DMA原理、传输过程及传输方式

本文主要是介绍DMA原理、传输过程及传输方式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1.DMA

        DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)，是硬件实现存储器与存储器之间或存储器与I/O设备之间直接进行数据传输的内存技术，它允许不同速度的硬件设备(外设到内存、内存到外设、内存到内存、外设到外设)进行沟通，而不需要依靠中央处理器（CPU）的中断负载，从而节省CPU的资源，此外DMA具有一般CPU没有的高效操作，能够提高系统的吞吐率。

        如果不用DMA搬运数据，那么CPU就需要从来源把每一片段的数据复制到寄存器中，这一过程一直 占用CPU的资源。当使用DMA时，CPU向DMA控制器发出一个存储传输请求，当DMA控制器接收到请求就 会将数据从源地址搬运到目的地址。在数据搬运过程中不占用CPU资源，CPU可以执行其它操作，当传输完成时DMA以中断的方式通知CPU。

        为了发起传输事务，DMA控制器必须得到以下数据：

        源地址—数据被读出的地址；

        目的地址—数据被写入的地址；

        传输长度—被传输的字节数；

什么是传输事务？

事务是由DMA控制器内核发起的一系列一个或多个传输。

 

2.Scatter-Gather DMA

        DMA一次只能传输物理上连续的一个块的数据， 完成传输后发起中断。

        Scatter-Gather DMA允许在一次单个的DMA事务处理中传输数据到多个内存区域，相当于把多个简单的DMA要求串在一起，完成传输后只发起一次中断，从而减轻中央处理器的多次输出输入中断和数据复制任务。

        SGDMA允许应用程序在内存中定义事务列表，硬件将在应用程序没有进一步干预的情况下处理这些事务。在此期间，应用程序可以继续添加更多事务以保持硬件工作。用户可以通过轮询或中断来检查事务是否完成。SGDMA处理整个数据包时（被定义为表示消息的一系列数据字节） 允许将数据包分解为一个或多个事务。

 

3.DMA存储传输的过程

1. 当IO设备需要进行数据传输时，通过DMA控制器向CPU提出DMA传输请求
2. CPU相应请求，由DMA控制器接管总线进行数据传输，进入DMA操作周期
3. 确定传送数据的主存单元地址及长度，并能自动修改主存地址计数和传送长度计数。
4. 规定数据在主存和外设间的传送方向，发出读写等控制信号，执行数据传送操作。
5. 数据传输完成后，DMA控制器向CPU发出一个中断，来通知处理器DMA传输完成。

4.DMA工作模式

直接模式：DMA 直接进行从源地址到目的地址的数据传输。

FIFO模式：FIFO模式下，可以将要传输的多个数据（或字节）累计存储在FIFO缓冲器中，然后在FIFO缓冲器中设置存储阈值，当到达阈值时，FIFO会自动把所有存储的数据一次性的发送到目标地址。

 

5.DMA数据传输方式

单字节传输模式：DMA 请求获得批准后，CPU 让出一个总线周期用于字或字节的传送。结束后， DMA 控制器归还总线控制权，CPU 再重新判断下一个总线周期的总线控制权是 CPU 保留，还是继续响应一次新的 DMA 请求。这种方式称为单字传送方式，又称为周期挪用或周期窃取。

块传输模式：DMA 控制器掌管总线控制权，连续占用若干个总线周期，连续传送多个字节，每传输一个字节，当前字节计数器减1，当前地址寄存器加1或减1，直到所要求的字节数传输完(当前字节计数器减至0)，然后释放总线。

请求传输模式：DMA控制器要询问外设，当外设请求信号无效时暂停传输(不释放总线)；当请求信号再次有效后，继续进行传输，

级联传输模式：多片DMA控制器级联，构成主从式DMA系统。

 

6.DMA访存方式

        主存(通常为计算机内存条)和DMA控制器之间有一条数据通路(总线，系统总线是指CPU、主存、I\O设备各大部件之间的信息传输线。)，因此主存和IO设备之间进行数据交换时不通过CPU。但当IO设备和CPU同时访问主存时，就可能会产生冲突。

        为了有效地使用主存，DMA控制器和CPU有三种方式使用主存：

        (1)停止CPU访问主存

        当需要传输数据时，DMA控制系首先要求CPU控制对总线的控制权，然后开始进行输出传输。在数据传输完毕后，DMA控制器通知CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU。

        在这种DMA传输过程中，CPU基本处于不工作状态或保持状态。

优点：控制简单，适用于数据传输率很高的设备进行成组传输。

缺点：未充分发挥CPU对主存的利用率

        (2)DMA与CPU交替访问主存

        CPU工作时间分为两部分，一部分由DMA访存，一部分由CPU访存

        如果CPU的工作周期比内存存储周期长很多，此时采用交替访存的方法可提高效率。

优点：不需要总线使用权的申请、建立和归还过程（分时进行的），效率高

缺点：相应的硬件逻辑更复杂

        (3)周期挪用（周期窃取）

        当没有DMA请求时，CPU按程序要求访问内存（不冲突）；

        当有DMA请求，若此时CPU正在访存（冲突），则CPU访存结束让出总线；

        当CPU与DMA同时请求访存，则IO访存优先。

        周期挪用方法适用于I/O设备读写周期大于内存存储周期的情况。

优点：既实现了IO传输，又较好的发挥了内存和CPU的效率，是一种广泛采用的方法

缺点：I/O设备每一次周期挪用都有申请、建立、归还总线控制权的过程，所以传送一个字对内存来说要占用一个周期，但对DMA控制器来说一般要2-5个内存周期

 

 

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