4. DMA传输模式：内存到内存、内存到外设、外设到内存的传输流程

DMA传输模式，说白了就是数据搬运的三种基本路线。我做了这么多年芯片验证，发现很多工程师对这三种模式的理解停留在表面，真正写起代码来就容易出问题。今天咱们就把它彻底讲透。

4.1 三种传输模式的核心区别

先看一张总览图，把三种模式的路径画清楚：

DMA三种传输模式路径图 系统内存 DDR/SRAM 地址空间: 0x8000_0000 外设 UART/SPI/I2C FIFO/寄存器 DMA控制器 通道0/1/2/3 ① Mem-to-Mem ② Mem-to-Peri ③ Peri-to-Mem ● 内存到内存：数据从一个内存区域搬到另一个区域 ● 内存到外设：内存数据发送给外设（如UART发送） ● 外设到内存：外设数据存入内存（如ADC采样）

三种模式的区别，本质上就是源地址和目标地址落在哪个地址空间。我个人习惯用一张表来快速区分：

传输模式 源地址 目标地址 典型场景
内存→内存 内存空间 内存空间 数据拷贝、缓冲区刷新
内存→外设 内存空间 外设地址空间 UART发送、DAC输出
外设→内存 外设地址空间 内存空间 ADC采样、UART接收

4.2 内存到内存传输（Mem-to-Mem）

这种模式最简单，也最容易被忽视。说白了就是把一块内存的数据搬到另一块内存。你想想看，CPU也能干这事，为什么要用DMA？

原因很简单：解放CPU。 我在项目中遇到过一个大Buffer的数据拷贝，如果用CPU的memcpy，整个系统要卡顿几十毫秒。换成DMA后，CPU该干嘛干嘛，数据拷贝在后台悄悄完成。

核心配置要点：
  • 源地址：内存中的源缓冲区地址
  • 目标地址：内存中的目标缓冲区地址
  • 传输长度：以字节为单位，注意对齐要求
  • 地址递增：通常源和目标都递增（搬一整块数据）

代码示例（以Xilinx AXI DMA为例）：

// 内存到内存传输配置
XDma_Config *Config;
XDma *DmaInstance;

// 初始化DMA
Config = XDma_LookupConfig(XPAR_AXI_DMA_0_DEVICE_ID);
XDma_CfgInitialize(DmaInstance, Config);

// 设置源地址和目标地址（内存地址）
u32 SrcAddr = 0x10000000;  // 源缓冲区
u32 DstAddr = 0x20000000;  // 目标缓冲区
u32 Length  = 1024;        // 传输1024字节

// 启动DMA传输（MM2S通道）
XDma_SimpleTransfer(DmaInstance, SrcAddr, Length, XDMA_MM2S_CHANNEL);
XDma_SimpleTransfer(DmaInstance, DstAddr, Length, XDMA_S2MM_CHANNEL);

// 等待传输完成
while(!XDma_IsDone(DmaInstance));
⚠️ 避坑指南： 我曾经在调试时发现DMA传输的数据总是错位，查了半天才发现是源地址没有按4字节对齐。AXI总线对非对齐访问有性能惩罚，严重时直接报错。所以务必保证地址按总线宽度对齐。

4.3 内存到外设传输（Mem-to-Peri）

这种模式在嵌入式系统中非常常见。比如你要通过UART发送一包数据，传统做法是CPU一个字节一个字节地写寄存器。用DMA的话，你只需要告诉它「去内存拿数据，送到UART的发送FIFO」，剩下的DMA帮你搞定。

为什么会这样？因为外设的地址空间通常不递增。你想想看，UART的发送寄存器就一个地址，每次写同一个地址，数据就发出去了。所以DMA的目标地址要固定，不能递增。

参数 配置值 说明
源地址 内存缓冲区地址 递增（读取数据）
目标地址 外设寄存器地址 固定（不递增）
传输宽度 与外设数据宽度匹配 如UART为8位
触发方式 软件触发或外设请求 通常由CPU启动
💡 个人经验： 我建议在配置Mem-to-Peri传输时，先确认外设的FIFO深度。如果FIFO太浅，DMA传输速度又太快，可能会造成数据溢出。我一般会在外设端加一个流控信号，让DMA等一等。

4.4 外设到内存传输（Peri-to-Mem）

这种模式是数据采集系统的核心。ADC采样、UART接收、SPI读取，都靠它。说白了就是外设产生数据，DMA负责把数据搬到内存里存起来。

嗯，这里要注意一个关键点：外设什么时候产生数据？ 你不知道，CPU也不知道。所以DMA必须能响应外设的请求信号。外设每准备好一个数据，就拉高请求信号，DMA搬一个数据。

我记得有一次调试一个高速ADC采集系统，采样率是100Msps，数据量巨大。如果用CPU中断去读，根本来不及。后来用DMA的Peri-to-Mem模式，配合乒乓Buffer，完美解决了数据丢失的问题。

关键配置：
  • 源地址固定：外设的数据寄存器地址，不递增
  • 目标地址递增：内存缓冲区，每搬一个数据地址+1
  • 传输完成中断：当搬完指定长度的数据后，通知CPU处理
  • 循环模式：如果外设持续产生数据，可以配置循环传输

代码示例（外设到内存的循环模式）：

// 配置外设到内存的循环传输
// 外设地址：0x40000000（假设是ADC数据寄存器）
// 内存地址：0x30000000（缓冲区）
// 缓冲区大小：4096字节

XDma_SetTransferMode(DmaInstance, XDMA_S2MM_CHANNEL, XDMA_CYCLIC_MODE);
XDma_SetSrcAddress(DmaInstance, XDMA_S2MM_CHANNEL, 0x40000000);
XDma_SetDstAddress(DmaInstance, XDMA_S2MM_CHANNEL, 0x30000000);
XDma_SetTransferLength(DmaInstance, XDMA_S2MM_CHANNEL, 4096);

// 使能外设请求信号
XDma_EnablePeripheralRequest(DmaInstance, XDMA_S2MM_CHANNEL);

// 启动传输（等待外设请求）
XDma_Start(DmaInstance, XDMA_S2MM_CHANNEL);

// 当传输完成4096字节后，产生中断
// CPU在中断服务程序中处理数据
void DMA_ISR() {
    if(XDma_IsDone(DmaInstance)) {
        // 处理缓冲区数据
        ProcessBuffer(0x30000000, 4096);
        // 重新启动下一次传输
        XDma_Start(DmaInstance, XDMA_S2MM_CHANNEL);
    }
}

4.5 三种模式的对比总结

最后，我用一个表格把三种模式的关键差异列出来，方便你对照：

对比项 内存→内存 内存→外设 外设→内存
源地址递增 是 是 否（固定）
目标地址递增 是 否（固定） 是
触发方式 软件触发 软件触发 外设请求触发
传输方向 双向（内部） 单向（输出） 单向（输入）
典型应用 数据拷贝、图像处理 UART发送、DAC输出 ADC采样、UART接收
调试难度 低 中 高（时序敏感）

我个人觉得，这三种模式里最难调试的是外设到内存。因为外设的时序不可控，你永远不知道下一个数据什么时候来。我曾经花了两天时间查一个Peri-to-Mem的问题，最后发现是外设的请求信号毛刺太多，导致DMA误触发。从那以后，我养成了一个习惯：在外设请求信号上加一个同步器和去毛刺电路。

好了，三种传输模式就讲到这里。你只要记住一句话：源和目标地址的递增/固定组合，决定了传输模式。剩下的就是根据具体外设的特性去配置参数了。

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