1. DMA 基础概念

1.1 DMA 工作原理

直接存储器访问（Direct Memory Access, DMA） 是一种允许硬件子系统（外设、存储器、加速器）直接读写系统内存，而无需 CPU 参与每个数据传输周期的技术。DMA 的核心思想是将数据搬运任务从 CPU 卸载给专用的 DMA 控制器（DMAC），从而释放 CPU 去执行更重要的计算与控制逻辑。

DMA 传输的基本工作流程包含以下 5 个步骤：

1. CPU 配置 DMA 控制器： CPU 设置源地址、目标地址、传输长度、传输方向、触发源等参数到 DMA 控制器的寄存器中。
2. DMA 控制器获取总线控制权： 当外设或软件触发 DMA 请求时，DMAC 向总线仲裁器申请总线控制权。
3. DMAC 执行数据传输： 获得总线控制权后，DMAC 直接驱动地址总线和数据总线，在源和目标之间搬运数据，无需 CPU 介入。
4. 传输完成中断： 当传输计数器归零时，DMAC 向 CPU 发送中断信号，通知传输完成。
5. CPU 处理后续数据： CPU 在中断服务程序中处理已就绪的数据缓冲区。

1.2 DMA 与 CPU 的交互

DMA 并非完全取代 CPU，而是与 CPU 协同工作。两者在系统总线、缓存一致性、中断处理等方面存在复杂的交互关系。下表总结了 DMA 与 CPU 在关键维度上的分工与协作：

1.3 DMA 传输类型

根据数据传输的源和目标设备类型，DMA 传输可分为以下三种基本类型。理解这些类型对于正确选择 DMA 通道和配置传输参数至关重要。

1.3.1 内存到内存（Memory-to-Memory, M2M）

• 场景： 数据拷贝、内存整理、加密/解密加速、图像处理中的帧拷贝。
• 特点： 源和目标都是系统内存；不需要外设触发，通常由软件直接启动；传输速率受内存带宽限制。
• 典型硬件： 通用 DMAC（如 ARM PL080、DW DMAC）。

1.3.2 内存到外设（Memory-to-Device, M2D）

• 场景： 向 UART 发送数据、向 SPI DAC 写入波形、向 LCD 控制器刷新帧缓冲。
• 特点： 源是内存，目标是外设 FIFO/寄存器；通常由外设的“请求”信号触发；传输粒度通常为字或半字。
• 典型硬件： 专用 DMA 通道（如 STM32 DMA、Xilinx AXI DMA）。

1.3.3 外设到内存（Device-to-Memory, D2M）

• 场景： 从 UART 接收数据、从 ADC 采集样本、从摄像头捕获图像帧。
• 特点： 源是外设 FIFO/寄存器，目标是内存；外设数据就绪时触发 DMA 请求；需要处理数据溢出保护。
• 典型硬件： 与 M2D 共用同一 DMA 控制器，仅方向位不同。