DMA 中断 查询三者的区别

本文详细介绍了DMA(直接存储器存取)与中断方式的区别及其应用场景。DMA允许外设直接与内存交换数据,无需CPU介入,适用于高速I/O设备的大批量数据传输;中断方式则依赖于CPU的中断服务程序来实现数据传输。
1:
DMA(DIRECT MEMORY ACCESS)
即直接存储器存取,是指外部设备不通过CPU而直接与系统内存交换数据的接口技术。 


要把外设的数据读入内存或把内存的数据传送到外设,一般都要通过CPU控制完成,如CPU程序查询或中断方式。利用中断进行数据传送,可以大大提高CPU的利用率。 


2:
中断传送
是由CPU通过中断服务程序来传送,每次要保护断点,保护现场需要多条指令,每条指令要有取指和执行时间。为了充分利用CPU的高速性能和实时操作的要求,一般中断服务程序要求是尽量的简短,所以当要实现大量数据交换的情况,如从磁盘调入程序或图形数据,如果采用中断传送方式,必然会引起频繁中断的情况,需要执行很多与数据传送无关的中断指令,所以会大大降低系统的执行效率,无法提高数据传送速率。对于一个高速I/O设备,以及批量交换数据的情况,只能采用DMA方式,才能解决效率和速度问题。DMA在外设与内存间直接进行数据交换,而不通过CPU,这样数据传送的速度就取决于存储器和外设的工作速度。


3:查询方式:主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例,主要用于对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情况下。 
(2) 中断方式:主要用于CPU的任务比较忙的情况下,尤其适合实时控制和紧急事件的处理 
(3) DMA方式(直接存储器存取方式):主要用于高速外设进行大批量数据传送的场合。




◆中断方式是在数据缓冲寄存区满后,发中断请求,CPU进行中断处理
◆DMA方式则是以数据块为单位传输的,在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理,大大减少了CPU进行中断处理的次数
◆中断方式的数据传送是由设备到CPU再到内存,或者相反。
◆DMA方式的数据传送则是将所传输的数据由设备直接送入内存,或是由内存直接送到设备。
### 查询中断DMA的基本概念及它们之间的关系 #### 1. 查询方式 查询方式是一种通过轮询机制检测外设状态的通信方法。在这种方式下,CPU 不断地检查外设的状态寄存器,以确定是否需要进行数据传输或处理[^3]。查询方式的优点是实现简单,但缺点是效率较低,尤其是在外设处于空闲状态时,CPU 会浪费大量时间进行无意义的轮询。 #### 2. 中断方式 中断方式允许外设在需要服务时向 CPU 发出请求,而不是由 CPU 主动轮询外设状态。当中断发生时,CPU 暂停当前任务,执行中断服务程序,完成后返回原任务[^4]。中断过程通常包括以下几个阶段:中断请求、中断判优、中断响应、中断服务和中断返回[^3]。为了管理多个中断源的优先级,系统通常配备一个硬件排队器,用于分配各个设备的优先级[^3]。 在嵌入式系统中,中断优先级分为抢占优先级(Preemption Priority)和响应优先级(Subpriority),这决定了不同中断之间的执行顺序和竞争关系[^4]。 #### 3. DMA方式 DMA(Direct Memory Access,直接内存访问)是一种无需 CPU 干预即可在外设与内存之间进行高速数据传输的技术[^1]。DMA 方式适用于高速外设 I/O 和大量数据传输场景,例如磁盘驱动器和网络接口卡的数据传输[^1]。通过减少 CPU 的干预,DMA 可以显著提高数据传输效率并减轻 CPU 负担。 在某些微控制器中,如 STM32F103,存在两个 DMA 控制器(DMA1 和 DMA2),分别具有多个通道来管理来自不同外设的存储器访问请求[^2]。为了协调各个 DMA 请求的优先权,还配备了一个仲裁器[^2]。 #### 4. 查询中断DMA之间的关系 查询中断DMA 是三种不同的数据传输控制方式,各自有其适用场景和特点: - 查询方式适合简单的、低频率的外设交互,但效率较低。 - 中断方式提高了系统的响应速度和效率,尤其适合处理突发性事件。 - DMA 方式进一步减少了 CPU 的负担,适合高速数据传输场景。 以下是三者结合的一个简单示例代码,展示如何在嵌入式系统中使用中断DMA: ```c #include "stm32f1xx_hal.h" void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) { // 外设中断触发后启动DMA传输 HAL_DMA_Start(&hdma_usart1_tx, (uint32_t)TxBuffer, (uint32_t)&USART1->DR, sizeof(TxBuffer)); __HAL_DMA_ENABLE(&hdma_usart1_tx); } } int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_DMA_Init(); MX_USART1_UART_Init(); // 启用外部中断 HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); while (1) { // 主循环可以执行其他任务 } } ```
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