诉 DMA：“从地址 A 搬 N 个字节到地址 B，搬完了告诉我一声。”
- DMA 接管总线：DMA 向 CPU 请求总线控制权。CPU 让出总线，DMA 开始干活。
- DMA 完成传输：数据搬完，DMA 释放总线，然后发个中断通知 CPU：“活干完了，你来处理吧。”
这里有个关键点：总线仲裁。CPU 和 DMA 不能同时用总线。谁用？得有个裁判。常见的仲裁方式有“固定优先级”和“轮询”两种。我习惯在低延迟场景用固定优先级，让 DMA 优先，保证数据不丢。
核心要点：DMA 的本质是“卸载 CPU 的 I/O 负担”。它让 CPU 从繁琐的数据搬运中解脱出来，专心做计算和控制。
下面这张图，画的就是 DMA 传输的完整流程。你一看就明白。
DMA 的两种核心传输类型
DMA 能搬的数据，无非就两个来源：内存和外设。所以传输类型也分两种。
1. 内存到内存（Memory-to-Memory）
这种模式，说白了就是把数据从内存的一块区域搬到另一块区域。比如你把一个数组复制到另一个数组，或者做内存拷贝。
我当年做音频处理时，经常需要把录音缓冲区里的数据搬到处理缓冲区。用 CPU 的 memcpy？太慢了。用 DMA 的 Mem-to-Mem 模式，一次传输几 KB，CPU 完全不用管，效率高得多。
小技巧：Mem-to-Mem 传输通常需要软件触发启动。你设置好源地址、目的地址和长度，然后写一个启动位，DMA 就开始干活了。
2. 外设到内存（Peripheral-to-Memory）
这是最常用的模式。外设（比如 ADC、UART、SPI）产生数据，DMA 自动把数据搬到内存里。
举个例子：你用一个 SPI 接口的传感器，每 1ms 产生 100 个字节。如果没有 DMA，CPU 每 1ms 就要被中断一次，去读 SPI 数据寄存器。有了 DMA，你只需要配置好 SPI 的 DMA 请求，数据就会自动流到内存缓冲区。CPU 呢？该干嘛干嘛。
反过来，内存到外设（Memory-to-Peripheral）也是一样的道理。比如你要通过 DAC 播放一段音频，DMA 可以把内存里的音频数据自动喂给 DAC，CPU 只需要告诉 DMA：“开始搬吧。”
| 传输类型 | 数据流向 | 典型场景 | 触发方式 |
|---|---|---|---|
| 内存到内存 | 内存 → 内存 | 数据拷贝、缓冲区搬移 | 软件触发 |
| 外设到内存 | 外设 → 内存 | ADC 采样、UART 接收 | 硬件请求 |
| 内存到外设 | 内存 → 外设 | DAC 输出、SPI 发送 | 硬件请求 |
关键寄存器解析
配置 DMA，说白了就是填几个寄存器。不同芯片的寄存器名字可能不一样，但核心逻辑是相通的。我以最常见的 ARM Cortex-M 系列为例，给你拆解一下。
1. 源地址寄存器（DMA_SAR / SRC_ADDR）
这个寄存器存的是数据来源的地址。如果是外设到内存，源地址就是外设的数据寄存器地址。如果是内存到内存，源地址就是源缓冲区的地址。
2. 目的地址寄存器（DMA_DAR / DST_ADDR）
数据要搬到哪去？就写在这里。目的地址可以是内存地址，也可以是外设的数据寄存器地址。
3. 传输计数寄存器（DMA_NDTR / CNT）
这个寄存器告诉 DMA：“你要搬多少个数据单元？” 注意，是“数据单元”，不是字节。单元大小由后面的配置决定。
我曾经踩过的坑：有一次我配置 DMA 传输，计数寄存器写的是字节数，但数据宽度设的是 32 位。结果 DMA 只搬了四分之一的数。后来我才发现，计数寄存器的值是以“数据宽度”为单位的。比如你设数据宽度为 32 位，计数为 100，那实际传输的是 100 个 32 位数据，也就是 400 个字节。
4. 控制寄存器（DMA_CR / CTRL）
这个寄存器是 DMA 的“大脑”。里面包含：
- 数据宽度：8 位、16 位还是 32 位？
- 地址增量模式：源地址和目的地址是否自动递增？
- 传输方向：内存到内存、外设到内存还是内存到外设？
- 循环模式：传输完成后是否自动从头开始？
- 中断使能：传输完成、传输错误等中断是否开启？
5. 状态寄存器（DMA_SR / STATUS）
这个寄存器告诉你 DMA 当前的状态：是否正在传输？有没有发生错误？传输完成标志位有没有置位？
下面这个表格，把关键寄存器的作用和配置要点总结了一下。
| 寄存器 | 作用 | 配置要点 |
|---|---|---|
| 源地址寄存器 | 指定数据来源地址 | 外设模式时填外设地址；内存模式时填内存地址 |
| 目的地址寄存器 | 指定数据目标地址 | 注意地址对齐（32 位数据需 4 字节对齐） |
| 传输计数寄存器 | 指定传输的数据单元数量 | 单位是“数据宽度”，不是字节 |
| 控制寄存器 | 配置传输模式、方向、宽度等 | 循环模式慎用，防止数据覆盖 |
| 状态寄存器 | 查询传输状态和错误标志 | 传输完成后记得清除标志位 |