3. DMA控制器基础：DMA传输原理、通道配置、源/目的地址与传输宽度

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）控制器是嵌入式系统中负责在无需CPU干预的情况下，在外设与内存之间、或内存与内存之间高速搬运数据的硬件引擎。在UART驱动中引入DMA，可以将串口数据流从逐字节的CPU中断处理中解放出来，实现“CPU只做控制，DMA负责搬运”的协同工作模式。

3.1 DMA传输原理

DMA传输的核心思想是：CPU配置好传输参数后，DMA控制器接管总线控制权，自动完成数据搬运，传输完成后通过中断通知CPU。整个过程CPU可以执行其他任务，从而大幅提升系统吞吐量。

3.2 DMA通道配置

DMA控制器通常包含多个独立通道，每个通道可以独立配置并服务于不同的外设。以常见的ARM Cortex-M系列MCU为例，DMA通道配置涉及以下关键参数：

3.3 源地址与目的地址

DMA传输的两个核心地址域：

• 源地址（Source Address）：数据读取的起始位置。对于UART接收，源地址是UART外设的数据寄存器地址（固定不变）；对于UART发送，源地址是内存中待发送数据的缓冲区地址（可递增）。
• 目的地址（Destination Address）：数据写入的目标位置。对于UART接收，目的地址是内存缓冲区地址（递增）；对于UART发送，目的地址是UART外设的数据寄存器地址（固定不变）。

地址模式分为两种：

3.4 传输宽度

传输宽度（Transfer Width）决定了DMA每次搬运操作的数据位宽。常见选项包括：

• 字节（8位）：每次搬运1字节，适用于UART等字符设备。
• 半字（16位）：每次搬运2字节，适用于16位外设或音频数据。
• 字（32位）：每次搬运4字节，适用于高速外设或内存拷贝。

在UART场景中，传输宽度必须与UART数据寄存器宽度匹配。大多数UART外设的数据寄存器为8位或9位，因此通常配置为8位传输宽度。

3.5 DMA传输配置代码示例

以下是一个基于STM32 HAL库的UART DMA接收配置示例，展示了通道、地址、宽度的实际配置过程：

/* UART DMA 接收配置示例（基于STM32 HAL库） */
void UART_DMA_RX_Config(void)
{
    /* 1. 声明DMA配置结构体 */
    DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;

    /* 2. 使能DMA时钟 */
    __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

    /* 3. 配置DMA通道参数 */
    hdma_usart1_rx.Instance = DMA1_Channel5;          /* 选择DMA通道5 */
    hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;  /* 外设到内存 */
    hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;     /* 外设地址固定 */
    hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;         /* 内存地址递增 */
    hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;  /* 8位宽度 */
    hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;     /* 8位宽度 */
    hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;               /* 循环模式 */
    hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;      /* 高优先级 */

    /* 4. 初始化DMA */
    HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx);

    /* 5. 将DMA通道与UART外设关联 */
    __HAL_LINKDMA(&huart1, hdmarx, hdma_usart1_rx);

    /* 6. 启动DMA接收（源：UART_DR，目的：rx_buffer，长度：BUFFER_SIZE） */
    HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buffer, BUFFER_SIZE);
}

3.6 DMA传输与CPU中断的协同边界

理解DMA与CPU中断的职责划分是本章的核心：