📚 课程目录第3章 DMA传输类型

第 3 章 DMA 传输类型：四种核心模式

3.1 从一根数据线说起

DMA 的传输类型，说白了就是数据从哪里来、到哪里去。我刚开始做驱动时，总觉得这玩意儿简单——不就是搬数据嘛。但后来调试一次 SPI 外设时才发现，选错了传输类型，性能直接腰斩。

常见的 DMA 传输有四种：内存到内存、外设到内存、内存到外设、链式（Scatter-Gather）。它们各有各的脾气，咱们一个一个过。

3.2 内存到内存（Memory-to-Memory）

这种模式下，源和目标都是系统内存。DMA 控制器的搬运路径：内存 A → 内存 B。
典型场景：图像帧拷贝、协议栈零拷贝、加密算法的输入输出缓冲区。我在项目中用它加速过摄像头帧的预处理，比 CPU memcpy 快 3 倍。

配置要点：

需要设置 M2M 模式位（通常在 DMA_CCR 寄存器）。
源地址和目标地址都必须是可寻址的内存区。
注意对齐：32 位总线建议 4 字节对齐，否则会触发总线错误。

⚠ 我曾经踩过的坑： 有些 DMA 控制器硬件不支持 M2M 模式！比如 STM32F1 的 DMA1 就只支持外设相关传输，你用 M2M 会直接挂掉。一定要先查芯片手册的 DMA 特性表。

3.3 外设到内存（Peripheral-to-Memory）

外设产生数据，DMA 把它搬到内存。典型路径：UART/USART RX → 内存 buffer / ADC 采样值 → 内存数组。

这是个单向传输，外设通常是固定地址（如 USART_DR），内存地址递增。我调试一个音频输入项目时，就用 P2M 把 I2S 的左右声道数据直接灌到环形缓冲区。

寄存器关键配置：

字段	说明	常用值
源地址模式	外设地址固定不变	PINC = 0
目标地址模式	内存地址自动递增	MINC = 1
传输方向	外设 → 内存	DIR = 0 (对外设读取)

💡 个人习惯： 我会优先为 P2M 传输开中断或使用双缓冲，避免数据溢出。尤其在高波特率 UART 场景，一个字节漏掉就可能导致协议帧错乱。

3.4 内存到外设（Memory-to-Peripheral）

方向反过来：内存 → 外设。比如播放音频时，DMA 从内存中的 PCM 数据送到 I2S 控制器 TX 寄存器。

我印象最深的是驱动一个 LED 矩阵屏。数据量不大但需要精确时序，用 M2P 模式把显存内容搬到 SPI 移位寄存器，CPU 几乎零负担。

配置注意：

源地址递增，目标地址固定（外设寄存器）。
外设的“请求信号”要正确连接。有些 SoC 的外设需要软件触发。
如果外设 FIFO 深度很小（比如 4 字节），传输宽度和外设宽度必须匹配，否则会丢数据。

  实战案例： 我在调 SDIO 写卡时，曾经因为 DMA 传输宽度设为 32 位，而 SDIO 控制器寄存器只支持 16 位访问，结果数据写错位置。后来改成 16 位 + 半字对齐，问题解决。

3.5 链式传输（Scatter-Gather）

这是最强大的模式——用描述符链表管理多个不连续的内存块。你想想看，当你的数据分散在 8 个不同的 buffer 中，但外设要求连续发送，怎么办？用链式 DMA，一个描述符链搞定。

链式传输本质上是一张“传输任务表”：每个描述符包含源地址、目标地址、传输长度、控制标志、下一个描述符指针。DMA 控制器自动遍历链表，完成一次完整的数据搬运。

典型场景：

网络协议层：多个 TCP segment 分散在不同 skb 中。
多媒体系统：视频帧的 YUV 分量存在三个独立 buffer。
文件系统：用户态 buffer 不连续，用 SG 一次提交。

配置要点：

描述符数据结构必须 8 字节或 16 字节对齐（取决于 MCU）。
最后一个描述符的“链接”位必须清 0，否则会非法循环。
如果用缓存的描述符内存，记得传输前做 cache flush，完成后做 cache invalidate。

⚠ 我曾经遇到的大坑： 某 ARM 平台的 DMA 描述符指针要求 32 字节对齐，我按 16 字节做了，结果 DMA 控制器读描述符时随机出错。这类 bug 很难复现，后来用 trace 抓总线才查到。切记：对齐要求以芯片手册为准，别信经验值。

3.6 四种模式对比一览

模式	源地址行为	目标地址行为	典型触发方式	适用场景
M2M	递增	递增	软件触发（或自动连续）	memcpy、加密缓冲
P2M	固定	递增	外设请求（如 RXNE）	串口接收、ADC 采集
M2P	递增	固定	外设请求（如 TXE）	音频播放、SPI 发送
SG	按描述符不定	按描述符不定	触发一次，遍历链表	网络、音视频、文件 I/O

3.7 避坑总结（老司机版）

  对齐错乱： 描述符或 buffer 首地址未按 DMA 控制器要求对齐，数据会跑偏。
缓存一致性问题： 链式传输的描述符在 cacheable 区域，做完修改一定要 flush，否则 DMA 看到的是 stale 数据。我会在每次更新描述符后加 dma_map_single(..., DMA_TO_DEVICE)。
中断风暴： P2M 传输频繁触发中断，CPU 被拖死。用阈值触发或双缓冲转移。
死链表： 链式描述符的 next 指针变成野指针，或者环路。我在调试时用打印逐个打印链表确认。

好了，这四种类型你已经心里有数了。实际项目中不要盲选——先问自己三个问题：数据从哪来？到哪去？需不需要拼接？答案自然出来。我记得有一次帮同事排查 SD 卡驱动性能低的问题，他发现用的 M2M 而不是链式，导致每帧都要 CPU 整理碎片 buffer。改成 SG 后吞吐量翻倍。选对类型，事半功倍。