3. DMA 传输类型详解：内存到内存、内存到外设、外设到内存、外设到外设传输的差异与配置

DMA 控制器支持的传输类型决定了数据在系统总线上的流动路径。根据源端和目标端的不同，DMA 传输可分为四种基本类型：内存到内存、内存到外设、外设到内存和外设到外设。每种类型在硬件触发方式、地址递增规则、传输粒度以及驱动配置上存在显著差异。

3.1 四种传输类型的架构对比

下图展示了四种 DMA 传输类型在系统总线上的数据流向。箭头方向代表数据移动方向，控制信号线（DREQ/DACK）仅在外设参与时出现。

3.2 传输类型核心差异表

下表从触发方式、地址模式、流控角色、典型场景和驱动配置要点五个维度对比四种传输类型：

3.3 内存到内存传输详解

内存到内存（Mem2Mem）是最简单的 DMA 传输形式，数据在系统内存的两个区域之间移动，不涉及任何外设硬件握手。该类型通常用于快速内存拷贝、帧缓冲复制或数据整理。

3.3.1 配置要点

• 触发方式： 软件写 DMA 通道使能位，无需等待 DREQ 信号。
• 地址模式： 源地址和目标地址均设置为递增模式（DMA_MEM_TO_MEM）。
• 数据宽度： 通常与系统总线宽度一致（32 位或 64 位），以获得最佳带宽。
• 传输完成： 依赖传输计数（Transfer Count）归零中断。

3.3.2 典型代码片段（伪寄存器配置）

/* 内存到内存 DMA 通道配置伪代码 */
dma_channel->src_addr      = (uint32_t)src_buf;
dma_channel->dst_addr      = (uint32_t)dst_buf;
dma_channel->transfer_size = 1024;          /* 传输字节数 */
dma_channel->src_inc       = DMA_ADDR_INC;  /* 源地址递增 */
dma_channel->dst_inc       = DMA_ADDR_INC;  /* 目标地址递增 */
dma_channel->data_width    = DMA_WIDTH_32;  /* 32 位传输 */
dma_channel->flow_ctrl     = DMA_FLOW_DMA;  /* DMA 流控 */
dma_channel->trigger_mode  = TRIGGER_SOFT;  /* 软件触发 */
dma_channel->enable        = 1;             /* 启动传输 */

3.4 内存到外设传输详解

内存到外设（Mem2Periph）传输将数据从系统内存搬运到外设的 FIFO 或数据寄存器。典型应用包括 LCD 显示刷新、DAC 波形输出、SPI 数据发送等。

3.4.1 硬件握手流程

1. 外设准备好接收数据时，断言 DREQ（DMA Request）信号。
2. DMA 控制器响应 DREQ，从内存读取一个数据单元（burst 大小由 maxburst 决定）。
3. DMA 将数据写入外设的数据寄存器或 FIFO。
4. 外设消费数据后，撤销 DREQ 或再次断言以请求下一个数据。

3.4.2 驱动配置关键

/* Linux DMA Engine slave 配置示例：内存到外设 */
struct dma_slave_config config = {
    .direction           = DMA_MEM_TO_DEV,
    .src_addr            = 0,                    /* 由 DMA API 自动填充 */
    .dst_addr            = (dma_addr_t)uart_tx_fifo,
    .src_addr_width      = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES,
    .dst_addr_width      = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_1_BYTE,  /* UART 每次 1 字节 */
    .src_maxburst        = 16,                   /* 每次 burst 16 字节 */
    .dst_maxburst        = 1,                    /* 外设每次只接收 1 字节 */
    .device_fc           = false,                /* DMA 流控 */
};

3.5 外设到内存传输详解

外设到内存（Periph2Mem）是数据采集类驱动的核心传输类型。外设产生数据后通过 DREQ 通知 DMA，DMA 将数据从外设 FIFO 搬运到系统内存缓冲区。

3.5.1 与 Mem2Periph 的对称性

Periph2Mem 与 Mem2Periph 在配置上呈镜像对称关系：

• 源地址固定（外设 FIFO），目标地址递增（内存缓冲区）。
• DREQ 由外设断言（数据就绪），而非外设请求发送。
• 中断触发时机通常为“传输完成”或“半传输完成”（用于 ping-pong 缓冲）。

3.5.2 环形缓冲区的典型配置

/* 外设到内存：ADC 采样数据搬运 */
struct dma_slave_config config = {
    .direction           = DMA_DEV_TO_MEM,
    .src_addr            = (dma_addr_t)adc_data_reg,
    .dst_addr            = 0,                    /* 由 DMA API 自动填充 */
    .src_addr_width      = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_2_BYTES,  /* ADC 16 位 */
    .dst_addr_width      = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_2_BYTES,
    .src_maxburst        = 1,                    /* ADC 单次采样 */
    .dst_maxburst        = 16,                   /* 内存端 burst 写入 */
    .device_fc           = false,
};

/* 启动循环传输（环形缓冲区） */
dma_engine->dst_inc      = DMA_ADDR_INC;
dma_engine->src_inc      = DMA_ADDR_NOINC;
dma_engine->circular     = 1;                    /* 使能循环模式 */

3.6 外设到外设传输详解

外设到外设（Periph2Periph）传输是最复杂的 DMA 类型，数据从一个外设的 FIFO 直接搬运到另一个外设的 FIFO，不经过系统内存。典型场景包括 SPI 环回测试、I2S 音频数据路由、数字信号处理器的数据转发。

3.6.1 特殊约束

3.6.2 配置示例

/* 外设到外设：SPI 主机接收直接转发到 UART 发送 */
struct dma_slave_config config = {
    .direction           = DMA_DEV_TO_DEV,
    .src_addr            = (dma_addr_t)spi_rx_fifo,
    .dst_addr            = (dma_addr_t)uart_tx_fifo,
    .src_addr_width      = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_1_BYTE,
    .dst_addr_width      = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_1_BYTE,
    .src_maxburst        = 4,                    /* SPI 每次 4 字节 */
    .dst_maxburst        = 4,                    /* UART 每次 4 字节 */
    .device_fc           = true,                 /* 外设流控 */
};

/* 地址模式：双固定 */
dma_engine->src_inc      = DMA_ADDR_NOINC;
dma_engine->dst_inc      = DMA_ADDR_NOINC;

3.7 传输类型选择决策树

在驱动开发中，选择正确的传输类型直接影响系统性能和稳定性。以下决策树可帮助快速判断：

3.8 驱动开发常见陷阱与避坑指南