3. DMA 控制器架构：通道、请求与应答、传输粒度
DMA（Direct Memory Access）控制器是嵌入式系统中负责在内存与外设之间、或内存与内存之间直接搬运数据的硬件引擎。理解 DMA 控制器的内部架构——尤其是通道管理、请求/应答握手协议以及传输粒度——是编写高效、无竞争 RAW 数据流驱动的核心前提。
3.1 DMA 通道：独立的数据搬运流水线
DMA 控制器内部包含多个独立通道（Channel），每个通道相当于一条专用的数据搬运流水线。通道之间在硬件层面并行工作，互不阻塞。
| 通道属性 | 说明 | 典型配置值 |
|---|---|---|
| 源地址寄存器 | 数据读取的起始地址（外设数据寄存器或内存缓冲区） | 0x4000_3800（ADC 数据寄存器） |
| 目标地址寄存器 | 数据写入的起始地址（内存缓冲区或外设输出寄存器） | 0x2000_0400（SRAM 缓冲区） |
| 传输计数寄存器 | 剩余待传输的数据单元数量（按传输粒度计数） | 1024（半字） |
| 控制配置寄存器 | 传输方向、地址增量模式、循环模式、中断使能等 | 0x0000_0035 |
| 状态标志寄存器 | 传输完成、半传输完成、传输错误等硬件标志 | 0x0000_0001（完成标志置位） |
关键概念：每个通道拥有自己独立的寄存器组，因此可以同时配置为不同的传输方向、不同的外设和不同的优先级。在 RAW 多通道采集场景中，通常一个通道专用于图像传感器数据搬运，另一个通道专用于音频数据搬运。
3.2 请求与应答信号：DMA 与外设的握手协议
DMA 传输的启动并非由 CPU 逐字节触发，而是通过硬件信号线完成请求（Request）与应答（Acknowledge）握手。这套机制保证了数据在“外设准备好”时才被搬运，避免空读或数据覆盖。
实战要点：在 RAW 图像传感器驱动中，VSYNC（帧同步）信号通常连接到 DMA 的硬件触发输入，每帧开始后 DMA 自动响应外设的逐行请求，无需 CPU 干预。务必确认外设的 REQ 信号极性（高电平有效/上升沿有效）与 DMA 控制器的触发配置一致。
3.3 DMA 传输粒度：字节、半字与字
传输粒度（Transfer Width）决定了 DMA 每次搬运操作的数据宽度。选择错误的粒度会导致数据错位、总线效率下降甚至外设寄存器访问异常。
| 粒度 | 位宽 | 适用外设 | 总线访问次数 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|
| 字节（Byte） | 8 位 | UART、SPI（8 位模式）、I²C | 1 次 / 字节 | 低速串行通信、字符流 |
| 半字（Half-word） | 16 位 | ADC（12/16 位）、音频 I²S、定时器捕获 | 1 次 / 半字 | RAW 图像像素（每像素 10~16 位） |
| 字（Word） | 32 位 | 并行摄像头接口（DVP）、高速 DAC、内存拷贝 | 1 次 / 字 | 高带宽数据流、帧缓冲区搬运 |
粒度对齐规则：源端和目标端的传输粒度可以不同（例如从 8 位外设读取字节，在内存中组合为 32 位字），但必须满足：
• 源地址必须按源粒度对齐（半字访问地址必须为 2 的倍数）
• 目标地址必须按目标粒度对齐（字访问地址必须为 4 的倍数）
• 传输计数 = 总字节数 ÷ 源粒度字节数
• 源地址必须按源粒度对齐（半字访问地址必须为 2 的倍数）
• 目标地址必须按目标粒度对齐（字访问地址必须为 4 的倍数）
• 传输计数 = 总字节数 ÷ 源粒度字节数
3.4 传输粒度与 RAW 数据格式的匹配
在 RAW 格式输出场景中，像素深度通常为 10 位、12 位或 14 位。存储时一般按 16 位半字对齐（高位补零或符号扩展），因此 DMA 传输粒度应配置为半字（16 位）。
常见错误：若将 12 位 RAW 数据按字节粒度传输，则每两个像素会占用 3 个字节，导致内存中像素边界错位，后续软件解析时必须做位操作重组，增加 CPU 负载且容易出错。始终优先使用半字粒度传输 RAW 像素数据。
3.5 多通道优先级与仲裁
当多个 DMA 通道同时发出请求时，DMA 控制器内部的仲裁器（Arbiter）根据优先级策略决定哪个通道获得总线控制权。
- 固定优先级：通道编号越小优先级越高（如通道 0 > 通道 1 > ...）。适用于明确知道哪个外设最紧急的场景。
- 循环优先级（Round-Robin）：所有通道轮流获得总线访问权，防止低优先级通道被饿死。适用于多个外设带宽需求相近的场景。
- 混合模式：部分通道配置为高优先级（如实时视频流），其余通道使用循环模式。
配置建议：在 RAW 图像采集系统中，将图像传感器对应的 DMA 通道设置为最高固定优先级，音频或调试串口通道设置为循环优先级。这样可以保证图像帧数据不因总线竞争而丢失像素。
3.6 本章小结
| 知识点 | 核心要点 |
|---|---|
| DMA 通道 | 每个通道独立配置源/目标地址、传输计数和控制选项，支持并行传输 |
| 请求与应答 | 外设通过 REQ 信号触发 DMA 传输，DMA 通过 ACK 信号确认并接管总线 |
| 传输粒度 | 字节（8 位）、半字（16 位）、字（32 位），必须与外设数据宽度和地址对齐 |
| RAW 数据匹配 | 10~14 位 RAW 像素推荐使用半字粒度，避免位操作和像素错位 |
| 优先级仲裁 | 固定优先级保证实时性，循环优先级防止饿死，混合模式兼顾两者 |