📚 课程目录第2章 DMA传输类型

DMA传输类型：内存到内存、内存到外设、外设到内存、循环链（LLI/Scatter-Gather）详解

咱们做嵌入式开发的，天天跟数据搬来搬去打交道。DMA 就是那个专门干搬砖活的“搬运工”。但不同场景下，搬运工干活的方式不一样。这一章我就把这四种传输类型给你讲透。

我个人习惯先看一张总图，再拆开细讲。你打开脑子里的缓存，先收下这张图：

好，咱们一个一个拆。

1. 内存到内存

这种最简单也最基础。说白了就是让DMA把数据从一个内存地址搬到另一个内存地址。CPU只用发个命令，然后就可以去干别的事。我印象很深，有一次处理摄像头采集的图像做颜色空间转换，8位图转24位图，CPU算的话每帧要好几毫秒。后来换成DMA内存到内存搬运加查表法，一帧降到几百微秒。

特点	说明
源和目标	都在内存地址空间
触发方式	软件触发（写触发寄存器或链式触发）
传输单元	字节/半字/字/双字，可配置
典型场景	内存拷贝、缓冲搬迁、图像重排、数字信号处理前处理

提示： 虽然是内存到内存，但有些DMA控制器要求源和目标的地址对齐到传输宽度。比如你传32位数据，地址必须4字节对齐。否则可能产生硬件错误或性能下降。所以写代码时最好把buffer按cache line对齐。

2. 内存到外设

这个场景你肯定熟悉——往外设送数据。比如用SPI发送一帧波形、用UART打印日志、用I2C给传感器写配置。DMA负责把内存里的数据源源不断喂给外设，CPU只管准备Buffer。

但要注意，外设的接收端通常是一个固定深度的FIFO。如果DMA传太快，FIFO满的时候外设会拉反压信号；如果传太慢，外设会空等。所以我个人的习惯是：一定开启DMA的传输完成中断，并且在外设的FIFO半满中断里做流量控制。碰到过一个坑：某款MCU的UART DMA在波特率115200下连续发送大包，FIFO满了之后DMA不停止，直接覆盖数据。后来我在DMA描述符里加了DST_REQ位，等外设请求信号才发下一段。

注意： 内存到外设传输中，外设的请求信号（比如TXE、TXFIFO_NOT_FULL）必须正确连接。如果DMA控制器和外设的请求线没配对，数据会卡死。我曾在调试音频输出时花了半天才发现是外设的DMA请求映射错了通道。所以先看芯片参考手册，“DMA Request Mapping”那张表一定要看清楚。

3. 外设到内存

反过来，外设采集数据往内存塞。典型的：ADC连续采样、摄像头像素流、USB接收、网卡收包。这时的挑战是——数据来得快且不确定。DMA要能及时把外设FIFO里的数据搬到内存，否则FIFO溢出丢数据。

我建议你用“双缓冲”或者“环形缓冲”配合DMA。比如ADC用双缓冲：当DMA填满第一块内存后，自动切换到第二块，同时触发中断让CPU处理第一块的数据。这样采集和处理完全流水线。

对比项	内存→外设	外设→内存
数据流向	内存 → 外设	外设 → 内存
主要风险	外设FIFO满，DMA停等	内存写覆盖或FIFO溢出
中断设计	传输完成+外设错误	传输完成+半传输(半满)+溢出
常用硬件	UART TX、SPI MOSI、I2C写	ADC、I2S RX、UART RX、SPI MISO

  核心原则： 外设到内存的DMA，外设的请求速率必须小于等于DMA服务速率。否则再好的中断也救不了FIFO溢出。可以用逻辑分析仪实际抓外设请求信号和DMA响应信号对比验证。

4. 循环链（LLI / Scatter-Gather）

这个最强大，也最容易踩坑。循环链（Linked List Item, LLI）也叫分散收集（Scatter-Gather, SG）。原理很简单：DMA不是只完成一个传输任务，而是通过链表描述多个不连续的源或目标内存块。每完成一块，自动加载下一个描述符，直到链尾。

典型的LLI描述符结构体长这样：

struct dma_lli {
    uint32_t src_addr;   // 源地址
    uint32_t dst_addr;   // 目标地址
    uint32_t transfer_len; // 本次传输长度（字节）
    uint32_t next_lli;   // 下一个描述符的物理地址（0表示链尾）
    uint32_t ctrl;       // 控制位（完成中断使能、传输方向等）
};

上电后，你只需把第一个描述符的地址告诉DMA控制器的链表基址寄存器，然后启动。DMA就会按链表自动跑。我做过一个网络加速器，用LLI把收到的多个以太网帧分别放到不同存储区，每个帧大小不同，照样一次触发搞定。不需要CPU逐个处理。

经验之谈： LLI描述符本身必须放在非cacheable的内存区域，或者DMA能直接访问的区域（比如SRAM、片上RAM）。如果放在cacheable的DDR里，要小心cache一致性问题。我之前一次系统挂掉，就是因为描述符在写完后被CPU cache持有，DMA读到了旧数据，指向了错误的地址。解决办法：用dma_alloc_coherent分配内存。

Scatter-Gather 和循环链其实是同一个概念的不同叫法。有些厂商叫LLI（比如ST、NXP），有些叫SG（比如TI、Xilinx）。内核里统一叫sg_table。但要注意：循环链既可以做成单向链表（每个描述符指向下一个），也可以做成环形链表（最后一个指向第一个），实现持续循环传输。

避坑指南： 循环链的最后一个描述符中next_lli一定要清0，否则DMA会读到随机地址并执行非法操作。更高级的用法是设置最后一块描述符的int_en位，在传输完成时触发中断，而中间的描述块不触发中断，减少中断次数。我见过有人把每个描述符都开中断，结果中断风暴直接把系统拖垮。

几种类型的选择策略

讲到这里你可能要问了：“那我到底该用哪种？” 我自己的选择法则很简单，列成表格你参考：

传输需求	推荐类型	原因
两块连续内存之间的拷贝	内存→内存	简单，资源消耗少
单次发送/接收固定长度数据到外设	内存↔外设（一次传输）	配置快，中断少
连续采集/输出，且数据块非对称	内存↔外设 + 循环链	灵活，无中断停顿
大文件或网络包，内存不连续	循环链（Scatter-Gather）	避免拷贝，节省内存带宽
高速音视频流，需要极低延迟	循环链（环形模式）	连续传输，无中断gap

最后提醒一句： 不管你用哪种传输类型，中断绑定和缓存一致性是两个永远绕不开的坎。下一章我们就要正式开始讲中断绑定——为什么在AMP（非对称多核）系统中，DMA中断必须绑定到指定核？因为如果随意分配，两个核同时处理同一个DMA中断，数据可能被乱改。我后来养成一个习惯：每个DMA通道在初始化时，明确指定它的target_cpu亲和性。

最后提醒一句： 不管你用哪种传输类型，中断绑定和缓存一致性是两个永远绕不开的坎。我开始做多核项目时，就吃过“DMA中断到处乱跑”的亏。所以建议你从一开始就在设计文档里标清楚每个DMA通道的核亲和性，后面能省很多debug时间。

这四种传输类型，我用了好多年。每次接触新SoC，我都会先翻DMA控制器的datasheet，看看它支持哪几种模式，然后快速做个benchmark。内存到内存和内存到外设基本是标配，循环链则在高性能场景下不可或缺。如果你打算做音视频、网络或者工业采集，循环链一定是你的好帮手。但记住——LLI描述符的cache一致性必须处理好，否则DMA跑起来扑朔迷离，调试到你怀疑人生。