4. DMA控制器基础：DMA工作原理、传输类型与通道请求

直接存储器访问（Direct Memory Access, DMA）是嵌入式系统中实现高速数据传输的关键硬件机制。在SPI等外设驱动中，DMA能够在不占用CPU的情况下完成大量数据的搬移，是提升系统吞吐量的核心手段。本节将深入剖析DMA控制器的工作原理、三种传输类型以及通道与请求的映射关系。

4.1 DMA工作原理

DMA控制器本质上是一个专用的硬件状态机，能够在系统总线（如AHB/AXI）上扮演总线主控角色，直接控制存储器与外设之间的数据流动。其核心工作流程如下：

1. CPU配置DMA：软件设置源地址、目的地址、传输宽度、传输计数、触发源等参数。
2. 外设发起请求：当SPI接收FIFO非空或发送FIFO空时，向DMA控制器发送硬件请求信号。
3. DMA仲裁与响应：DMA控制器根据优先级仲裁，获取总线控制权，向外设返回应答信号。
4. 数据传输：DMA在源与目的之间执行单次或突发传输，每次传输后更新地址和计数。
5. 传输完成：当计数归零时，DMA产生完成中断，通知CPU数据已就绪。

4.2 DMA传输类型

根据数据流动的方向和参与方，DMA传输分为三种基本类型。在SPI驱动联调中，理解这三种类型是正确配置DMA通道的前提。

4.3 DMA通道与请求

DMA控制器内部包含多个独立的通道（Channel），每个通道可以独立配置源地址、目的地址、传输参数和触发源。通道与硬件请求之间的映射关系是驱动配置的核心。

4.3.1 通道结构

每个DMA通道通常包含以下寄存器组：

• 源地址寄存器（SAR）：存放数据源地址，支持递增/递减/固定模式。
• 目的地址寄存器（DAR）：存放数据目的地址，支持递增/递减/固定模式。
• 控制寄存器（CR）：配置传输宽度、突发长度、优先级、中断使能等。
• 传输计数寄存器（NDTR）：记录剩余传输节拍数，每传输一次自动减1。
• 请求选择寄存器（RSR）：选择该通道绑定的硬件外设请求信号。

4.3.2 请求映射机制

在典型SoC中，DMA控制器通过请求多路选择器（Request MUX）将多个外设的请求信号映射到有限的DMA通道上。映射关系通常在芯片参考手册中以表格形式给出。

4.4 通道配置实战要点

在Android HAL层配置DMA通道时，需要关注以下关键参数：

/* 配置SPI发送DMA通道 */
dma_channel_config_t tx_cfg = {
    .channel_id = DMA_CH0,           /* 选择通道0 */
    .src_addr   = (uint32_t)tx_buf,  /* 内存发送缓冲区 */
    .dst_addr   = (uint32_t)&SPI1->DR, /* SPI数据寄存器地址 */
    .src_inc    = DMA_ADDR_INC,      /* 源地址递增 */
    .dst_inc    = DMA_ADDR_FIXED,    /* 目的地址固定（外设寄存器） */
    .data_width = DMA_WIDTH_16BIT,   /* SPI_DR为16位 */
    .burst_len  = DMA_BURST_4,       /* 4节拍突发 */
    .transfer_cnt = len / 2,         /* 总传输节拍数 */
    .request_src = DMA_REQ_SPI1_TX,  /* 绑定SPI1发送请求 */
    .priority   = DMA_PRIO_HIGH,
    .irq_enable = true               /* 使能传输完成中断 */
};
dma_channel_init(&tx_cfg);

4.4.1 通道优先级与仲裁

当多个DMA通道同时请求总线时，DMA控制器根据优先级进行仲裁。常见策略包括：

• 固定优先级：通道编号越小优先级越高（CH0 > CH1 > ...）。
• 可编程优先级：每个通道可独立配置为低/中/高/最高四级。
• 轮询仲裁：所有通道轮流获得总线使用权，防止低优先级通道饿死。

4.4.2 通道状态监控

驱动开发中常用的通道状态寄存器包括：