4. DMA 传输配置：源地址/目的地址设置、传输宽度与传输计数中断

DMA（Direct Memory Access）传输配置是 RAW 图采集系统中连接采集前端与内存后端的核心桥梁。配置错误将直接导致数据错位、带宽浪费或帧丢失。本节从源/目的地址、传输宽度、传输计数与中断三个维度展开，结合 FPGA 与嵌入式 DSP 的典型寄存器模型进行讲解。

4.1 源地址与目的地址设置

DMA 传输的源地址通常指向采集前端（如 CMOS 传感器接口、FPGA 内部的 FIFO 或 AXI-Stream 接口）的地址空间；目的地址则指向系统内存（DDR3/DDR4 或 SRAM）中的帧缓冲区。在 RAW 图采集场景中，地址配置需关注以下要点：

• 源地址固定 vs. 递增：传感器接口通常为固定地址（如 FIFO 的读端口），而内存目的地址必须递增，以顺序存储像素数据。
• 地址对齐：目的地址必须与传输宽度对齐。例如 32 位传输时，目的地址需 4 字节对齐；若使用 AXI 总线，还需满足 16 字节或 64 字节的突发对齐要求。
• 行地址跳跃（Stride）：RAW 图通常按行存储，每行像素数可能不等于内存中的行跨度（Stride）。DMA 需支持每传输完一行后，目的地址自动加上 Stride 值，跳过行尾填充字节。

4.2 传输宽度配置（8/16/32 位）

传输宽度决定了 DMA 每次总线事务搬运的数据位数。在 RAW 图采集系统中，传输宽度的选择直接影响总线利用率和帧率上限。下表对比了三种常见配置的适用场景与性能特征：

4.3 传输计数与中断配置

传输计数（Transfer Count）决定了 DMA 在一次触发后搬运的数据总量。在 RAW 图采集中，传输计数通常与一帧图像的总字节数或一行像素的总字节数对应。中断则用于通知 CPU 传输完成，触发帧处理或下一帧配置。

4.3.1 传输计数设置策略

• 帧传输模式：传输计数 = 帧宽度（像素）× 帧高度（行）× 每像素字节数。适用于整帧采集完成后才需要处理数据的场景。
• 行传输模式：传输计数 = 帧宽度（像素）× 每像素字节数。每传输完一行触发一次中断，适用于需要逐行处理（如去噪、坏点校正）的低延迟场景。
• 链表传输模式（Scatter-Gather）：通过描述符链表将多行或帧的传输计数分散到多个 DMA 描述符中，实现非连续内存地址的连续传输。

4.3.2 中断配置与处理

中断配置是 DMA 效率优化的关键环节。过多中断会消耗 CPU 资源，过少中断则可能导致帧处理延迟。常见中断类型包括：

4.4 典型配置代码示例

以下代码展示了在嵌入式系统中配置 DMA 传输的典型流程，基于 STM32 的 DMA 控制器寄存器模型，但逻辑适用于大多数 FPGA/DSP 平台：

// DMA 传输配置结构体
typedef struct {
    uint32_t src_addr;      // 源地址（传感器 FIFO 地址）
    uint32_t dst_addr;      // 目的地址（帧缓冲区地址）
    uint32_t transfer_size; // 传输计数（字节数）
    uint8_t  width;         // 传输宽度：0=8位, 1=16位, 2=32位
    uint8_t  src_inc;       // 源地址递增模式：0=固定, 1=递增
    uint8_t  dst_inc;       // 目的地址递增模式：0=固定, 1=递增
    uint8_t  irq_enable;    // 中断使能：0=禁用, 1=使能
} DMA_Config_t;

// DMA 初始化函数
void DMA_Init(DMA_Config_t *cfg) {
    // 1. 设置源地址和目的地址
    DMA->SAR = cfg->src_addr;   // 源地址寄存器
    DMA->DAR = cfg->dst_addr;   // 目的地址寄存器

    // 2. 设置传输宽度
    switch (cfg->width) {
        case 0: // 8 位
            DMA->CR &= ~(3 << 8);  // 清除宽度位
            DMA->CR |= (0 << 8);   // 设置 8 位
            break;
        case 1: // 16 位
            DMA->CR &= ~(3 << 8);
            DMA->CR |= (1 << 8);   // 设置 16 位
            break;
        case 2: // 32 位
            DMA->CR &= ~(3 << 8);
            DMA->CR |= (2 << 8);   // 设置 32 位
            break;
    }

    // 3. 设置地址递增模式
    if (cfg->src_inc) {
        DMA->CR |= (1 << 6);   // 源地址递增使能
    } else {
        DMA->CR &= ~(1 << 6);  // 源地址固定
    }

    if (cfg->dst_inc) {
        DMA->CR |= (1 << 7);   // 目的地址递增使能
    } else {
        DMA->CR &= ~(1 << 7);  // 目的地址固定
    }

    // 4. 设置传输计数
    DMA->CNDTR = cfg->transfer_size;  // 传输计数寄存器

    // 5. 配置中断
    if (cfg->irq_enable) {
        DMA->CR |= (1 << 1);    // 传输完成中断使能
        NVIC_EnableIRQ(DMA_IRQn); // 使能 NVIC 中断
    } else {
        DMA->CR &= ~(1 << 1);   // 禁用中断
    }

    // 6. 使能 DMA
    DMA->CR |= (1 << 0);       // DMA 使能位
}

// DMA 中断服务函数
void DMA_IRQHandler(void) {
    if (DMA->ISR & (1 << 1)) {  // 检查传输完成标志
        // 清除中断标志
        DMA->IFCR |= (1 << 1);

        // 帧处理回调
        FrameProcessingCallback();

        // 重新配置下一帧（如果需要连续采集）
        DMA_Config_t next_cfg = {
            .src_addr  = SENSOR_FIFO_ADDR,
            .dst_addr  = NEXT_FRAME_BUFFER,
            .transfer_size = FRAME_SIZE_BYTES,
            .width     = 2,        // 32 位传输
            .src_inc   = 0,        // 源地址固定
            .dst_inc   = 1,        // 目的地址递增
            .irq_enable = 1
        };
        DMA_Init(&next_cfg);
    }
}