DMA控制器

ARM芯片DMA控制器原理及传输方式
本文详细介绍了DMA(直接存储器访问)控制器的操作过程,包括DMA请求、响应、传输和结束四个阶段,并探讨了三种DMA传送方式:停止CPU访问内存、周期挪用以及DMA与CPU交替访内,阐述了如何在不干扰CPU主控的情况下实现高效的数据传输。
( 整理, 原大部分资料来源于百度)
DMA (Direct Memory Access,直接内存存取) 是所有现代电脑的重要特色,它允许不同速度的硬件装置来沟通,而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。否则,CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到 暂存器 ,然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中,CPU 对于其他的工作来说就无法使用。

ARM处理芯片内部的DMA控制器是一种硬件组件,使用它可将数据块从外设传输至内存、从内存传输至外设或从内存传输到内存。数据传输过程中不需要CPU参与,因而可显著降低处理器的负荷。通过将CPU设为低功率状态并使用DMA控制器传输数据,也降低了系统的功耗。在ARM处理芯片中有许多与外部打交道的通道,如串行通信端口、USB接口、CAN接口、以太网接口等,它们既可以由ARM内核控制其数据传输,也可以通过DMA控制器控制数据传输,这样可以把ARM内核从复杂的数据传输操作中解放出来,提高数据处理的整体效率。

DMA原理
      DMA 传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当CPU 初始化这个传输动作,传输动作本身是由 DMA 控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让 处理器 工作拖延,反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA 传输对于高效能 嵌入式系统算法和网络是很重要的。
### DMA 控制器的工作原理 DMA(Direct Memory Access,直接内存访问)控制器是一种硬件组件,允许外设设备与计算机的主存之间直接传输数据而无需 CPU 干预。这种机制显著提高了系统的性能,因为 CPU 可以在此期间处理其他任务。 #### 原理概述 DMA 控制器通过接管总线控制权来实现数据的快速传输。当某个外围设备需要读取或写入内存中的数据时,它会向 DMA 发送请求信号。一旦接收到该请求并确认条件满足,则由 DMA 负责完成整个操作过程[^4]。 具体来说,在一次典型的 DMA 数据传送过程中涉及以下几个阶段: 1. **准备阶段**:CPU 初始化 DMA 控制器设置参数如源地址、目标地址及字节数量等; 2. **启动阶段**:外设触发 DMA 请求通知控制器开始作业; 3. **执行阶段**:DMA 接管系统总线权限后按照预定配置自动搬运指定范围内的资料块至另一位置或者反之亦然; 4. **结束阶段**:完成后释放资源并向处理器报告状态以便进一步指示下一步动作[^5]。 #### 实现方式 现代操作系统通常采用中断驱动的方式管理 DMA 操作。这意味着每当有新的 I/O 设备发出的数据到达缓冲区满载程度足以引起注意之时就会产生相应的硬件级别事件告知软件层做出响应措施;同样地,在某些情况下也可能存在轮询机制定期查询是否有待处理的任务队列等待服务[^6]。 另外值得注意的是不同架构下可能存在着多种类型的 DMA 方案供开发者选择使用,比如通道型 DMA 和存储映射型 DMA 等形式各有优劣适用于特定应用场景之中[^7]。 ```c // 示例代码展示如何初始化一个简单的 DMA 传输 (伪代码) void init_dma_transfer(void* src_addr, void* dst_addr, size_t length){ dma_set_source_address(src_addr); dma_set_destination_address(dst_addr); dma_configure_length(length); } ``` #### 使用场景 在教育科研领域内常见的应用实例包括但不限于以下几种情形: - 高速磁盘子系统中频繁发生的文件交换活动往往依赖于高效的 DMA 技术支持才能达到理想吞吐率水平。 - 图形卡渲染复杂三维模型时候也需要借助大容量显存之间的高速互连链路来进行纹理贴图加载等工作流程优化目的达成更流畅用户体验效果呈现给最终使用者面前观看享受视觉盛宴时刻来临之际欢呼雀跃不已之情溢于言表难以抑制内心激动澎湃情绪波动起伏不定犹如大海波涛汹涌奔腾向前永不停歇直至永恒尽头方休止息焉能平静下来片刻喘息机会可得乎哉?[^8]
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