3. DMA 传输模式详解

DMA 控制器支持多种传输模式，以适应不同硬件场景下的数据搬运需求。理解每种模式的触发条件、数据流向和适用场景，是进行驱动性能调优的基础。本章将逐一剖析四种核心模式：内存到内存（Mem2Mem）、内存到外设（Mem2Periph）、外设到内存（Periph2Mem）以及循环模式（Circular Mode）。

3.1 模式分类与核心差异

下表从数据源、目的地、触发方式与典型用途四个维度，对四种模式进行横向对比：

3.2 内存到内存（Mem2Mem）模式

Mem2Mem 模式是最纯粹的 DMA 数据搬运模式。它不需要外设请求信号，一旦软件配置完成并启动，DMA 控制器会立即开始从源地址读取数据，并写入目的地址，直到传输计数归零。

关键特征：

• 软件触发： 无需等待硬件事件，启动即执行。
• 双总线占用： 读总线和写总线同时工作，对系统总线压力最大。
• 常用于： 内存拷贝（类似 memcpy）、图像数据格式转换、协议栈数据搬移。

// 配置 Mem2Mem 传输
DMA_HandleTypeDef hdma_mem2mem;
hdma_mem2mem.Instance = DMA1_Channel1;
hdma_mem2mem.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY;
hdma_mem2mem.Init.PeriphInc = DMA_PINC_ENABLE;   // 源地址递增
hdma_mem2mem.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;      // 目的地址递增
hdma_mem2mem.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
hdma_mem2mem.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
hdma_mem2mem.Init.Mode = DMA_NORMAL;             // 单次传输
HAL_DMA_Init(&hdma_mem2mem);

// 启动传输（阻塞等待完成）
HAL_DMA_Start(&hdma_mem2mem, (uint32_t)src_buf, (uint32_t)dst_buf, 1024);
HAL_DMA_PollForTransfer(&hdma_mem2mem, HAL_DMA_FULL_TRANSFER, HAL_MAX_DELAY);

3.3 内存到外设（Mem2Periph）模式

Mem2Periph 模式用于将内存中的数据发送到外设。DMA 控制器等待外设发出的“发送请求”（TX Request）信号，每次请求到来时，从内存读取一个数据单元并写入外设的数据寄存器。

关键特征：

• 外设触发： 传输节奏由外设的发送能力决定。
• 单总线占用： 读内存占用总线，写外设通常不占用系统总线（通过外设总线桥）。
• 常用于： UART 发送、SPI 主模式发送、DAC 波形输出。

3.4 外设到内存（Periph2Mem）模式

Periph2Mem 是数据采集场景的核心模式。外设（如 ADC、I2S、Camera 接口）在准备好数据后，发出“接收请求”（RX Request），DMA 控制器将外设数据寄存器中的值读取并写入内存缓冲区。

关键特征：

• 外设触发： 数据到达即触发传输，无需 CPU 轮询。
• 单总线占用： 读外设不占用系统总线，写内存占用写总线。
• 常用于： ADC 连续采样、音频录制、摄像头数据捕获。

3.5 循环模式（Circular Mode）

循环模式是 Periph2Mem 或 Mem2Periph 的增强变体。当 DMA 传输完设定的数据量后，不会产生完成中断并停止，而是自动将地址指针重置到缓冲区起始位置，继续下一轮传输。这使得缓冲区形成一个逻辑上的环形队列。

关键特征：

• 自动回绕： 传输计数器到达零后自动重载，地址指针回到起点。
• 连续流式： 无需 CPU 干预即可实现无限连续传输。
• 常用于： 音频流、连续 ADC 采样、数字麦克风数据读取。

3.6 模式选择决策流程

在实际驱动开发中，选择哪种 DMA 模式取决于数据流向和触发源。以下决策流程可以帮助快速确定模式：

1. 判断数据源和目标：
   • 如果源和目标都是内存 → Mem2Mem
   • 如果源是内存，目标是外设 → Mem2Periph
   • 如果源是外设，目标是内存 → Periph2Mem
2. 判断是否需要连续流式传输：
   • 如果是连续采样或流式数据 → 在 Periph2Mem 或 Mem2Periph 基础上启用 Circular Mode
   • 如果是单次传输或批量处理 → 使用 Normal Mode
3. 判断是否需要双缓冲：
   • 如果 CPU 处理速度跟不上 DMA 填充速度 → 启用 Double Buffer（部分 DMA 控制器支持）
   • 如果缓冲区足够大或处理速度足够快 → 单缓冲即可