1. DMA 基础：从原理到关键参数，一次说透
大家好，我是你们的嵌入式系统讲师。今天咱们正式开讲 DMA——直接存储器访问。说实话，我入行那会儿总觉得 DMA 是个「黑魔法」，搞得神神秘秘的。后来亲手调了几个项目，踩了坑才明白，它就是个让你 CPU 能偷偷懒的好工具。
DMA 的全称是 Direct Memory Access。说白了，它允许外设和存储器之间直接交换数据，不用 CPU 一字节一字节地搬。CPU 只需要告诉 DMA 控制器：「把 A 地址的数据，搬 B 地址去，搬完通知我。」然后 CPU 就可以去干别的活了。
核心思想：让 CPU 从繁重的数据搬运中解放出来，把算力用在刀刃上。
1.1 DMA 工作原理
DMA 控制器本质上是一个硬件状态机。它内部有若干个寄存器，包括源地址寄存器、目标地址寄存器、传输计数器、控制寄存器等。我给你画了个简图，看看数据流过哪些环节。
流程不复杂：CPU 先给 DMA 控制器配置好源地址、目的地址、数据长度。然后 DMA 向总线仲裁器申请总线使用权。拿到总线后，它就自动从源端读一个数据，写到目的端，计数器减一。如此反复，直到计数器归零。最后 DMA 向 CPU 发个中断，说「搬完了」。
个人经验：我刚开始用 DMA 时，总忘记检查传输完成标志位就操作数据缓冲区。结果读到的全是旧数据。记住：一定要等 DMA 中断或轮询完成标志再访问目标缓冲区。
1.2 DMA 传输类型
根据数据流向，DMA 传输分三种。我把它们整理了一张表，对比着看更清楚。
| 传输类型 | 数据流向 | 典型应用场景 | 我踩过的坑 |
|---|---|---|---|
| 内存→内存 | RAM 某区域 → RAM 另一区域 | 数据拷贝、图像帧缓冲交换、快速排序辅助区 | 源和目的地址重叠时，数据会被覆盖 |
| 内存→外设 | RAM → 外设 FIFO/寄存器 | DAC 波形输出、LCD 刷新、SPI 发送 | 外设 FIFO 深度不足，不配合流控会丢失数据 |
| 外设→内存 | 外设 FIFO/寄存器 → RAM | ADC 采样数据采集、UART 接收、I²S 音频输入 | 缓冲区大小没对齐边界，DMA 会卡死 |
避坑指南：我曾经在一个音频采集项目里，用外设→内存 DMA 采集 I²S 数据。因为没开循环模式，缓冲区溢出后 DMA 直接停止工作，系统死机。后来我改用双缓冲 + 中断切换才解决。
内存→内存的 DMA 在 Cortex-M 系列 MCU 里通常只有少数 DMA 通道支持（比如 STM32 的 DMA2）。外设的 DMA 请求线是固定的——比如 USART1_TX 只能接 DMA1 通道4。查手册时别忘了确认。
1.3 DMA 关键参数
配置 DMA 时，有三个参数必须理解透彻：通道、优先级和传输宽度。搞错一个，轻则数据错乱，重则系统死锁。
1.3.1 通道（Channel）
DMA 控制器通常有多个通道，每个通道可以独立配置源/目的地址。但通道与外设之间的映射是硬连线的。举个例子，STM32F4 的 DMA1 有 8 个通道，每个通道固定连接若干外设请求。你不能把 SPI2_RX 硬塞给 DMA1 通道3——它会毫无反应。
我的习惯：做项目前先画一张「通道-外设映射表」贴在工位上。我见过同事把 ADC1 的 DMA 通道配错了，查了一天 bug。
1.3.2 优先级（Priority）
当多个 DMA 通道同时请求总线时，优先级高的先执行。常见分 4 级：低、中、高、最高（或编程可配）。但注意，优先级不是万能的。
- 高优先级通道会抢占低优先级通道的传输，但正在进行的低优先级传输不会被打断——要等当前这个字节传完才切换。
- 同优先级按通道编号轮询（硬件决定）。
- 小心死锁：如果高优先级通道频繁申请总线，低优先级通道可能永远得不到服务。
曾经有一次：我做多路 ADC 同步采集，把优先级最高的通道给了最快的 ADC。结果其他外设（比如 UART）的 DMA 传输被活活饿死，串口丢包严重。最后我改成轮询模式才稳住。
1.3.3 传输宽度（Transfer Width / Data Size）
每次 DMA 搬运一个单元的数据宽度。常见有 8 位（字节）、16 位（半字）、32 位（字）。宽度必须和源/目的端的数据宽度匹配。比如外设寄存器是 32 位的，你配成 8 位，数据会 truncated，高位丢失。
对齐问题：源地址和目的地址都要按传输宽度对齐。32 位传输要求地址是 4 的倍数，否则硬件会报错或产生对齐异常。我曾在某 ARM 芯片上试过未对齐的 32 位 DMA，结果直接 HardFault。
| 传输宽度 | 地址对齐要求 | 典型外设 |
|---|---|---|
| 8 位（byte） | 任意地址 | UART、SPI (8-bit 模式) |
| 16 位（half-word） | 2 字节对齐 | I²S、定时器 PWM 输入捕获 |
| 32 位（word） | 4 字节对齐 | ADC 多通道数据、DAC 输出 |
一个小技巧：配置传输宽度时，可以把源和目的宽度设成不同值吗？部分 DMA 支持「宽度自动转换」，比如源是 8 位、目的是 32 位，DMA 会自动拼接 4 个字节成一个字。但你要确认芯片手册是否支持该模式，我见过有人没注意这个限制，数据顺序全乱了。
1.4 小结一下
DMA 的基础其实就三件事：
工作原理—— CPU 撒手，硬件搬运。
三种传输—— 内存到内存、内存到外设、外设到内存，各有各的脾气。
关键参数—— 通道要对，优先级别饿着别人，宽度必须对齐。